DE102013215770B4

DE102013215770B4 - Diagnose des verhaltens einer heizung und einer pumpe für ein temperatursystem einer hybridbatterie

Info

Publication number: DE102013215770B4
Application number: DE102013215770.3A
Authority: DE
Inventors: Scott M. Skelton
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2033-08-10
Also published as: US9261093B2; US20140052411A1; DE102013215770A1; CN103594756B; CN103594756A

Abstract

Verfahren (100) zur Diagnose eines Systems, das einen Batteriestapel (18), ein Wärmeübertragungsfluid (22), eine Heizung (28) und eine Pumpe (50) aufweist, die das Fluid (22) durch die Heizung (28) hindurch an den Batteriestapel (18) zirkulieren lässt, wobei das Verfahren (100) umfasst, dass: eine Temperatur des Fluids (22) gemessen wird; mithilfe eines Controllers (30) ein Aktivierungssignal empfangen wird (102); in Ansprechen auf das empfangene Aktivierungssignal die Pumpe (50) mithilfe des Controllers (30) eingeschaltet wird (104); mithilfe des Controllers (30) ein Absolutwert eines Temperaturgradienten des Fluids (22) unter Verwendung der Temperatursignale (160, 162) berechnet wird, während die Pumpe (50) eingeschaltet bleibt; ein Code mit einer bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (108), wenn der Absolutwert des Temperaturgradienten einen kalibrierten Temperaturgradientenwert überschreitet; und eine Heizungsdiagnose nach dem Berechnen des Absolutwerts des Temperaturgradienten nur ausgeführt wird (110), wenn ein Erwärmen der Batterie (18) angefordert wird oder der Absolutwert des Temperaturgradienten den kalibrierten Temperaturgradientenwert nicht überschreitet, was umfasst, dass die Pumpe (50) ausgeschaltet wird, die Heizung (28) zyklisch ein- und ausgeschaltet wird und die Temperatursignale (160, 162) auf einen kalibrierten Temperaturanstieg hin überwacht werden (114).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Diagnose des Verhaltens für eine Pumpe und eine Heizung eines Temperatursystems zum Erwärmen oder Kühlen eines Hybridbatteriestapels.
HINTERGRUND
Bestimmte Fahrzeuge werden zumindest zeitweise unter Verwendung von elektrischer Energie angetrieben, die aus einem Hochspannungs-Gleichspannungsbatteriestapel entnommen wird. Der Batteriestapel versorgt mithilfe eines Gleichrichters/Wechselrichters einen oder mehrere mehrphasige elektrische Antriebsmotoren mit Energie. Hybridelektrofahrzeuge verwenden selektiv eine Brennkraftmaschine als eine Quelle für Eingabedrehmoment an ein Getriebe, entweder ausschließlich oder in Verbindung mit dem bzw. den Antriebsmotoren, während Elektrofahrzeuge mit erhöhter Reichweite eine kleinere Kraftmaschine nur bei Bedarf und ausschließlich zum Betreiben eines elektrischen Generators verwenden. Batterieelektrofahrzeuge verzichten auf die Verwendung der kleinen Benzinkraftmaschine und werden stattdessen unter Verwendung von gespeicherter elektrischer Energie oder regenerativer Bremsenergie betrieben. Alle drei Fahrzeugausgestaltungen können in einem Modus ausschließlich mit Elektrizität betrieben werden, der als Elektrofahrzeugmodus (EV-Modus) bezeichnet wird.
Bei allen vorstehenden Fahrzeugausfühungsformen wird der Hochspannungs-Gleichspannungsbatteriestapel verwendet, um die erheblichen Mengen an elektrischer Energie, die zum Antreiben des bzw. der Antriebsmotoren benötigt werden, abwechselnd zu speichern und zu liefern. Der Batteriestapel, der aus mehreren Batteriemodulen bestehen kann, die jeweils viele zylindrische oder ebene/flache Batteriezellen enthalten, erzeugt im Betrieb Wärme. Ein effektives Dissipieren der erzeugten Wärme ist zur Optimierung der Fahrzeugleistung äußerst wichtig. Als Folge werden Temperatursysteme in Verbindung mit Batteriestapeln verwendet, um eine Menge eines geeigneten Kühlfluids durch den Batteriestapel und eine beliebige zugehörige Leistungselektronik hindurch zirkulieren zu lassen.
Die Druckschrift US 2013/0 052 490 A1 offenbart ein Steuern einer Umgebung eines Batteriestapels, bei dem ein Kühlsystem dynamisch und ohne festgelegten Einstellpunkt betrieben wird. Damit kann ein Kühlsystem zum Kühlen des Batteriestapels beruhend auf Betriebszuständen eines Fahrzeugs dynamisch justiert werden.
In der Druckschrift US 5 055 825 A sind ein Verfahren und eine Schaltung zur Selbstprüfung von Heizungssystemproblemen offenbart, bei denen ein erster Vorheizschritt, eine Zündperiode, ein zweiter Vorheizschritt und eine Verbrennungsperiode ausgeführt werden und verschiedene Prüfungen durchgeführt werden, um Fehler zu detektieren und anzuzeigen.
Die Druckschrift US 2012/0 109 547 A1 offenbart ein Verfahren zur Detektion und Handhabung von Fehlern in einem elektrischen Fluidheizungssystem, um Übertemperaturrisiken zu beseitigen. Es werden mehrere Ebenen von Fehlerdetektionsstrategien kombiniert, um potentielle Fehlerbedingungen zu verhindern und zu detektieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zum Diagnostizieren des vorstehenden Systems offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine Temperatur des Fluids gemessen wird, ein Aktivierungssignal mithilfe des Controllers empfangen wird und die Pumpe in Ansprechen auf das empfangene Aktivierungssignal eingeschaltet wird. Das Verfahren umfasst außerdem, dass ein Absolutwert eines Temperaturgradienten des Kühlmittels unter Verwendung der Temperatursignale berechnet wird, während die Pumpe eingeschaltet bleibt, und dass dann ein Code mit einer bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird, wenn der Absolutwert des berechneten Temperaturgradienten eine kalibrierte Rate überschreitet. Dies bedeutet, dass der tatsächliche Temperaturgradient ein negativer Wert sein kann. In einem derartigen Fall muss der Temperaturgradient kleiner als eine kalibrierte Rate sein. Die Verwendung eines Absolutwerts für den benötigten Vergleich ermöglicht die Verwendung einer einzigen kalibrierten Rate.
Es wird hier auch ein System offenbart, das einen Batteriestapel, ein Wärmeübertragungsfluid, eine Heizung, eine Pumpe, die das Fluid durch die Heizung hindurch an den Batteriestapel zirkulieren lässt, und einen Temperatursensor enthält. Der Temperatursensor ist in einem Fluidkreis positioniert, z. B. zwischen der Heizung und dem Batteriestapel oder an einer anderen Stelle, und misst eine Temperatur des Fluids.
Der Controller schaltet die Pumpe in Ansprechen auf ein empfangenes Aktivierungssignal selektiv ein, z. B. ein Schlüssel-Einschalt-Signal, wenn das System als Teil eines Fahrzeugs verwendet wird, und berechnet danach einen Absolutwert eines Temperaturgradienten des Fluids, während die Pumpe eingeschaltet bleibt. Der Controller zeichnet einen Code mit einer bestandenen Pumpendiagnose auf, wenn der Absolutwert des Temperaturgradienten eine kalibrierte Rate überschreitet. Der Controller führt dann eine Heizungsdiagnose nur aus, wenn mithilfe einer Steuerungslogik ein Heizen angefordert wird oder wenn der berechnete Absolutwert des Temperaturgradienten die kalibrierte Rate nicht überschreitet. Das Ausführen der Heizungsdiagnose umfasst, dass die Pumpe ausgeschaltet wird, die Heizung zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, um einen Schwall mit erwärmtem Fluid zu erzeugen, und dass die Temperatursignale vom Temperatursensor auf einen ausreichenden Temperaturanstieg hin überwacht werden.
Zudem umfasst das Verfahren, dass eine Heizungsdiagnose nach dem Berechnen des Absolutwerts des Temperaturgradienten nur durchgeführt wird, wenn ein Erwärmen der Batterie angefordert wird oder wenn der Absolutwert des berechneten Temperaturgradienten die kalibrierte Rate nicht überschreitet, was umfasst, dass die Pumpe ausgeschaltet wird, die Heizung zyklisch ein- und ausgeschaltet wird und die Temperatursignale auf einen kalibrierten Temperaturanstieg hin, wie vorstehend erwähnt, überwacht werden.
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 Fahrzeugs, das einen Hochspannungs-Batteriestapel, ein Temperatursystem, das zum Erwärmen oder Kühlen des Batteriestapels verwendet wird, und einen Controller aufweist, der das Verhalten einer Pumpe oder einer Heizung des Temperatursystems diagnostiziert.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Temperatursystems, das an Bord des in 1 gezeigten Fahrzeugs verwendet werden kann.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren der Pumpe und der Heizung des in 2 gezeigten Temperatursystems beschreibt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist in 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 10 schematisch gezeigt, das einen Hochspannungs-Elektroantriebsmotor 12, ein Getriebe 14 und einen Satz von Antriebsrädern 16 aufweist. Das Fahrzeug 10 enthält außerdem einen wiederaufladbaren Batteriestapel 18, der mithilfe eines Temperatursystems 20 gekühlt wird, wobei ein Beispiel desselben nachstehend mit Bezug auf 2 in größerem Detail beschrieben wird. Das Temperatursystem 20 lässt ein Wärmeübertragungsfluid (Pfeil 22), z. B. ein Kühlmittel oder Luft, durch den Batteriestapel 18 hindurch zirkulieren, um Wärme für den Batteriestapel 18 während dessen Betrieb bereitzustellen oder um Wärme von diesem zu dissipieren. Obwohl es der Einfachheit halber in 1 nicht gezeigt ist, kann das gleiche Temperatursystem 20 verwendet werden, um das Fluid (Pfeil 22) durch die vielfältige Leistungselektronik hindurch zirkulieren zu lassen, die zum Steuern des Antriebsmotors 12 verwendet wird, z. B. ein Antriebs-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (TPIM) 26, ein Zusatzleistungsmodul/einen DC/DC-Umsetzer (nicht gezeigt) usw.
Ein Controller 30, dessen Funktion nachstehend mit Bezug auf 3 im Detail beschrieben wird, steht mit den verschiedenen Komponenten des Temperatursystems 20 über einen Kommunikationsbus 15, zum Beispiel einen Controllerbereichsnetzwerkbus (CAN-Bus) der Art, die in der Technik bekannt ist, in Verbindung. Um Anforderungen für eine On-Bord-Diagnose auf energieeffiziente Weise zu erfüllen, führt der Controller 30 Anweisungen aus, die ein Verfahren 100 zum Diagnostizieren des Verhaltens primärer Komponenten des Temperatursystems 20 verkörpern, welche eine Heizung 28 und eine Pumpe 50 umfassen, wie in 2 gezeigt ist. Die vorliegende Herangehensweise zur Diagnose soll als energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Diagnoseverfahren funktionieren, indem sie eine Diagnose für die Pumpe 50 von 2 bereitstellt, ohne auf konventionelle Weise immer die Verwendung der Heizung 28 zu benötigen. Damit kann die Verwendung der vorliegenden Herangehensweise für bestimmte Energieeinsparungen sorgen, während sie außerdem eine unnötige Verwendung der Heizung 28 verringert.
Das in 1 gezeigte Fahrzeug 10 kann eine optionale Brennkraftmaschine 24 enthalten, die gestrichelt gezeigt ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug 10 als Hybridelektrofahrzeug oder Elektrofahrzeug mit vergrößerter Reichweite statt als Batterieelektrofahrzeug ausgestaltet ist. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Kraftmaschine 24 mithilfe einer Eingabedämpfungskupplung 11 mit der Eingabe des Antriebsmotors 12 verbunden sein. Drehmoment von der Kraftmaschine 24 kann verwendet werden, um den Antriebsmotor 12 bei Bedarf mit Leistung zu versorgen, entweder direkt oder mithilfe der Erzeugung von Elektrizität. Die Kraftmaschine 24 kann bei einer anderen Ausgestaltung alternativ mit dem Getriebe 14 verbunden sein, um Eingabedrehmoment direkt an das Getriebe 14 zu liefern.
Das Temperatursystem 20 und das zugehörige Verfahren 100, die hier beschrieben werden, können mit jedem Hochspannungs-Batteriestapel 18 verwendet werden, der ein Temperatursystem, etwa das Temperatursystem 20, zum Erwärmen und Kühlen verwendet. Obwohl der Fahrzeugvortrieb eine geeignete Anwendung für den Batteriestapel 18 und den Antriebsmotor 12 ist, kann die vorliegende Herangehensweise bei Nicht-Fahrzeuganwendungen verwendet werden, die eine Batterie ähnlich wie der Batteriestapel 18, der in 1 gezeigt ist, verwenden, ohne vom beabsichtigten erfinderischen Umfang abzuweichen. Daher soll die in 1 gezeigte Ausgestaltung eine veranschaulichende, nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform sein.
Der in 1 gezeigte beispielhafte Antriebsmotor 12 entnimmt elektrische Energie aus dem Batteriestapel 18 und liefert elektrische Energie dorthin. Folglich bildet der Batteriestapel 18 ein wiederaufladbares Energiespeichersystem zum Versorgen aller elektrischen Hochspannungskomponenten, die an Bord des Fahrzeugs 10 verwendet werden, mit Energie. Der Begriff „Hochspannung” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, einen Spannungspegel, der beliebige Zusatz/12 VDC-Spannungspegel überschreitet, die normalerweise verwendet werden, um Zusatzfahrzeugsysteme mit Leistung zu versorgen, etwa Audiosysteme, Beleuchtung und dergleichen. In Abhängigkeit von der Leistungsklassifizierung des Antriebsmotors 12 kann der Batteriestapel 18 für etwa 60 VDC bis über 300 VDC klassifiziert sein. Andere Batteriekonstruktionen können mit niedrigeren Spannungsklassifizierungen verwendet werden. Jedoch nimmt der Bedarf für einen dedizierten Fluidkühlkreis mit abnehmender Spannungsausgabe ab und daher werden sich die übrigen Beispiele wieder auf die in 1 gezeigten Hochspannungskomponenten beziehen.
Wenn der Antriebsmotor 12 als mehrphasige Wechselstrominduktionsmaschine ausgestaltet ist, kann das Fahrzeug 10 auch das vorstehend erwähnte TPIM 26 enthalten. Das TPIM 26 ist mithilfe eines Hochspannungs-Gleichspannungsbusses 17 mit dem Batteriestapel 18 und mithilfe eines Hochspannungs-Wechselspannungsbusses 13 mit dem Antriebsmotor 12 elektrisch verbunden. Das TPIM 26 kann mithilfe einer Pulsbreitenmodulation und dem Schalten von Halbleitern mit hoher Geschwindigkeit gesteuert werden, wie in der Technik gut verstanden wird, um Wechselspannungsleistung, die vom Antriebsmotor 12 erzeugt wird, in Gleichspannungsleistung umzusetzen, die zum Speichern im Batteriestapel 18 geeignet ist, und um die gespeicherte Gleichspannungsleistung nach Bedarf zurück in Wechselspannungsleistung umzusetzen, um den Antriebsmotor 12 mit Leistung zu versorgen. Diese Funktionen erzeugen erhebliche Wärmemengen und erfordern daher eine Fluidkühlung mithilfe des Temperatursystems 20. Auf ähnliche Weise kann sich die Leistung von Schaltkomponenten und anderen elektrischen Vorrichtungen verschlechtern, wenn der Batteriestapel 18 bei kaltem Wetter verwendet wird, und daher kann das Temperatursystem 20 verwendet werden, um den Batteriestapel 18 bei Bedarf zu erwärmen.
Der in 1 gezeigte Controller 30 führt Anweisungen oder einen Code, die bzw. der das vorliegende Verfahren 100 verkörpern bzw. verkörpert, von einer konkreten nicht vorübergehenden Speichervorrichtung 36, unter Verwendung empfangener Temperatursignale (Pfeile 160, 162) aus, deren Ursprung nachstehend mit Bezug auf 2 erläutert wird. Die Ausführung des Verfahrens 100 ermöglicht, dass ein Prozessor 34 des Controllers 30 das Verhalten des Temperatursystems 20 diagnostiziert. Der Controller 30 kann als ein Digitalcomputer ausgestaltet sein, der als Speichervorrichtung 36 einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher und/oder andere magnetische oder optische Speichermedien aufweist.
Der Controller 30 enthält außerdem genügend Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) und dergleichen. Zudem kann der Controller 30 einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltungen (A/D- und D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen enthalten um eine vollständig funktionsfähige Hardware- und Software-Steuerungsvorrichtung bereitzustellen.
Heizungssteuerungssignale (Pfeil 161) können bei einer beispielhaften Ausführungsform von dem Controller 30 erzeugt oder empfangen werden, um festzustellen, wann von dem Temperatursystem 20 ein Erwärmen der Batterie benötigt wird. Das heißt, das Erwärmen der Batterie ist eine Folge einer Steuerungslogik, die mehrere Parameter in Betracht zieht, etwa die Batterietemperatur, die Kühlmitteltemperatur, die Umgebungstemperatur, den Batterieladezustand (SOC), den Fahrzeugbetriebsmodus, etwa Aufladen, Fahren usw., und Fahrzeugfehlerinformationen, beispielsweise wird ein Erwärmen mithilfe der Steuerungssignale (Pfeil 161) nicht angefordert, wenn der Temperatursensor 60 (siehe 2) defekt ist.
Mit Bezug auf 2 führt der Controller 30 schließlich in Ansprechen auf eine Diagnose der Heizung 28 und der Pumpe 50 geeignete Steuerungsmaßnahmen aus. Als Teil dieser Steuerungsmaßnahmen kann der Controller 30 Diagnosecodes (Pfeile 55 und 57) für die Heizung 28 bzw. die Pumpe 50 ausgeben, wobei jeder Diagnosecode einen entsprechenden Bestanden- oder Nichtbestandenstatus aufweist. Andere Steuerungsmaßnahmen können umfassen, dass eine Warnlampe erleuchtet wird, ein Code an einen Ort in der Ferne oder an eine tragbare Vorrichtung übertragen wird, dass die Heizung 28 oder die Pumpe 50 repariert oder ausgetauscht wird usw.
Das in 2 gezeigte Temperatursystem 20 enthält eine Fluidleitung 25, 125, z. B. Stücke einer Rohrleitung, einer Röhre und/oder eines hydraulischen/pneumatischen Schlauchs und beliebige benötigte Anschlussstücke. Komponenten im Motorraum des Temperatursystems 20 sind auf einer ersten Seite (Pfeil 54) einer imaginären Trennlinie 52 enthalten. Die andere Seite der Linie 52 ist durch Pfeil 56 angezeigt und stellt die Batteriekühlmittelelemente des Temperatursystems 20 dar, die mithilfe der vorliegenden Herangehensweise bewertet werden.
Auf der Batteriekühlmittelseite (Pfeil 56) empfängt der Batteriestapel 18 die Fluidleitung 25 und führt die Fluidleitung 25 intern in der Nähe der wärmeerzeugenden Elemente, etwa der leitfähigen Batteriezellen (nicht gezeigt). Fluid (Pfeil 22) wird durch eine Saugwirkung, die durch die Pumpe 50 erzeugt wird, in den Batteriestapel 18 hinein bewegt. Die Drehzahl der Pumpe 50 wird schließlich unter Verwendung von Drehzahlsignalen (Pfeil 72) gesteuert, die von dem Controller 30 oder von einer anderen geeigneten Steuerungsvorrichtung an die Pumpe 50 übertragen werden.
Die Heizung 28 von 2 ist direkt stromaufwärts zum Batteriestapel 18 positioniert. Ein Temperatursensor 60, etwa ein Thermoelement, ist stromabwärts von der Heizung 28 bei oder in der Nähe eines Fluideinlasses in den Batteriestapel 18 positioniert. Ein ähnlicher Sensor 62 kann am Auslass des Batteriestapels 18 positioniert und beispielsweise verwendet werden, um die tatsächliche Kühlung zu bewerten, die über den Batteriestapel 18 hinweg auftritt. Temperatursignale (Pfeile 160, 162) von den jeweiligen Temperatursensoren 60, 62 werden dem Controller 30 über den Kommunikationsbus 15 von 1 oder über Funk im Verlauf des Ausführens des vorliegenden Verfahrens 100 zugeführt, wobei ein Beispiel für dasselbe in 3 gezeigt und nachstehend beschrieben ist.
Immer noch mit Bezug auf 2 kann die Motorraumseite, d. h. die Seite, die durch Pfeil 54 angezeigt ist, einen Radiator 40 und einen Kondensator 42 der Art, die in der Technik bekannt ist, enthalten. Eine Fluidströmung (Pfeile 43) innerhalb der Fluidleitung 25 gelangt schließlich zu einem Knoten 81, bei dem sich die verschiedenen Fluidströmungen (Pfeile 43) zu einem einzigen Strom vereinen, um die Fluidströmung (Pfeil 22) zu definieren, die schließlich in die Pumpe 50 eingesaugt wird. Ein Kühlmittelmodusventil 82 mit vier Wegen kann verwendet werden, um einen Teil des Fluids (Pfeil 22), das im Temperatursystem 20 verwendet wird, wie gezeigt an ein Kühlaggregat 46 umzuleiten. Beispielsweise kann das Ventil 82 die Fluidströmung (Pfeil 22) derart aufteilen, dass eine Strömung (Pfeil 47) in das Kühlaggregat 46 eintritt, eine Strömung (Pfeil 43) in den Radiator 40 eintritt und eine Strömung (Pfeil 45) den Knoten 81 erreicht. Das Kühlaggregat 46 kann Teil eines Klimaanlagensystems mit einem Klimaanlagenkompressor 48 sein, dessen Funktion mithilfe eines Klimaanlagen-Steuerungsmoduls 49 oder optional mithilfe von Signalen (Pfeil 70) gesteuert wird, wenn der Controller 30 eine derartige Funktionalität enthält.
Der in 2 gezeigte Klimaanlagenkompressor 48 liefert eine Kältemittelströmung (Pfeile 41) an den Kondensator 42 und mithilfe eines Temperaturausdehnungsventils 80 schließlich an das Kühlaggregat 46. Ein ähnliches Wärmeausdehnungsventil 180 kann in Verbindung mit einem Verdampfer 44 verwendet werden. Alle Komponenten des Temperatursystems 20 von 2 sind in 2 schematisch gezeigt. Wie der Fachmann feststellen wird, kann das Temperatursystem 20 zusätzliche Fluidsteuerungskomponenten und Sensoren enthalten, um ein Klimaanlagensystem, das die gewünschte Funktionalität aufweist, vollständig auszuführen. Um in Übereinstimmung mit dem nachstehend beschriebenen Verfahren 100 korrekt zu funktionieren, müssen alle Ausführungsformen des Temperatursystems 20 jedoch mindestens die Pumpe 50 und die Heizung 28 enthalten, d. h. eine Strömungsvorrichtung, um Fluid (Pfeil 22) an den Batteriestapel 18 zirkulieren zu lassen, und eine Heizungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um die Temperatur des Fluids (Pfeil 22) nach Bedarf zu erhöhen.
Mit Bezug auf 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Diagnostizieren des Verhaltens der Pumpe 50 gezeigt, selbst wenn ein Betrieb der Heizung 28 nicht benötigt wird, im Gegensatz zu herkömmlichen Herangehensweisen, die einen gleichzeitigen Betrieb der Heizung 28 zur Bewertung der Pumpe 50 benötigen. Beim Ausführen des Verfahrens 100 nutzt der Controller 30 günstige Bedingungen, um Energie zu sparen und ein unnötiges zyklisches Ein- und Ausschalten der Heizung 28 zu verringern.
Mit Schritt 102 beginnend detektiert der Controller 30 von 1 und 2 zuerst ein Aktivierungssignal, etwa ein Schlüssel-Einschaltereignis, bei dem das Fahrzeug 10 gerade läuft, und geht dann zu Schritt 104 weiter. Schritt 102 ist daher eine Vorbedingung zum Ausführen des Rests des Verfahrens 100.
Nachdem die Ausführung des Verfahrens 100 bei Schritt 102 aktiviert wurde, schaltet der Controller 30 bei Schritt 104 die in 2 gezeigte Pumpe 50 ein. Die Pumpe 50 fängt an, das Fluid (Pfeil 22) durch den Batteriestapel 18 hindurch zirkulieren zu lassen. Das Verfahren 100 geht zu Schritt 106 weiter, während das Fluid (Pfeil 22) weiterhin strömt.
Bei Schritt 106 empfängt der Controller 30 als nächstes die Temperatursignale (Pfeil 160) vom Temperatursensor 60 oder alternativ von einem beliebigen anderen Temperatursensor, der in der Fluidströmung (Pfeil 22) positioniert ist, und berechnet dann den Absolutwert des Temperaturgradienten des Fluids (Pfeil 22). Der berechnete Absolutwert des Temperaturgradienten wird mit einer kalibrierten Rate verglichen. Wenn der Absolutwert des Temperaturgradienten die kalibrierte Rate überschreitet, d. h. die Temperatur des Fluids 22 schneller steigt oder fällt, als es beim Fehlen der Fluidströmung (Pfeil 22) natürlich auftreten kann, geht das Verfahren 100 zu Schritt 108 weiter. Andernfalls geht das Verfahren 100 zu Schritt 110 weiter.
Bei Schritt 108 zeichnet der Controller 30 einen Diagnosecode für die Pumpe 50 (Pfeil 57 von 2) auf, wobei ein Status anzeigt, dass die Pumpe 50 korrekt funktioniert. Dann geht das Verfahren 100 zu Schritt 112 weiter.
Bei Schritt 110 führt der Controller 30 als nächstes eine Heizungsdiagnose aus. Zum Beispiel kann der Controller 30 die Pumpe 50 ausschalten und die Heizung 28 einschalten. Die Heizung 28 bleibt eine kalibrierte Zeitspanne lang eingeschaltet, nach der der Controller 30 die Heizung 28 wieder ausschaltet. Durch diesen Schritt wird ein Schwall mit erwärmtem Fluid (Pfeil 22) erzeugt. Dann geht das Verfahren 100 zu Schritt 114 weiter.
Bei Schritt 112 stellt der Controller 30 fest, ob mithilfe der in 1 gezeigten Steuerungssignale (Pfeil 161) ein Erwärmen der Batterie angefordert worden ist. Die in Schritt 112 verwendeten Steuerungssignale (Pfeil 161) können beispielsweise automatisch erzeugt werden, wenn eine Außentemperatur oder eine Innentemperatur des Batteriestapels 18 unter einen kalibrierten minimalen Schwellenwert fällt. Wenn kein Erwärmen angefordert wurde, geht das Verfahren 100 zu Schritt 122 weiter. Andernfalls geht das Verfahren 100 zu Schritt 110 weiter.
Bei Schritt 114 sollte der Controller 30, der in 2 und 3 gezeigt ist, als Folge des Schrittes 112 einen Anstieg bei der Einlasstemperatur an den Batteriestapel 18 wahrnehmen, die von dem Temperatursensor 60 gemessen wird. Auf der Grundlage dieser Annahme agierend vergleicht der Controller 30 die Einlasstemperatur (Pfeil 160) mit einem erwarteten Temperaturanstieg, und geht zu Schritt 116 weiter, wenn der erwartete Temperaturanstieg detektiert wird. Andernfalls geht das Verfahren 100 zu Schritt 118 weiter.
Nachdem bei Schritt 114 der erwartete Temperaturanstieg detektiert wurde, führt der Controller 30 bei Schritt 116 eine anschließende Diagnose der Pumpe 50 aus. Schritt 116 kann umfassen, dass die Pumpe 50 wieder eingeschaltet wird, eine Steuerungsmaßnahme, die zu einem Abfallen bei der Temperatur des Fluids (Pfeil 22) führen sollte, das in den Batteriestapel 18 von 1 und 2 eintritt und durch den Temperatursensor 60 gemessen wird. Das Verfahren 100 geht zu Schritt 120 weiter. Die Ausführung von Schritt 116 kann eine zweite Diagnose der Pumpe 50 bereitstellen, wenn die Kriterien bei Schritt 106 nicht erfüllt wurden. Folglich wird die Pumpe 50 immer bewertet, aber anders als bei herkömmlichen Verfahren wird die Heizung 28 nur in Ansprechen auf ein negatives Ergebnis bei Schritt 106 oder auf eine Anforderung nach Erwärmen bei Schritt 112 bewertet.
Bei Schritt 118 zeichnet der Controller 30 einen Code mit einer nicht bestandenen Diagnose für die Heizung 28 in der Speichervorrichtung 36 auf. Als Folge von Schritt 118 können anschließende Steuerungsmaßnahmen ergriffen werden, welche die Reparatur oder den Austausch der Heizung 28 und/oder das Beleuchten einer Anzeigelampe umfassen.
Bei Schritt 120 zeichnet der Controller 30 als nächstes in Abhängigkeit vom Ergebnis von Schritt 116 einen Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Diagnose für die Pumpe 50 auf. Das heißt, dass der Controller 30 den Diagnosecode in der Speichervorrichtung 36 mit einem entsprechenden Bestandenstatus aufzeichnet, wenn der erwartete Temperaturabfall auftritt, der vom Temperatursensor 60 gemessen wird. Wenn sich der erwartete Temperaturabfall innerhalb eines kalibrierten Zeitfensters nicht materialisiert, zeigt dies jedoch entweder ein unerwartet langsames Verhalten oder einen Ausfall der Pumpe 50 an. In diesem Fall zeichnet der Controller 30 den Diagnosecode mit einem entsprechenden Nichtbestandenstatus auf. Wie bei Schritt 118 können beliebige geeignete Steuerungsmaßnahmen als Folge eines Codes mit einer nicht bestandenen Pumpendiagnose ergriffen werden, die das Reparieren oder das Austauschen der Pumpe 50, das Beleuchten einer Warnlampe usw. umfassen.
Bei Schritt 122 schließt der Controller 30 das Verfahren 100 ab, indem er einen Diagnosecode aufzeichnet, der eine nicht vollständige Bewertung der Heizung 28 anzeigt. Das heißt, dass Schritt 112 nach einer erfolgreichen Bewertung der Pumpe 50 bei Schritt 108 erreicht wird. Da bei Schritt 112 ein Erwärmen nicht angefordert wurde, wird die Heizungsdiagnose von Schritt 110 beim gegenwärtigen Diagnosezyklus nicht ausgeführt.
Die Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens 100 führt daher zu vier möglichen Diagnoseergebnissen: eine ausgefallene Heizung 28 unabhängig vom Verhalten der Pumpe 50; eine Pumpe 50, die bestanden hat, mit einer Heizung 28, die bestanden hat; eine Pumpe 50, die bestanden hat ohne eine Diagnose der Heizung 28; und eine Pumpe 50, die nicht bestanden hat, mit einer Heizung, die bestanden hat. Die vorliegende Herangehensweise erfüllt Anforderungen zur On-Board-Diagnose (OBD) auf eine relativ energieeffiziente Weise, indem die unnötige Verwendung elektrischer Energie und das übermäßige zyklische Ein- und Ausschalten von Hochspannungskomponenten minimiert werden.
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 (100) zur Diagnose eines Systems, das einen Batteriestapel (18), ein Wärmeübertragungsfluid (22), eine Heizung (28) und eine Pumpe (50) aufweist, die das Fluid (22) durch die Heizung (28) hindurch an den Batteriestapel (18) zirkulieren lässt, wobei das Verfahren (100) umfasst, dass: eine Temperatur des Fluids (22) gemessen wird; mithilfe eines Controllers (30) ein Aktivierungssignal empfangen wird (102); in Ansprechen auf das empfangene Aktivierungssignal die Pumpe (50) mithilfe des Controllers (30) eingeschaltet wird (104); mithilfe des Controllers (30) ein Absolutwert eines Temperaturgradienten des Fluids (22) unter Verwendung der Temperatursignale (160, 162) berechnet wird, während die Pumpe (50) eingeschaltet bleibt; ein Code mit einer bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (108), wenn der Absolutwert des Temperaturgradienten einen kalibrierten Temperaturgradientenwert überschreitet; und eine Heizungsdiagnose nach dem Berechnen des Absolutwerts des Temperaturgradienten nur ausgeführt wird (110), wenn ein Erwärmen der Batterie (18) angefordert wird oder der Absolutwert des Temperaturgradienten den kalibrierten Temperaturgradientenwert nicht überschreitet, was umfasst, dass die Pumpe (50) ausgeschaltet wird, die Heizung (28) zyklisch ein- und ausgeschaltet wird und die Temperatursignale (160, 162) auf einen kalibrierten Temperaturanstieg hin überwacht werden (114).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: ein Code mit einer nicht bestandenen Heizungsdiagnose aufgezeichnet wird (118), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg nicht stattfindet.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: unter Verwendung des Controllers (30) eine Pumpendiagnose ausgeführt wird (116), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg stattfindet, und ein Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (120), der dem Ergebnis der Pumpendiagnose entspricht.
Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei das Ausführen der Pumpendiagnose umfasst, dass: nach dem zyklischen Ein- und Ausschalten der Heizung (28) die Pumpe (50) eingeschaltet wird; unter Verwendung der Temperatursignale das Vorhandensein oder das Fehlen eines kalibrierten Temperaturabfalls des Fluids detektiert wird (114); und ein Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (120), wenn der kalibrierte Temperaturabfall vorhanden ist bzw. fehlt.
System (20), das umfasst: einen Batteriestapel (18); eine Versorgung mit Wärmeübertragungsfluid (22); eine Heizung (28); eine Pumpe (50), die das Fluid (22) durch die Heizung (28) hindurch an den Batteriestapel (18) zirkulieren lässt; einen Temperatursensor (60, 62), der zum Messen einer Temperatur des Fluids (22) ausgestaltet ist; und einen Controller (30) in Verbindung mit dem Temperatursensor (60, 62), der Pumpe (50), dem Batteriestapel (18) und der Heizung (28), wobei der Controller (30) einen Prozessor (34) und einen konkreten nicht vorübergehenden Speicher (36), in dem Anweisungen zum Diagnostizieren des Verhaltens der Heizung (28) und der Pumpe (50) aufgezeichnet sind, enthält; wobei der Controller (30) ausgestaltet ist, um das Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen.
System (20) nach Anspruch 5, wobei der Controller (30) ausgestaltet ist, um einen Code mit einer nicht bestandenen Heizungsdiagnose aufzuzeichnen (118), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg nicht stattfindet.
System (20) nach Anspruch 5, wobei der Controller (30) ferner ausgestaltet ist, um eine Pumpendiagnose auszuführen (116), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg stattfindet, und um einen Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufzuzeichnen (120), der dem Ergebnis der Pumpendiagnose entspricht.
System (20) nach Anspruch 7, wobei die Pumpendiagnose umfasst, dass die Pumpe (50) nach dem zyklischen Ein- und Ausschalten der Heizung (28) eingeschaltet wird, das Vorhandensein oder das Fehlen eines kalibrierten Temperaturabfalls des Fluids (22) unter Verwendung der Temperatursignale (160, 162) detektiert wird (114) und ein Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (120), wenn der kalibrierte Temperaturabfall vorhanden ist bzw. fehlt.
Verfahren (100) zur Diagnose eines Temperatursystems (20) in einem Fahrzeug (10), wobei das Temperatursystem (20) einen Batteriestapel (18), ein Wärmeübertragungsfluid (22), eine Heizung (28) und eine Pumpe (50), die das Fluid (22) durch die Heizung (28) hindurch an den Batteriestapel (18) zirkulieren lässt, enthält, wobei das Verfahren (100) umfasst, dass: eine Temperatur des Fluids (22) bei einem Punkt gemessen wird, an dem das Fluid in den Batteriestapel (18) eintritt; ein Schlüssel-Einschalt-Zustand des Fahrzeugs (10) als Aktivierungssignal detektiert wird; das Aktivierungssignal mithilfe eines Controllers (30) empfangen wird; in Ansprechen auf den Empfang des Aktivierungssignals die Pumpe (50) unter Verwendung des Controllers (30) eingeschaltet wird; mithilfe des Controllers (30) ein Absolutwert eines Temperaturgradienten des Fluids (22) des Batteriestapels (18) unter Verwendung der Temperatursignale (160, 162) berechnet wird, während die Pumpe (50) eingeschaltet bleibt; ein Code mit einer bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (108), wenn der berechnete Absolutwert des Temperaturgradienten eine kalibrierte Rate überschreitet; nach dem Berechnen des Absolutwerts des Temperaturgradienten eine Heizungsdiagnose nur ausgeführt wird (110), wenn ein Erwärmen der Batterie (18) angefordert wird oder wenn der berechnete Absolutwert des Temperaturgradienten die kalibrierte Rate nicht überschreitet, was umfasst, dass die Pumpe (50) ausgeschaltet wird, die Heizung (28) zyklisch ein- und ausgeschaltet wird und die Temperatursignale auf einen kalibrierten Temperaturanstieg hin überwacht werden (114); ein Code mit einer nicht bestandenen Heizungsdiagnose im Speicher (36) des Controllers (30) aufgezeichnet wird (118), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg nicht stattfindet; und eine Pumpendiagnose unter Verwendung des Controllers (30) ausgeführt wird (116), wenn der kalibrierte Temperaturanstieg stattfindet, und ein Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (120), der dem Ergebnis der Pumpendiagnose entspricht.
Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei das Ausführen der Pumpendiagnose umfasst, dass: nach dem zyklischen Ein- und Ausschalten der Heizung (28) die Pumpe (50) eingeschaltet wird; das Vorhandensein oder das Fehlen eines kalibrierten Temperaturabfalls des Fluids unter Verwendung der Temperatursignale (160, 162) detektiert wird (114); und ein Code mit einer bestandenen oder einer nicht bestandenen Pumpendiagnose aufgezeichnet wird (120), wenn der kalibrierte Temperaturabfall vorhanden ist bzw. fehlt.