DE102013215461A1

DE102013215461A1 - Verfahren und vorrichtung zum bereitstellen von hybridfunktionalität in einem fahrzeug

Info

Publication number: DE102013215461A1
Application number: DE102013215461.5A
Authority: DE
Inventors: Suneet Katoch; James C. Bestul
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2014-02-27
Also published as: US20140046520A1; CN103569133A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt, um eine Hybridfunktionalität an Bord eines Fahrzeugs bereitzustellen, das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS), das mit einem VITM und einer Batterieunterbrechungseinheit (BDU) elektrisch verbunden ist, die ein Vorladeschütz und ein Hochspannungs-Schütz aufweist, einen Spannungssensor und einen Controller aufweist. Das Verfahren umfasst, dass ein ESS/HV-Busdatenfehler detektiert wird, eine anfängliche Hochspannungs-Busspannung gemessen und gespeichert wird, das Vorladeschütz in der BDU geschlossen wird, eine gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung gemessen wird, wenn das Vorladeschütz eine vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist und angezeigt wird, wenn ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung gemessen wird, bis entweder die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung größer als die vorbestimmte Hochspannung ist, was anzeigt, dass kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder die Zeit, die das Vorladeschütz geschlossen ist, größer als eine vorbestimmte maximale Zeit ist, was anzeigt, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Hochspannungs-Energiespeichersystem an Bord eines Hybridelektrofahrzeugs und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität unter Verwendung des Hochspannungs-Energiespeichersystems trotz eines Datenfehlerzustands.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge (HEV) können nach Bedarf selektiv verschiedene Energiequellen verwenden, um eine optimale Kraftstoffeffizienz zu erreichen. Eine Art von HEV, die einen Vollhybrid-Antriebsstrang aufweist, kann selektiv eine Brennkraftmaschine und/oder ein Hochspannungs-Batteriemodul oder Energiespeichersystem (ESS) zum elektrischen Vortrieb des Fahrzeugs verwenden. Für gewöhnlich kann ein typisches HEV mit einem Vollhybrid-Antriebsstrang beim Starten und für Geschwindigkeiten bis hin zu einer Schwellengeschwindigkeit mit Hilfe von rein elektrischen Mitteln vorangetrieben werden, wobei eine oder mehrere Motor/Generator-Einheiten (MGU) nach Bedarf abwechselnd Leistung aus dem ESS entnehmen und dorthin liefern. Diese Art von Vollhybridsystem kann ein ESS benötigen, das etwa 40–600 V bereitstellt. Über der Schwellengeschwindigkeit kann die Brennkraftmaschine das gesamte benötigte Vortriebsdrehmoment bereitstellen. In der Alternative fehlt einer anderen Art von HEV mit einem Mildhybrid-Antriebsstrang ein Mittel zum rein elektrischen Vortrieb, aber sie enthält bestimmte kraftstoffsparende Konstruktionsmerkmale der Vollhybridkonstruktionen, z. B. die Fähigkeit zum regenerativen Bremsen, um das ESS mit Hilfe der MGU wieder aufzuladen, und die Fähigkeit zum selektiven Herunterfahren oder Ausschalten der Kraftmaschine im Leerlauf bei Autostopp-Ereignissen. Diese Art von Mildhybrid kann möglicherweise nur ein ESS benötigen, das etwa 40–110 V bereitstellt.
Die Fähigkeit des Mild-HEV zum automatischen Herunterfahren oder Ausschalten der Kraftmaschine oder die Autostopp-Funktionalität ermöglicht bei bestimmten Leerlaufzuständen, dass Kraftstoff gespart wird, der andernfalls verschwendet würde. Bei einem Mild-HEV mit Autostopp-Funktionalität kann die Hochspannungs-MGU als Riemen-Generatorstartersystem (BAS-System) anstelle eines herkömmlichen Generators verwendet werden. Das BAS bringt ein Drehmoment auf einen Keilrippenriemen der Kraftmaschine immer dann auf, wenn ein Fahrer seine Absicht zum Fortsetzen der Fahrt nach einem Autostopp-Ereignis signalisiert. Das Drehmoment von der MGU kann die Kraftmaschine eine vorübergehende Zeitspanne lang drehen, bis eine Kraftstoffströmung von der Fahrzeugkraftstoffversorgung wiederhergestellt werden kann. Während eines Kaltstarts der Kraftmaschine kann ein herkömmlicher an der Kurbelwelle montierter Hilfsmotor oder ein Startermotor mit 12 V die benötigte Menge an Ankurbeldrehmoment bereitstellen.
An Bord jeder Art von HEV kann ein ESS, das elektrische Hochspannungsleistung an einen Spannungswechselrichter im elektrischen System des HEV liefert, aufgrund eines ESS/HV-Busdatenfehlers oder eines tatsächlichen ESS/HV-Busfehlers temporär unterbrochen oder auf andere Weise in einen nicht verfügbaren Zustand versetzt werden. Dies kann zu einem Verlust von Hybridfunktionalität führen, etwa dem Erzeugen von elektrischer Vortriebsleistung und/oder von elektrischer Zusatzleistung, was aufgrund eines derartigen ESS/HV-Busfehlerzustands zu einem suboptimalen Betrieb führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend werden ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt, um eine Hybridfunktionalität an Bord eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) bereitzustellen, das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS), das mit einem Spannungs-, Strom- und Temperaturmodul (VITM) elektronisch verbunden ist, und eine Batterieunterbrechungseinheit (BDU) aufweist, die ein Vorladeschütz und mindestens ein Hochspannungs-Schütz (HV-Schütz), einen Hochspannungs-Busspannungssensor (HV-Busspannungssensor) und einen Controller enthält. Das Verfahren umfasst, dass ein ESS/HV-Busdatenfehler in dem Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen werden, detektiert wird, dass eine anfängliche Hochspannungs-Busspannung (HV-Busspannung) unter Verwendung des HV-Busspannungssensors gemessen wird, dass die anfängliche HV-Busspannung in dem Controller gespeichert wird, dass das Vorladeschütz in der BDU geschlossen wird und dass die Zeitspanne, in der das Vorladeschütz geschlossen ist, mitverfolgt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine gegenwärtige HV-Busspannung gemessen wird, wenn das Vorladeschütz eine vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen war, und dass, wenn die gegenwärtige HV-Busspannung über einer vorbestimmten Hochspannung liegt und die anfängliche HV-Busspannung unter einer vorbestimmten niedrigen Spannung gelegen war, angezeigt wird, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert. Zusätzlich umfasst das Verfahren, dass dann, wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, wenn das Vorladeschütz die vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen war, die gegenwärtige HV-Busspannung gemessen wird, bis entweder die gegenwärtige HV-Busspannung größer als die vorbestimmte Hochspannung ist, was anzeigt, dass kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder die Zeitspanne, in der das Vorladeschütz geschlossen ist, größer als eine vorbestimmte maximale Zeitspanne ist, was anzeigt, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert. Schließlich umfasst das Verfahren, dass entweder das Vorladeschütz geöffnet wird, wenn ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder das mindestens eine HV-Schütz geschlossen wird, wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert.
Es wird auch eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Hybridfunktionalität für das HEV trotz des ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller bereitgestellt.
Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) enthält einen Controller und einen Algorithmus zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität für das HEV trotz des ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV), das eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität unter Verwendung eines Hochspannungs-Energiespeichersystems (HV-ESS) trotz eines ESS/HV-Busdatenfehlers in einem Controller in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist eine detailliertere schematische Darstellung der elektrischen Schaltung für das HEV von 1; und
3 ist ein graphisches Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität für das HEV von 1 beschreibt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen und mit 1 beginnend enthält ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) 10 eine Brennkraftmaschine 12 mit einem Hilfsstartermotor 11, der mit einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 12 allgemein durch einen (nicht gezeigten) Zahnradsatz verbunden ist. Der Hilfsstartermotor 11 kann betrieben werden, um elektrische Leistung aus einer Niederspannungshilfsbatterie (LV-AUX) 41 über eine elektrische Leitung 15 zu entnehmen, um die Brennkraftmaschine 12 nach Bedarf anzukurbeln und zu starten, etwa bei einem anfänglichen Starten des HEV 10 bei einem Kaltstart.
Das HEV 10 enthält außerdem ein Getriebe 14, das mit der Brennkraftmaschine 12 verbunden ist, die eine (nicht gezeigte) Ausgabewelle aufweist, die mit einer (nicht gezeigten) Eingabewelle des Getriebes 14 verbunden ist, um Drehmoment an die Achse 18 um Antreiben von Rädern 16 zu liefern. Das Getriebe 14 kann ein beliebiges geeignetes Getriebe sein, so dass das HEV 10 nach Wunsch ein Voll-HEV, ein Mild-HEV oder eine andere HEV-Konstruktion sein kann. Der Fachmann wird feststellen, dass das beispielhafte HEV 10 mehr, weniger oder eine andere Kombination von Komponenten und/oder Modulen als diejenigen, die hier schematisch gezeigt sind, enthalten kann und dass das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt sind. Ein oder mehrere der Komponenten und/oder Module, die in 1 gezeigt sind, können im Umfang der vorliegenden Erfindung mit anderen Teilen des Hybridelektrofahrzeugs zusammengebaut oder anderweitig kombiniert sein.
Das HEV 10 enthält eine HV-Elektromotor/Generatoreinheit (MGU) 26, die (über eine elektrische Schaltung 30, die in 2 in größerem Detail gezeigt ist) mit einer HV-Batterie oder einem Energiespeichersystem (ESS) 25 über einen HV-Gleichspannungsbus 29, einen Spannungswechselrichter oder ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) 27 und einen HV-Wechselspannungsbus 31 elektrisch verbunden ist. Die MGU 26 kann wie gezeigt eigenständig sein oder sie kann Teil des Getriebes 14 zum Betreiben des HEV 10 sein. Die MGU 26 kann zur Verwendung in einem Riemengeneratorstartersystem (BAS-System) wie vorstehend beschrieben angepasst sein. Wenn sie auf diese Weise ausgestaltet ist, kann die MGU 26 während eines Normalbetriebs des HEV 10 selektiv einen Keilrippenriemen 23 oder einen anderen geeigneten Abschnitt der Brennkraftmaschine 12 drehen, wodurch die Brennkraftmaschine 12 nach Bedarf angekurbelt wird. Das ESS 25 kann über die MGU 26 selektiv wieder aufgeladen werden, wenn die MGU 26 in ihrer Fähigkeit als Generator betrieben wird, zum Beispiel, indem sie Energie während eines regenerativen Bremsereignisses gewinnt. Das ESS 25 ist mit einem Spannungs-, Strom- und Temperaturmodul (VITM) 60 und einer Batterieunterbrechungseinheit (BDU) 62 elektrisch verbunden.
Das HEV 10 enthält ferner ein Hilfsleistungsmodul (APM) 28, welches über den HV-Gleichspannungsbus 29 mit dem ESS 25 elektrisch verbunden ist. Das APM 28 ist über einen Niederspannungsbus 19 außerdem mit der Hilfsbatterie (AUX) 41 elektrisch verbunden. Die Hilfsbatterie 41 ist eine Energiespeichervorrichtung mit einer relativ niedrigen Spannung, etwa eine 12-Volt-Batterie, und ist geeignet, um den Hilfsstartermotor 11 und ein oder mehrere Zubehörvorrichtungen oder Hilfssysteme (AUX-Systeme) 45 an Bord des HEV 10 mit Leistung zu versorgen, zum Beispiel Scheinwerfer und/oder Innenbeleuchtung 46, ein Radio oder ein Audiosystem 48, elektrisch verstellbare Sitze 50 und ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 52 usw.
Das APM 28 ist als DC/DC-Leistungswandler ausgestaltet, der angepasst ist, um eine Gleichspannungsleistungszufuhr von einem Hochspannungspegel in einen Niederspannungspegel und umgekehrt umzusetzen, wie es von einer elektronischen Steuerungseinheit oder einem Controller 37 bestimmt wird. Das heißt, dass das APM 28 betrieben werden kann, um einen relativ hohen Spannungspegel von dem ESS 25 in einen niedrigeren Spannungspegel umzusetzen, der zum Laden der Hilfsbatterie 41 und/oder zum direkten Versorgen eines oder mehrerer der Hilfssysteme (AUX-Systeme) 45 mit Leistung nach Bedarf geeignet ist. Der Controller 37 steuert einen Leistungsfluss an Bord des HEV 10 von dem ESS 25 und der Hilfsbatterie 41, um die benötigte elektrische oder Hybridfunktionalität bereitzustellen.
Immer noch mit Bezug auf 1 ist der Controller 37 sowohl mit der Brennkraftmaschine 12 als auch dem Hilfsstartermotor 11 als auch der MGU 26 als auch dem APM 28 als auch dem PIM 27 als auch der Hilfsbatterie 41 über einen Steuerungskanal 51 elektrisch verbunden oder steht anderweitig in einer drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikation mit diesen, wie durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist, um Übertragungsleitungen darzustellen, z. B. eine drahtgebundene oder drahtlose Steuerungskopplung oder Steuerungsstrecke, die zum Übertragen und Empfangen der elektrischen Steuerungssignale geeignet ist, welche zur korrekten Leistungsflusssteuerung oder Koordination an Bord des HEV 10 notwendig sind. Der Controller 37 kann als ein verteiltes oder zentrales Steuerungsmodul ausgestaltet sein, das Steuerungsmodule und Fähigkeiten in dem Umfang aufweist, der notwendig sein kann, um die gesamte benötigte Leistungsflusssteuerungsfunktionalität an Bord des HEV 10 auf die gewünschte Weise auszuführen. Der Controller 37 kann die Funktionalität eines Batterie-Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls enthalten. Das Besitzen der Funktionalität des Batterie-Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls kann es dem Controller 37 ermöglichen, ESS/HV-Busdaten über den Steuerungskanal 51 zu empfangen, so dass der Controller 37 bei Normalbetriebsbedingungen Statusinformationen des ESS 25 empfängt (etwa Spannung, Strom und Temperatur vom VITM 60), die er verwendet, um zu bestimmen, ob das Vorladeschütz 70 (siehe 2) geschlossen werden soll, wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird. Die Statusinformationen des ESS 25 können die prozentuale Ladung der Hochspannungsbatterie und andere sachdienliche Batterieinformationen umfassen. Der Controller 37 enthält zusätzliche Signalleitungen 80, 84, 86, 88 zur Verbindung mit der BDU 62 und einem HV-Gleichspannungsbus-Spannungssensor, die mit Bezug auf 2 in größerem Detail beschrieben werden.
Mit zusätzlichen Bezug auf 1 und 2 kann der Controller 37 als universeller digitaler Computer ausgestaltet sein, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltungen (ND- und D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen umfasst. Beliebige Algorithmen, die im Controller 37 vorhanden oder für diesen zugänglich sind, einschließlich eines Flusssteuerungsalgorithmus 300 (siehe 3) in Übereinstimmung mit der Erfindung wie beschrieben können im ROM gespeichert sein und ausgeführt werden, um die jeweilige Funktionalität bereitzustellen. Der Controller 37 kann beispielsweise eine Datenerfassungs- und Algorithmuslaufrate von 12,5 Millisekunden aufweisen, um die benötigte Funktionalität bereitzustellen. Im Umfang der Erfindung enthält der Controller 37 den Algorithmus 300 oder verfügt über einen Zugriff darauf, um Hybridfunktionalität im HEV 10 trotz der Detektion eines ESS/HV-Busdatenfehlers bereitzustellen, wie nachstehend im Detail mit Bezug auf 3 beschrieben ist.
Mit Bezug auf 2 ist eine detailliertere Ansicht der elektrischen Schaltung 30 des HEV 10 gezeigt, welche die Hilfsbatterie 41 enthält, wobei die Hilfsbatterie 41 über den Niederspannungsbus 19 mit dem APM 28 elektrisch verbunden ist. Das APM 28 wiederum ist über den HV-Gleichspannungsbus 29 mit dem PIM 27 elektrisch verbunden. Die MGU 26, die einen Stator 141 und einen Rotor 43 enthält, ist wie gezeigt durch den HV-Wechselspannungsbus 31 mit dem PIM 27 elektrisch verbunden. Ein Feld, das um Spulen oder Wicklungen 85 des Stators 141 herum erzeugt wird, induziert schließlich ein entgegengesetztes Feld in Spulen oder Wicklungen 47 des Rotors 43, wodurch sich der Rotor 43 dreht, wie in 2 durch den Pfeil angezeigt ist. Ein Satz von Gleichspannungskoppelkondensatoren 17 ist über den HV-Gleichspannungsbus 29 positioniert. Die BDU 62 verbindet die Leitungen des ESS 25 mit den entsprechenden Leitungen des HV-Gleichspannungsbusses 29 oder trennt sie von diesen, wobei die entsprechenden Leitungen des HV-Gleichspannungsbusses 29 in 2 der Klarheit halber als HV+ und HV– beschriftet sind. Ein HV-Busspannungssensor 64 an dem HV-Gleichspannungsbus 29 an der Seite der BDU 62 gegenüber den Verbindungen zu dem ESS 25 ist über die Signalleitung 88 mit dem Controller 37 elektrisch verbunden.
Die BDU 62 enthält das Vorladeschütz 70 in Reihe mit einem Vorladewiderstand 72, die beide mit dem HV+-Schütz 74 parallel verbunden sind. Es kann auch ein HV–-Schütz 76 angeschlossen sein. Das Vorladeschütz 70, das HV+-Schütz 74 und das HV–-Schütz 76 können ein Hochspannungsschalter, ein Relais oder ein Schütz sein und können derart positioniert sein, dass sie eine oder beide Leitungen des ESS 25 von den entsprechenden Leitungen des HV-Gleichspannungsbusses 29 trennen. Die Signalleitungen 80, 84 bzw. 86 verbinden den Controller 37 elektrisch mit dem Vorladeschütz 70, dem HV+-Schütz 74 und dem HV–-Schütz 76, um zu ermöglichen, dass der Controller 37 die jeweiligen Schütze bei einem normalen Hybridbetrieb nach Bedarf öffnet und schließt, wie es durch den Algorithmus 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angezeigt ist, der nachstehend hier in größerem Detail beschrieben wird. Bei einem normalen Hybridbetrieb signalisiert der Controller 37, dass sich das Vorladeschütz 70 schließen soll, so dass das ESS 25 auf gesteuerte Weise in Betrieb gestellt werden kann. Sobald das Vorladeschütz 70 eine vorbestimmte Schwellenwertspannung erreicht hat, wird dann das HV+-Schütz 74 geschlossen und das Vorladeschütz 70 wird geöffnet. Die vorbestimmte Schwellenwertspannung kann beispielsweise größer als 95% der gemessenen ESS-Spannung sein, die von dem VITM 60 über den Steuerungskanal 51 an den Controller 37 übermittelt wird.
Mit Bezug auf 3 startet der Algorithmus 300 bei Schritt 301, wenn es einen Bedarf für Hybridfunktionalität gibt, etwa wenn die Zündung auf ”Laufen” wechselt, und bei Schritt 302 prüft der Controller 37, ob ein ESS/HV-Busdatenfehler detektiert wird. Ein ESS/HV-Busdatenfehler kann auftreten, entweder wenn die empfangenen ESS/HV-Busdaten ungültige ESS/HV-Busdaten sind oder wenn eine Anzeige vorliegt, dass keine ESS/HV-Busdaten zum Empfang vom VITM 60 verfügbar sind. Jede dieser Bedingungen kann durch einen Kommunikationsfehler zwischen dem VITM 60 und dem Controller 37, einen unterbrochenen oder fehlerhaften Sensor des VITM 60, einen fehlerhaften ESS-Messwert, der an den Controller 37 gesendet wurde, oder durch andere derartige Fehlfunktionen verursacht werden. Wenn kein ESS/HV-Busdatenfehler detektiert wird, dann geht der Algorithmus 300 zu Schritt 304 weiter und beginnt mit den normalen Prozeduren, um das ESS 25 in Betrieb zu stellen, so dass eine Hybridfunktionalität bereitgestellt wird. Da kein ESS/HV-Busdatenfehler detektiert wurde, beendet der Controller 37 den Algorithmus 300 bei Schritt 320.
Wenn noch in Bezug auf 3 der Algorithmus 300 bei Schritt 302 feststellt, dass ein ESS/HV-Busdatenfehler im Controller 37 detektiert wurde, geht der Algorithmus 300 zu Schritt 306 weiter, bei dem eine anfängliche Hochspannungsbusspannung gemessen und gespeichert wird, bevor ein Signal auf der Signalleitung 80 zum Schließen des Vorladeschützes 70 gesendet wird. Als Nächstes wird bei Schritt 308 das Vorladeschütz 70 in der BDU 62 geschlossen und die Zeitspanne wird im Controller 37 als t_pcc (Zeit bei geschlossenem Vorladeschütz) verfolgt. Als Nächstes wird bei Schritt 310 die gegenwärtige HV-Busspannung gemessen, wenn das Vorladeschütz 70 eine vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist. Wenn die gegenwärtige HV-Busspannung über einer vorbestimmten Hochspannung liegt und die anfängliche HV-Busspannung unter einer vorbestimmten niedrigen Spannung lag, dann geht der Algorithmus 300 zu Schritt 314 weiter. Bei Schritt 314 wird angezeigt, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler aufgetreten ist, und so öffnet der Algorithmus 300 das Vorladeschütz 70 und lässt nicht zu, dass das HV+-Schütz 74 geschlossen wird. Folglich wird aufgrund des Vorhandenseins eines tatsächlichen ESS/HV-Busfehlers keine Hybridfunktionalität ermöglicht.
Immer noch mit Bezug auf 3 geht der Algorithmus 300 zu Schritt 312 weiter, um festzustellen, ob die gegenwärtige HV-Busspannung über der vorbestimmten Hochspannung liegt, wenn die gegenwärtige HV-Busspannung nicht über der vorbestimmten Hochspannung liegt, wenn das Vorladeschütz 70 die vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist und die anfängliche HV-Busspannung unter der vorbestimmten niedrigen Spannung lag (dies ist möglicherweise nicht beim ersten Mal durch diese Schleife der Fall). Der Algorithmus 300 geht zu Schritt 316 weiter, um festzustellen, ob die Zeit, in der das Vorladeschütz 70 geschlossen war, kleiner als die vorbestimmte maximale Zeitspanne (t_max) ist. Wenn das Vorladeschütz 70 nicht die vorbestimmte maximale Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist, kehrt der Algorithmus 300 zu Schritt 312 zurück, wo die HV-Busspannung erneut geprüft wird, um festzustellen, ob die gegenwärtige HV-Busspannung über der vorbestimmten Hochspannung liegt. Wenn die gegenwärtige HV-Busspannung über der vorbestimmten Hochspannung liegt, geht der Algorithmus 300 zu Schritt 318 weiter. Da kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler detektiert wurde, schließt der Controller 37 bei Schritt 318 zumindest das HV+-Schütz 74 und stellt das ESS 25 in Betrieb. Dies ermöglicht, dass das HEV 10 eine Hybridfunktionalität aufweist, obwohl ein ESS/HV-Busdatenfehler im Controller 37 bei Schritt 302 detektiert wurde. Da kein tatsächlicher ESS/HV-Busdatenfehler detektiert wurde, beendet der Controller 37 den Algorithmus 300 bei Schritt 320.
Wenn die HV-Busspannung bei Schritt 312 unter der vorbestimmten Hochspannung liegt, geht der Algorithmus zu Schritt 316 weiter. Wenn die Zeit, in der das Vorladeschütz 70 geschlossen gewesen ist, nicht unter der vorbestimmten maximalen Zeitspanne liegt, dann geht der Algorithmus 300 zu Schritt 314 weiter, da ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler bestimmt worden ist. Da ein tatsächlicher ESS/HV-Busdatenfehler detektiert worden ist, beendet der Controller 37 bei Schritt 320 den Algorithmus 300.
Zur weiteren Klarstellung gibt es zwei Fehlermodi, bei denen der Algorithmus 300 im Controller 37 bei Schritt 314 angezeigt haben kann, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert (der den Verlust der Hybridfunktionalität verursacht). In einem ersten Fehlermodus prüft der Controller 37, ob das Vorladeschütz 70 die vorbestimmte kurze Zeitspanne lang (beispielsweise 75 Millisekunden) geschlossen gewesen ist, wenn der gegenwärtige HV-Busspannungswert über der vorbestimmten Hochspannung liegt (zum Beispiel 100 Volt) und die anfängliche HV-Busspannung unter der vorbestimmten niedrigen Spannung (z. B. 40 Volt) gelegen hat. Wenn dieser erste Fehlermodus detektiert wird, signalisiert der Controller 37, dass an dem HV-Gleichspannungsbus 29 keine Kapazität detektiert wurde, so dass die Vorladungsspannung zu schnell angestiegen ist. In einem zweiten Fehlermodus prüft der Controller 37, ob die gegenwärtige HV-Busspannung nach der vorbestimmten maximalen Zeitspanne (t_max) (zum Beispiel 1 Sekunde) noch unter der vorbestimmten Hochspannung liegt (zum Beispiel 100 Volt). Wenn dieser zweite Fehlermodus detektiert wird, signalisiert der Controller 37, dass bei dem HV-Gleichspannungsbus 29 entweder eine Kurzschlussfehlerbedingung oder eine Schaltungsunterbrechungs-Fehlerbedingung vorliegt. Da ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert (entweder der erste Fehlermodus oder der zweite Fehlermodus), lässt der Controller 37 keine Hybridfunktionalität zu. Ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler kann jegliche Hybridfunktionalität verhindern und kann zum Entladen der 12-V-Batterie führen.
Die Werte von 75 Millisekunden für die vorbestimmte kurze Zeitspanne, einer Sekunde für die vorbestimmte maximale Zeitspanne, 40 Volt für die vorbestimmte niedrige Spannung und 100 Volt für die vorbestimmte Hochspannung wurden für ein Hybridsystem ermittelt, das eine Spannung der Hochspannungsbatterie von etwa 115 Volt aufweist. Die Werte, die für ein spezielles System gewählt werden, sind in Abhängigkeit von der Systemkonstruktion selbst variabel. Derartige Systemkonstruktionskriterien können die Schätzhardware und die verwendeten Materialien umfassen. Das System soll so konstruiert werden, dass ein zu schnelles Ansteigen der Vorladespannung oder eine andere Batteriebedingung im schlimmsten Fall detektiert wird und die Schaltung unterbrochen wird, bevor das Schütz verschweißt oder anderweitig beschädigt wird. Insbesondere werden die Werte für die vorbestimmte kurze Zeitspanne und die vorbestimmte Hochspannung so gewählt, dass eine Beschädigung des Vorladeschützes verhindert wird. Im Allgemeinen sollen die vorbestimmten Schwellenwerte so gewählt werden, dass das System in der Lage ist, einen Fehler zuverlässig zu detektieren.
In der gesamten vorstehenden Beschreibung soll der Begriff ”Hybridfunktionalität” das Bereitstellen eines elektrischen Vortriebs, das Bereitstellen von elektrischer Hilfsleistung, oder andere Merkmale unter Verwendung des ESS 25 umfassen, die von der Art des HEV 10 oder anderen Konstruktionsentscheidungen abhängen, in denen die vorliegende Erfindung eingebaut wird.
Wenn bei der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, entweder dem Vorladeschütz 70 oder dem HV+-Schütz 74 über die Signalleitung 80 bzw. 84 signalisiert wird, sich zu öffnen oder zu schließen, dann wird dem HV–-Schütz 76 über die Signalleitung 86 signalisiert, sich nach Bedarf zu öffnen oder zu schließen.
Das Vorladeschütz 70 weist einen Widerstand 72 mit einem Nennwert basierend auf einem Entwurfskriterium auf, der ermöglicht, dass die BDU 62 die Hochspannung derart hochfährt, dass der bzw. die Hauptschütze 74, 76 keine zu große Stromentnahme über diese hinweg aufweisen, die verursacht, dass sie fehlerhaft arbeiten oder möglicherweise sogar im geschlossenen Zustand verschweißt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Vorladewiderstand 6,8 Ohm bei einer Kapazität von 50 Watt und einer Toleranz von 5% sein.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität an Bord eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV), das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS), das mit einem Spannungs-, Strom-, Temperaturmodul (VITM) und einer Batterieunterbrechungseinheit (BDU) elektrisch verbunden ist, die ein Vorladeschütz und mindestens ein Hochspannungs-Schütz (HV-Schütz) enthält, einen Hochspannungs-Busspannungssensor und einen Controller aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein ESS/HV-Busdatenfehler im Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, detektiert wird; eine anfängliche Hochspannungs-Busspannung unter Verwendung des Hochspannungs-Busspannungssensors gemessen wird; die anfängliche Hochspannungs-Busspannung im Controller gespeichert wird; das Vorladeschütz in der BDU geschlossen wird und die Zeitspanne mitverfolgt wird, die das Vorladeschütz geschlossen ist; eine gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung gemessen wird, wenn das Vorladeschütz eine vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist und angezeigt wird, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, wenn die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung über einer vorbestimmten Hochspannung liegt und die anfängliche Hochspannungs-Busspannung unter einer vorbestimmten niedrigen Spannung lag; wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, wenn das Vorladeschütz die vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist, die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung gemessen wird, bis entweder die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung größer als die vorbestimmte Hochspannung ist, was anzeigt, dass kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder die Zeitspanne, die das Vorladeschütz geschlossen ist, größer als eine vorbestimmte maximale Zeitspanne ist, was anzeigt, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert; und entweder das Vorladeschütz geöffnet wird, wenn ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert; oder das mindestens eine Hochspannungs-Schütz geschlossen wird, wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren eines ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, umfasst, dass festgestellt wird, dass die empfangenen ESS/HV-Busdaten ungültige Daten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren eines ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, umfasst, dass festgestellt wird, dass keine ESS/HV-Busdaten vom VITM empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte kurze Zeitspanne und die vorbestimmte Hochspannung so gewählt werden, dass eine Beschädigung des Vorladeschützes vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte maximale Zeitspanne etwa eine Sekunde beträgt.
Vorrichtung zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität in einem Hybridelektrofahrzeug, umfassend: einen Hochspannungsbus mit einem Hochspannungs-Busspannungssensor; ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS) zum Bereitstellen von Hybridfunktionalität unter Verwendung des Hochspannungsbusses; eine Batterieunterbrechungseinheit (BDU) mit einem Vorladeschütz und mindestens einem Hochspannungs-Schütz zum Verbinden des ESS mit dem Hochspannungsbus; ein Spannungs-, Strom- und Temperaturmodul (VITM) zum Erfassen eines Status des ESS; und einen Controller, der einen Algorithmus aufweist, um einen ESS/HV-Busdatenfehler in dem Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, zu detektieren, um eine anfängliche Hochspannungs-Busspannung unter Verwendung des Hochspannungs-Busspannungssensors zu messen, um die anfängliche Hochspannungs-Busspannung in dem Controller zu speichern, um das Vorladeschütz in der BDU zu schließen und die Zeitspanne, die das Vorladeschütz geschlossen ist, mit zu verfolgen, um eine gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung zu messen, wenn das Vorladeschütz eine vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist und um, wenn die gegenwärtige Hochspannungs-Busspannung über einer vorbestimmten Hochspannung liegt und die anfängliche Hochspannungs-Busspannung unter einer vorbestimmten niedrigen Spannung gelegen ist, anzuzeigen, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, und um, wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, wenn das Vorladeschütz die vorbestimmte kurze Zeitspanne lang geschlossen gewesen ist, die gegenwärtige HV-Busspannung zu messen, bis entweder die gegenwärtige HV-Busspannung größer als die vorbestimmte Hochspannung ist, was anzeigt, dass kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder die Zeitspanne, die das Vorladeschütz geschlossen ist, größer als eine vorbestimmte maximale Zeitspanne ist, was anzeigt, dass ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, und um entweder das Vorladeschütz zu öffnen, wenn ein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert, oder um das mindestens eine Hochspannungs-Schütz zu schließen, wenn kein tatsächlicher ESS/HV-Busfehler existiert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Detektieren eines ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, umfasst, dass festgestellt wird, dass die empfangenen ESS/HV-Busdaten ungültige Daten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Detektieren eines ESS/HV-Busdatenfehlers im Controller auf der Grundlage von ESS/HV-Busdaten, die vom VITM empfangen wurden, umfasst, dass festgestellt wird, dass keine ESS/HV-Busdaten vom VITM empfangen wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte kurze Zeitspanne und die vorbestimmte Hochspannung so gewählt sind, dass eine Beschädigung des Vorladeschützes vermieden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte maximale Zeitspanne etwa eine Sekunde beträgt.