DE102014201658A1 - Verfahren zum Maximieren von Mikrohybrid-Auto-Start-Stopp-Verfügbarkeit - Google Patents

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Xiangying Liu
Zeljko Deljevic
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David Anthony Symonow
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Kirk Pebley
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Abstract

Ein Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit von Start-Stopp-Vorgängen innerhalb eines Mikrohybridfahrzeugs weist das Bestimmen des Stroms auf, der von einem Satz elektrischer Bestandteile des Fahrzeugs aus der Batterie des Fahrzeugs entnommen wird. Der interne Widerstand der Batterie des Fahrzeugs und der Widerstand einer Anlassermotorschleifenschaltung, die mit der Maschine des Fahrzeugs gekuppelt ist, werden dynamisch berechnet. Die Spannung bei geschlossener Schleife der Batterie wird vorausgesagt, indem der interne Widerstand der Batterie, der Widerstand der Anlassermotorschleifenschaltung und der Strom, der von dem Satz elektrischer Bestandteile des Fahrzeugs entnommen wird, verwendet werden. Der Start-Stopp-Vorgang wird ausgeführt, wenn die Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie als oberhalb eines vorbestimmten Mindestwerts liegend vorausgesagt wird.

Description

  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein Kraftfahrzeuge und spezifischer Mikrohybrid-Fahrzeuge, die mit Auto-Start-Stopp-Funktion ausgerüstet sind.
  • Mikrohybrid-Elektrofahrzeuge enthalten Start-Stopp-Systeme, die die Maschine des Fahrzeugs automatisch abschalten, um Maschinen-Leerlaufzustände zu minimieren, wenn das Fahrzeug stillsteht, und die Maschine wieder anlassen, wenn das Fahrzeug wieder zu fahren beginnt. Das verringert den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und Emissionen von dem Fahrzeug wesentlich. Spezifisch ist die Start-Stopp-Technik extrem vorteilhaft, wenn ein Fahrzeug unter Verkehrsstaubedingungen fährt oder häufig stoppt und signifikante Zeit an den Verkehrsampeln verweilt. Bei den meisten Mikrohybrid-Elektrofahrzeugen schaltet die Start-Stopp-Technik die Maschine ab, wenn der Fahrer das Bremspedal oder die Kupplung drückt, um das Fahrzeug zu stoppen. Die Maschine wird wieder angelassen, wenn das Bremspedal freigegeben wird (in dem Fall von Automatikgetrieben) und/oder wenn die Kupplung wieder gedrückt wird (bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe), bevor der Gang zum Bewegen des Fahrzeugs ausgewählt wird. In bestimmten Fällen kann die Maschine des Fahrzeugs auch wieder starten, wenn die elektrische Leistungsnachfrage von einem oder mehreren der Subsysteme des Fahrzeugs, wie zum Beispiel der Klimaanlage, relativ höher ist.
  • Lichtmaschinen werden in Mikrohybrid-Fahrzeugen verwendet, um die Batterie aufzuladen und die elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Leistung zu versorgen, wenn die Maschine läuft. Wenn das Start-Stopp-System eines Fahrzeugs die Maschine abschaltet, wird auch die Lichtmaschine des Fahrzeugs abgeschaltet, und die Hauptsubsysteme des Fahrzeugs, darunter das Infotainment-System, die Klimaanlage usw. entnehmen Leistung aus der Batterie des Fahrzeugs für den Betrieb. Da die Lichtmaschine als Reaktion auf das Abschalten der Maschine des Fahrzeugs abschaltet, kann die Batterie nicht aufgeladen werden, und sie beginnt, sich zu entladen, während die elektrischen Subsysteme Leistung aus der Batterie des Fahrzeugs entnehmen. Die Maschine muss daher nach einer spezifischen Zeit eventuell wieder angelassen werden, um einen Zustand zu vermeiden, bei dem der Betrieb der elektrischen Subsysteme des Fahrzeugs aufgrund des Entladens der Batterie und der entsprechenden niedrigen Spannung des elektrischen Systems beeinträchtigt wird. Das kann in einer Situation auftreten, in der die Maschine des Fahrzeugs von dem Auto-Start-Stopp-System des Fahrzeugs während einer relativ langen Zeit abgeschaltet wurde. Ferner kann in einem Fall, in dem sich die Batterie des Fahrzeugs zu einem bestimmten Mindestniveau entleert, die darauf folgende niedrige Spannung des elektrischen Systems unerwünschte Leistung der elektrisch angetriebenen Subsysteme verursachen.
  • Um das oben stehende Problem zu bewältigen, überwachen viele Mikrohybrid-Fahrzeuge verschiedene Parameter innerhalb des Fahrzeugs, um Beeinträchtigungen der guten Betriebsbedingungen der elektrischen Bestandteile und Subsysteme des Fahrzeugs während Maschinenstoppzuständen zu minimieren. Bei einigen herkömmlichen Ansätzen verwendet ein Batteriemanagementmodul des Fahrzeugs einen fixen Wert des Einschaltstroms, den der Anlassermotor des Fahrzeugs entnehmen wird, um die Verfügbarkeit der Maschinen-Start-Stopp-Funktion zu bestimmen. Der Einschaltstrom an dem Anlassermotor der Maschine des Fahrzeugs wirkt sich direkt auf die Spannung der Stromsysteme aus. Wenn das Batteriemanagementmodul jedoch einen fixen programmierten Wert für den Anlassermotor-Einschaltstrom verwendet, kann es bestimmte vernachlässigte/nicht identifizierte Fälle geben, in welchen die Batterie des Fahrzeugs immer noch genug Leistung haben kann, und der Stopp-Start-Vorgang kann unverwendet oder unterverwendet bleiben. Andere Ansätze zum Maximieren des Start-Stopp-Vorgangs in einem Fahrzeug waren bisher ebenfalls nicht wesentlich erfolgreich.
  • Angesichts der oben erwähnten Probleme und anderer Nachteile des Stands der Technik, besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit des Start-Stopp-Vorgangs in einem Mikrohybrid-Elektrofahrzeug.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit der Start-Stopp-Funktion eines Mikrohybrid-Elektrofahrzeugs bereit, ohne die Vorgänge der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs, die Leistung aus der Batterie des Fahrzeugs beziehen, zu beeinträchtigen.
  • Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit des Start-Stopp-Modus für den Betrieb einer Fahrzeugmaschine bereit. Das Verfahren weist das Messen des Stroms (Last) auf, der von einem Satz elektrischer Bestandteile des Fahrzeugs von der Fahrzeugbatterie bezogen wird. Der interne Widerstand der Batterie des Fahrzeugs wird dynamisch gemessen. Ferner bestimmt das Verfahren während jedem Maschinenwiederanlassvorgang dynamisch den Widerstand über die Anlassermotorschleifenschaltung des Fahrzeugs, die den Anlassermotor, Elektromagnet und angeschlossene Verdrahtung umfasst, und zeichnet ihn auf. Dann berechnet das Verfahren eine Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Fahrzeugbatterie unter Einsatz des Stroms, der von dem Satz elektrischer Bestandteile bezogen wird, des internen Widerstands der Batterie und des Widerstands der Anlassermotorschleife. Basierend auf der berechneten Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie, führt das Verfahren den Start-Stopp-Betrieb für die Maschine des Fahrzeugs aus, wenn die vorausgesagte Spannung bei geschlossenem Kreislauf oberhalb eines bestimmten vorbestimmten Werts liegt.
  • Zusätzliche Aspekte, Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Offenbarung würden aus den Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen, die in Übereinstimmung mit den anliegenden folgenden Ansprüchen ausgelegt sind, hervorgehen.
  • 1 ist ein Stromkreis, der eine Batterie darstellt, die mit einem Satz elektrischer Bestandteile und einem Anlassermotor eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gekuppelt ist.
  • 2 veranschaulicht eine beispielhafte Umgebung, die die Bestandteile eines Fahrzeugs, die miteinander zusammenwirken und konfiguriert sind, um die Verfügbarkeit der Start-Stopp-Funktion innerhalb des Fahrzeugs zu maximieren, abbildet.
  • 3 bildet ein Flussdiagramm ab, das ein beispielhaftes Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit der Start-Stopp-Vorgänge der Maschine eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Die folgende ausführliche Beschreibung veranschaulicht Aspekte der beanspruchten Erfindung und die Methoden, um sie umzusetzen. Die Beschreibung ist jedoch nicht dazu bestimmt, die Erfindung zu definieren oder einzuschränken, da eine solche Definition oder Einschränkung ausschließlich in den hier anliegenden Ansprüchen enthalten ist. Obwohl die beste Ausführungsform der Erfindung umfassend offenbart wurde, wird der Fachmann verstehen, dass andere Ausführungsformen zum Ausführen oder Umsetzen der Erfindung ebenfalls möglich sind.
  • Die derzeitigen Mikrohybrid-Fahrzeuge des Automobilmarktes sind mit einer Start-Stopp-Funktion für die Maschine des Fahrzeugs ausgestattet, und diese Funktion schaltet die Maschine ab, wenn das Fahrzeug so gut wie stillsteht. Die Maschine wird wieder angelassen, wenn das Fahrzeug wieder zu fahren beginnt. Das minimiert die Maschinenleerlaufzustände und verringert daher den Kraftstoffverbrauch und Emissionen von dem Fahrzeug. Wenn die Maschine abgeschaltet wird, beginnen die elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs, darunter die Klimaanlage, das Infotainment-System, das Beleuchtungssystem usw., Leistung aus der Batterie des Fahrzeugs zu entnehmen, und daher kann sich die Batterie mit der Zeit entladen, wenn die Maschine während einer längeren Zeitspanne abgeschaltet ist. In einem Fall, in dem sich die Batterie unter ein bestimmtes Niveau entlädt, kann der Betrieb der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs beeinträchtigt werden. Ferner sollte beim Auslösen eines Wiederanlassens der Maschine, nachdem ein Auto-Stopp-aufgetreten ist, die Batterie eine bestimmte Mindestspannung liefern. Viele der herkömmlichen Start-Stopp-Systeme innerhalb von Fahrzeugen verwenden einen fixen programmierten Wert für den Einlassstrom an dem Anlassermotor, der mit der Maschine des Fahrzeugs gekuppelt ist, um Behinderungen des guten Funktionierens der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs zu minimieren, während die Start-Stopp-Vorgänge ausgeführt werden. Dieser Ansatz kann keine maximale Verfügbarkeit für die Start-Stopp-Funktion sicherstellen.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit der Start-Stopp-Funktion in einem Mikrohybrid-Fahrzeug ohne Beeinträchtigung des Betriebs der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs, wie zum Beispiel das Infotainment-System, die Klimaanlage usw.
  • Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird nun verbunden mit dem Stromkreis, der in 1 abgebildet ist, erklärt.
  • Bei der veranschaulichten Schaltung sind die Parameter, die Berechnungen betreffen, die zu dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung gehören, wie folgt benannt:
    • VB
    = Spannung im geschlossenen Kreislauf der Batterie des Fahrzeugs, das heißt der Potenzialunterschied zwischen den Klemmen der Batterie.
    RB
    = Interner Widerstand der Batterie.
    Rs
    = Widerstand über die Anlassermotorschleifenschaltung des Fahrzeugs, darunter der Anlassermotor, der Elektromagnet für den Anlassermotor und das angeschlossene Stromverdrahtungssystem.
    IL
    = Strom (Last), die aus der Batterie von den elektrischen Bestandteilen des Fahrzeugs entnommen wird.
    RL
    = Summierter Widerstand des elektrischen Systems des Fahrzeugs, darunter der Anlasserschleifenwiderstand (dieser summierte Widerstand ist ein nicht-ohmscher Widerstand).
    VOC
    = Spannung bei offenem Kreislauf zwischen den Klemmen der Batterie
  • Die Gleichstromspannungsquelle 102, die in dem Schaltkreis gezeigt ist, stellt die Batterie des Fahrzeugs dar. Die Last, die von den elektrischen Bestandteilen des Fahrzeugs aus der Batterie entnommen wird, ist durch IL dargestellt. Wie oben erwähnt, können solche elektrischen Bestandteile die Klimaanlage, das Infotainment-System, das GPS-System, das Zündsystem, Scheinwerfer usw. umfassen. Wenn die Maschine des Fahrzeugs von dem Start-Stopp-System des Fahrzeugs auf den Auto-Stopp-Modus gestellt wird, beginnen solche elektrischen Bestandteile, Leistung aus der Batterie des Fahrzeugs zu entnehmen. Die Batterie beginnt daher, sich zu entladen. Die von den verschiedenen elektrischen Bestandteilen des Fahrzeugs entnommene Gesamtlast kann in Abhängigkeit von der Betriebsleistung dieser Bestandteile variieren. Unter höheren Lastzuständen, bei welchen viele elektrische Bestandteile des Fahrzeugs, wie zum Beispiel die Zündung, das Kühlergebläse, Heizungsgebläse/Klimaanlage usw. gleichzeitig in Betrieb sind, kann der Wert von IL viel höher sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für den Zweck dieser Berechnung der mittlere Bezugswert der Last, die von den elektrischen Bestandteilen des Fahrzeugs entnommen wird (das heißt IL), als 90 Ampere angenommen. Der Wert von IL kann jedoch basierend auf der Betriebsleistung variieren, die für die verschiedenen elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs erforderlich ist.
  • VOC stellt die Spannung bei offenem Kreislauf der Batterie des Fahrzeugs dar, die der Potenzialunterschied zwischen den Klemmen der Batterie ist, wenn die Batterie nicht an einen externen Schaltkreis angeschlossen ist. Spezifisch entspricht VOC dem Fall, in dem keiner der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs Leistung aus der Batterie entnimmt.
  • VB stellt die Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie dar, wenn die elektrischen Systeme des Fahrzeugs Leistung aus der Batterie entnehmen, das heißt, wenn die Batterie mit einem externen Schaltkreis verbunden ist. Der Wert von ‚VB‘ hängt von Parametern ab, wie vom Typ und der Größe der Batterie, dem internen Widerstand der Batterie, der Anzahl der Zellen, die in der Batterie vorgesehen sind, dem Strom, der aus der Batterie entnommen wird, der Temperatur der Batterie usw.
  • Das Symbol ‚RB‘ in dem gezeigten Schaltkreis stellt den internen Widerstand der Batterie des Fahrzeugs dar. Die Batterie ist eine aufladbare Batterie, die konfiguriert ist, um Strom zu den elektrischen Systemen des Fahrzeugs zu liefern. Spezifisch ist die Batterie eine herkömmliche SLI (Anlass-, Beleuchtungs- und Zündbatterie, starting, lighting and ignition) zum Liefern von Leistung zu dem Anlassermotor, den Scheinwerfern und den Rücklichtern, den Fahrtrichtungsanzeigen und dem Zündsystem des Fahrzeugs. Ein typisches Beispiel einer solchen Batterie kann eine Blei-Säure-Batterie sein, die gewöhnlich in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Fachmann weiß, dass eine herkömmliche verwendete Kraftfahrzeug-SLI-Batterie eine bestimmte Anzahl galvanischer Zellen enthält, die in serieller oder paralleler Kombination geschaltet sind, um eine gewünschte Spannungsmenge zu den elektrischen Systemen des Fahrzeugs zu liefern. In einer Blei-Säure-SLI-Batterie sind Platten aus Blei und getrennte Platten aus Bleioxid in eine Elektrolytlösung getaucht, die Schwefelsäure und Wasser in bestimmten Anteilen enthält. Ferner wird in Betracht gezogen, dass andere Kraftfahrzeugbatterien ebenfalls an Stelle der Blei-Säure-Batterien verwendet werden können. Die Größe der Batterie kann in Abhängigkeit von dem Typ und der Größe des Fahrzeugs variieren. In einem Fall, in dem das Fahrzeug ein schwerer Lastwagen oder ein SUV ist, können zwei oder mehrere solcher Batterien in Serie oder parallel geschaltet sein, um einen spezifischen Spannungswert zum Betreiben der elektrischen Systeme des Fahrzeugs zu erreichen. Der Fachmann versteht, dass die Ladung der Batterie verwendet wird, um Leistung zu elektrischen Bestandteilen/Systemen des Fahrzeugs zu liefern, und die Ladung wird während der Betriebszustände der Maschine innerhalb der Batterie wieder hergestellt.
  • Der Wert des internen Widerstands ‚RB‘ kann zunehmen, während die Batterie altert, das heißt aufgrund ständigen Gebrauchs älter wird. Der Wert von ‚RB‘ für eine neue Batterie kann zum Beispiel viel niedriger sein als der Wert für eine ein Jahr alte Batterie.
  • Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung misst den internen Widerstand (RB) der Batterie während jedes Maschinenwiederanlassereignisses, um die Batteriespannung (VB) beim nächsten Maschinenwiederanlassereignis vorherzusagen. Dazu wird der Ladezustand (SOC) der Batterie ständig gemessen. Irgendein geeignetes Verfahren zum Messen des Ladezustands der Batterie kann verwendet werden.
  • Ferner wird die Temperatur der Batterie ständig durch einen Temperatursensor gemessen, um Änderungen des internen Widerstands der Batterie (RB) mitzuverfolgen. Der Temperatursensor kann in Wärmeverbindung mit der Umgebungsluft, die die Batterie des Fahrzeugs umgibt, sein. Ferner können ein oder mehrere Temperatursensoren auch mit dem Maschinenöl oder dem Kühlmittel der Maschine gekuppelt sein, um einen ungefähren Wert der Temperatur der Batterie zu haben. Spezifisch kann, sobald die Temperatur des Maschinenöls oder des Maschinenkühlmittels bekannt ist, eine kalibrierte Nachschlagtabelle verwendet werden, um die interne Temperatur der Batterie des Fahrzeugs zu schätzen. Ferner wird die Temperatur der Batterie an regelmäßigen Augenblicken erzielt, um irgendeine Änderung des internen Widerstands der Batterie des Fahrzeugs einzugliedern, während das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird.
  • Der Wert ‚Rs‘ in dem Schaltkreis, der in 1 gezeigt ist, stellt den Widerstand über die Anlassermotorschleifenschaltung des Fahrzeugs dar, die den Anlassermotor, den Elektromagnet für den Anlassermotor und das angeschlossene elektrische Verdrahtungssystem umfasst. Der Anlassermotor ist ein Elektromotor, der gewöhnlich in Kraftfahrzeugen verwendet wird, und ist mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs gekuppelt. Der Anlassermotor ist konfiguriert, um die Maschine während ihrer Vorgänge anzutreiben. Wenn die Maschine angelassen wird, entnimmt der Anlassermotor aus der Batterie des Fahrzeugs Strom, um die Maschine anzulassen, wenn ein Startschalter des Fahrzeugs betätigt wird.
  • Um die Verfügbarkeit des Start-Stopp-Vorgangs für die Maschine des Fahrzeugs zu maximieren, wird gemäß der vorliegenden Offenbarung der Widerstand der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) bei jedem Wiederanlassereignis für die Maschine des Fahrzeugs gemessen und verwendet, um einen vorausgesagten Wert für die Spannung der Batterie (VB) an dem nächsten Wiederanlassereignis der Maschine zu bestimmen. Der Wert von Rs variiert in Abhängigkeit von der Temperatur/dem Alter des Anlassermotors, der Schleifenverdrahtung, dem Elektromagnet für den Anlassermotor, den Steckverbindern usw. Geeignete Temperatursensoren können mit dem Maschinenöl und/oder dem Maschinenkühlmittel und/oder der Umgebungsluft, die den Anlassermotor umgibt, gekuppelt und in Wärmeverbindung damit positioniert sein, um die Temperatur des Schleifenkreislaufs des Anlassermotors zu bestimmen. Spezifisch kann eine dynamisch berechnete Nachschlagtabelle verwendet werden, um die Temperatur der Anlassermotorschleifenschaltung und der angeschlossenen Bestandteile aus der erfassten Temperatur des Maschinenöls oder des Maschinenkühlmittels zu finden. Ferner kann die Temperatur der Luft, die die Anlasserschleifenschaltung umgibt, auch ein ungefähres Maß der Temperatur der Schleifenschaltung sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann auch ein Durchschnitt der Werte der Temperatur, die über die Nachschlagtabelle erzielt wird, und der Temperatur der Umgebungsluft, die die Schleifenschaltung umgibt, genommen werden, um eine präzisere Schätzung der Temperatur der Schleifenschaltungsbestandteile zu haben.
  • Es wird in Betracht gezogen, dass, sobald die Temperatur der Schleifenschaltung des Anlassermotors berechnet ist, der Widerstand der Schleifenschaltung (Rs) unter Einsatz des Widerstandskennwerts des Materials der Schleifenschaltung berechnet werden kann.
  • Der Strom, der durch die Anlassermotorschleifenschaltung strömt, wird Is genannt und ist auch der Einschaltstrom für den Anlassermotor.
  • Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung misst zum Maximieren der Verfügbarkeit der Start-Stopp-Vorgänge innerhalb eines Fahrzeugs ständig die Spannung der Batterie, das heißt VB, und stellt sicher, dass der Wert von VB nie unter einen vorbestimmten Mindestwert (VB,Min.) fällt, um irgendeine Behinderung des Betriebs der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs zu verhindern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Ziel des Verfahrens darin, VB oberhalb von 7 Volt zu halten, wenn die Maschine des Fahrzeugs von dem Start-Stopp-System des Fahrzeugs unter Auto-Stopp-Zustand gebracht wird. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der vorbestimmte Mindestwert für VB, das heißt VB,Min. oder VSchwellenwert bei bestimmten Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Betriebsleistung, die für die elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs erforderlich ist, unterschiedlich sein kann.
  • Das mathematische Konzept, auf dem die Maximierung der Start-Stopp-Vorgänge innerhalb des Fahrzeugs basiert, wird nun in Verbindung mit dem elektrischen Schaltkreis der 1 erklärt. Unter Anwenden des Kirchhoffschen Stromgesetzes an dem Knoten A, hat man: IB = IL + IS (i) wobei:
    • IB
    = der aus der Batterie gelieferte Strom ist,
    IL
    = der Strom (Last) ist, der von den elektrischen Systemen des Fahrzeugs entnommen wird, und
    IS
    = der Anlassermotor-Einschaltstromwert ist.
  • Unter Einsatz von Is = VB/RB in Gl. (i), hat man: IB = IL + VB/RS (ii)
  • Die Spannung der Batterie (VB) und des Stroms, der aus der Batterie geliefert wird (IB), kann wie folgt in Beziehung gebracht werden: VB = VOC – IBRB (iii) wobei VOC = Spannung bei offenem Kreislauf der Batterie ist.
  • Einsetzen des Werts von IB aus Gl. (ii) in Gl. (iii), VB = VOC – [IL + VB/RS]RB (iv)
  • Durch Lösen der Gl. (iv) für VB hat man: VB = (VOC – ILRB)/(1 + RB/RS) (v)
  • Gl. (v) wird von dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet, um ständig den Wert von VB zu berechnen, das heißt die Spannung der Batterie des Fahrzeugs. Dieser Wert wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Maschine des Fahrzeugs gestoppt werden kann, nachdem sie in dem Auto-Stopp-Modus ist, ohne die Funktionalität der elektrischen Systeme des Fahrzeugs zu behindern. Spezifisch wird, nachdem die Maschine des Fahrzeugs in einem Auto-Stopp-Modus ist, wenn die Spannung der Batterie (VB) unter den vorbestimmten Mindestwert (VB,Min.) fällt, eine Entscheidung getroffen, die Maschine wieder anzulassen. Das maximiert die Verfügbarkeit des Start-Stopp-Vorgangs in dem Fahrzeug.
  • Spezifisch wird unter Einsatz des offenbarten Konzepts der Wert der Last (IL), der von den elektrischen Systemen des Fahrzeugs entnommen wird, ständig bestimmt. Der Wert von Is wird daher berechnet, indem man die dynamischen Werte von Rs und RB kennt. Der optimierte Wert von Is, wird verwendet, um VB oder VSchwellenwert vorauszusagen, um die Verfügbarkeit der Start-Stopp-Funktion zu maximieren, und schlussendlich die Kraftstoffeinsparung zu verbessern.
  • 2 ist eine beispielhafte Umgebung, die die Module/Bestandteile eines Fahrzeugs 200, die miteinander zusammenwirken, abbildet, um die Verfügbarkeit der Start-Stopp-Vorgänge innerhalb eines Fahrzeugs zu maximieren. Das Fahrzeug 200 ist ein Mikrohybrid-Elektrofahrzeug, das mit der Auto-Start-Stopp-Technik für die Maschine ausgestattet ist. Ferner kann das Fahrzeug 200 ein Personenkraftwagen, ein SUV, ein Kleintransporter usw. sein.
  • Eine Batterie 202 ist mit einem elektrischen System 214 des Fahrzeugs 200 gekuppelt. Wie oben erwähnt, ist die Batterie 202 konfiguriert, um Leistung zu dem elektrischen System 214 des Fahrzeugs zu liefern, insbesondere in Fällen, in welchen die Maschine 222 des Fahrzeugs gestoppt ist. Das elektrische System 214 kann Bestandteile, wie zum Beispiel die Klimaanlage, das Musiksystem, das GPS-System und das Zündsystem des Fahrzeugs 200 enthalten. Ferner kann die Batterie 202 irgendeine geeignete Batterie sein, die herkömmlich in modernen Kraftfahrzeugen verwendet wird, wie zum Beispiel eine Blei-Säure-Batterie oder AGM oder irgendeine andere Technik. Ferner wird in Betracht gezogen, dass mehrere solche Batterien 202 in einer seriellen oder parallelen Kombination eingerichtet sein können, um einen gewünschten Spannungswert zum Zünden und Anlassen der Maschine und zum Liefern von Leistung zu dem elektrischen System 214 zu erzielen.
  • Ein Anlassermotor 206 ist mit der Batterie 202 und der Maschine 222 des Fahrzeugs 200 gekuppelt und bezieht Leistung aus der Batterie 202 des Fahrzeugs. Der Anlassermotor 206 ist konfiguriert, um die Maschine 222 des Fahrzeugs zu drehen, um den Betrieb der Maschine unter ihrer eigenen Leistung einzuleiten. Ferner kann der Anlassermotor 206 entweder einen Dauermagnet verwenden oder kann auch ein seriell-parallel gewickelter Direktstrom-Elektromotor mit einem darauf montierten Anlasserelektromagnet sein. Beim Aktivieren eines Anlassschalters, entnimmt der Anlassermotor 206 eine spezifische Strommenge (das heißt den Anlassermotor-Einschaltstrom Is), um die Maschine 222 des Fahrzeugs anzutreiben. Wenn die Maschine 222 daher angelassen wird, muss die Batterie 202 eine bestimmte Mindestspannung haben, um das Zünden der Maschine 222 einzuleiten.
  • Eine Lichtmaschine 210 ist mit der Maschine 222 und der Batterie 202 gekuppelt. Die Lichtmaschine 210 kann entweder ein Dauermagnetfeld (das heißt einen Magnetzünder) verwenden, um Wechselstrom zu erzeugen, oder kann auch eine stationäre Ankerspule in einem rotierenden Magnetfeld platziert haben, um Strom zu erzeugen. Mit der Batterie 202 gekuppelt lädt die Lichtmaschine 210 die Batterie 202 auf, wenn die Maschine 222 läuft, und versorgt auch das elektrische System 214 des Fahrzeugs 200 bei Betriebszuständen der Maschine.
  • Mehrere Temperaturerfassungssensoren 226(a), 226(b) und 226(c) sind mit den verschiedenen Bestandteilen des Fahrzeugs gekuppelt. Spezifisch kann der Temperatursensor 226(a) in Wärmeverbindung mit der Batterie 202 sein, um die Temperatur der Batterie 202 zu messen. Ähnlich ist der Temperatursensor 226(b) mit dem Anlassermotor 206 gekuppelt, und ist konfiguriert, um die Temperatur der Anlassermotorschleifenschaltung zu messen. Bei einer Ausführungsform kann der Temperatursensor 226(b) in Wärmeverbindung mit der Luft, die einen oder mehrere Bestandteile der Schleifenschaltung für den Anlassermotor 206 umgibt, sein, um ungefähr die Temperatur der Schleifenschaltung zu messen. Der Wert der Temperatur, der von dem Sensor 226(b) erfasst wird, wird verwendet, um ständig den Widerstand der Anlassermotorschleifenschaltung wie oben erwähnt zu beurteilen.
  • Der Temperatursensor 226(c) ist mit der Maschine 222 des Fahrzeugs gekuppelt und konfiguriert, um die Temperatur des Maschinenkühlmittels oder des Maschinenöls zu messen. Der von dem Temperatursensor 226(c) erfasste Temperaturwert kann zum Kalibrieren durch eine Nachschlagtabelle verwendet werden, um die Temperatur der Anlassermotorschleifenschaltung zu schätzen.
  • Spezifisch ist ein Batteriemanagementmodul 218 mit jedem der Temperatursensoren 226(a)–226(c) gekuppelt, und zeichnet ständig die Temperaturwerte, die von diesen Sensoren erfasst werden, auf. Das Batteriemanagementmodul 218 kann einen Prozessor (nicht gezeigt) haben, der einen vorbestimmten Algorithmus zum dynamischen Berechnen der Spannung der Batterie ausführt. Zu diesem Zweck verwendet das Batteriemanagementmodul 218 Eingaben von den Temperatursensoren 226(a)–226(c), um die Momentanwerte des Widerstands der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) und den internen Widerstand der Batterie 202 des Fahrzeugs (RB) zu beurteilen. Nach dem Bestimmen dieser Werte, verwendet das Batteriemodul 218 eventuell Schritte des Algorithmus, der die Gl. (i)–(v) enthält, um die Momentanspannung der Batterie 202 des Fahrzeugs zu beurteilen. Die Momentanspannung der Batterie (VB) wird dann mit einem fixen vorbestimmten Spannungswert (VB,Min.) wie oben erwähnt verglichen. Dieser vorbestimmte Spannungswert kann in Abhängigkeit von der maximalen Leistung variieren, die erforderlich ist, um das elektrische System 214 des Fahrzeugs zu betreiben. In einem Fall, in dem die Momentanspannung der Batterie (VB) unter den vorbestimmten Mindestwert (VB,Min.) fällt, kann das Batteriemanagementmodul 218 Signale erzeugen, die anzeigen, dass ein Start-Stopp-Vorgang für die Maschine 222 des Fahrzeugs ausgeführt werden kann. Spezifisch erzeugt das Batteriemanagementmodul 218, nachdem ein Auto-Stopp-Vorgang für die Maschine 222 des Fahrzeugs ausgeführt wurde, wenn die Momentanspannung der Batterie (VB) des Fahrzeugs unter den vorbestimmten Mindestwert (VB,Min.) fällt, Signale zum Wiederanlassen der Maschine 222 des Fahrzeugs.
  • Das oben stehende Konzept, das in Verbindung mit dem System der 2 beschrieben wurde, maximiert den Nutzen der Start-Stopp-Funktion innerhalb eines Fahrzeugs und stellt sicher, dass keines der elektrischen Systeme/keiner der elektrischen Bestandteile des Fahrzeugs in seinem Betrieb während der Start-Stopp-Vorgänge beeinträchtigt wird.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Maximieren des Nutzens der Start-Stopp-Vorgänge veranschaulicht, wie es innerhalb eines Fahrzeugs umgesetzt wird, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der tiefgestellte Index 1, der in Verbindung mit irgendeinem Parameter in dem gezeigten Flussdiagramm verwendet/diesem zugewiesen wird, entspricht einem Ereignis 1, bei dem die elektrischen Systeme des Fahrzeugs Last aus der Batterie entnehmen, wenn der Anlassermotor der Maschine des Fahrzeugs nicht aktiviert ist. Ferner entspricht der tiefgestellte Index 2, wenn er irgendeinem Parameter zugewiesen wird, einem Ereignis 2, bei dem der Anlassermotor der Maschine des Fahrzeugs aktiviert ist.
  • An Schritt 302 wird der summierte Widerstand des elektrischen Systems des Fahrzeugs (RL) mit Ausnahme des Anlassermotorschleifenwiderstands berechnet. Der Wert von RL wird gegeben von: RL = VB1/IL1
  • Hier ist VB1 die Spannung der Batterie, wenn die elektrischen Systeme Last aus der Batterie entnehmen und der Anlassermotor nicht aktiviert ist, und IL1 ist der Stromwert, der von den elektrischen Systemen des Fahrzeugs entnommen wird, wenn der Anlassermotor für die Maschine nicht aktiviert ist.
  • An Schritt 306 wird der Strom, der von den elektrischen Systemen des Fahrzeugs entnommen wird (IL2) berechnet, wenn der Anlassermotor für die Maschine des Fahrzeugs aktiviert wurde. Beim Aktivieren des Anlassermotors wechselt die Spannung der Batterie des Fahrzeugs zu VB2, und daher wird ein unterschiedlicher Wert (IL2) des Stroms von den elektrischen Systemen entnommen, der gegeben ist durch: IL2 = VB2/RL (vi)
  • An Schritt 310 wird der Einschaltstromwert an der Anlassermotorschleifenschaltung (Is) des Fahrzeugs unter Einsatz des Werts von IL2 berechnet, der aus Gl. (vi) erzielt wird, als: IS = IB2 – IL2 (vii)
  • An Schritt 314 berechnet das Verfahren den Widerstand der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) unter Einsatz des Stromwerts Is, der aus Gl. (vii) erzielt wird, als: RS = VB2/IS (viii)
  • An Schritt 318 aktualisiert das Verfahren den Wert von Rs, der von der oben stehenden Gl. (viii) erzielt wurde, in einer Nachschlagtabelle. Die Nachschlagtabelle kann einen Satz vorgespeicherter Werte des Widerstands der Anlassermotorschleifenschaltung basierend auf Faktoren, wie zum Beispiel der Umgebungstemperatur der Batterie und der Temperatur des Maschinenöls/Maschinenkühlmittels haben. Jedes Mal, wenn der Wert von Rs berechnet wird, wird die Nachschlagtabelle aktualisiert, und die vorgespeicherten Werte werden in den neu berechneten Wert von Rs eingegliedert, um genauere und präzisere Daten zu haben. Bei einer Ausführungsform berechnet und notiert das Verfahren sowohl einen mittleren Wert für Rs, das heißt Rs(µ), wie in Schritt 318(a) gezeigt, und einen Abweichungswert für Rs(σ), wie in Schritt 318(b) gezeigt, um irgendwelche Änderungen des Werts von Rs einzugliedern. Der Wert von Rs kann dann als innerhalb des Bereichs Rs(µ) +/– Rs(σ) liegend angenommen werden.
  • Ein Batteriemanagementmodul des Fahrzeugs kann einen Prozessor haben, der konfiguriert ist, um ständig die Nachschlagtabelle zu aktualisieren, um einen präzisen Echtzeitwert von Rs zu erzielen.
  • An Schritt 322 berechnet das Verfahren den Einschaltstromwert für die Anlassermotorschleifenschaltung (Is2), wenn der Anlassermotor für die Maschine des Fahrzeugs in dem aktivierten Zustand ist. Ein Schwellenwert für die Spannung der Batterie (VB,Schwellenwert) wird verwendet, um Is2 zu berechnen als: IS2 = VSchwellwert/RS (ix)
  • Bei einer Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Schwellenwert für die Spannung der Batterie (VB,Schwellenwert) etwa sieben Volt, um Behinderungen bei den Betriebszuständen der verschiedenen elektrischen Systeme des Fahrzeugs zu vermeiden, wenn die Maschinen-Stopp-Start-Vorgänge ausgeführt werden. Der Fachmann kann jedoch in Betracht ziehen, dass der Wert von VB,Schwellenwert bei bestimmten Ausführungsformen basierend auf Faktoren, wie zum Beispiel der Leistung, die zum Betreiben der verschiedenen elektrischen Systeme des Fahrzeugs erforderlich ist, variieren kann.
  • An Schritt 326 berechnet das Batterieüberwachungssystem des Fahrzeugs den Wert einer Menge WCC, der die Zeiteinheiten hat. An Schritt 330 wird der berechnete Wert der Menge WCC mit einem vorbestimmten Schwellenzeitwert (TSchwellenwert) verglichen. In einem Fall, in dem der Wert von WCC TSchwellenwert überschreitet, wird an Schritt 334 der Start-Stopp-Vorgang der Maschine des Fahrzeugs eingeleitet. Anderenfalls geht das Verfahren zurück zu Schritt 302 und verfolgt die Werte der verschiedenen Parameter wie oben erwähnt weiter, um die Verfügbarkeit der Start-Stopp-Vorgänge in dem Fahrzeug zu maximieren.
  • Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ist für irgendwelche Mikrohybrid-Elektrofahrzeuge, die mit der Start-Stopp-Funktion ausgestattet sind, darunter Personenkraftwagen, SUVs, Kleintransporter usw. umsetzbar und vorteilhaft.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung umfassend in beträchtlichem Detail beschrieben wurde, um die möglichen Aspekte und Ausführungsformen zu decken, würde der Fachmann erkennen, dass andere Versionen der Erfindung ebenfalls möglich sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben dargelegt wurden und verschiedene Bauweisen der Erfindung in den anliegenden Zeichnungen abgebildet sind, sollen die offenbarten Ausführungsformen den Geltungsbereich der Offenbarung nicht definieren oder einschränken, wobei eine solche Einschränkung allein in den anliegenden Ansprüchen enthalten ist und daher andere Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ebenfalls möglich sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Maximieren des Gebrauchs des Start-Stopp-Vorgangs für die Maschine eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Messen des Stroms (IL), der von einem Satz elektrischer Bestandteile des Fahrzeugs von einer Batterie des Fahrzeugs entnommen wird, Bestimmen des internen Widerstands der Batterie des Fahrzeugs (RB), Bestimmen des Widerstands einer Anlassermotorschleifenschaltung (Rs), die mit der Maschine und der Batterie des Fahrzeugs gekuppelt ist, und Berechnen einer Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie des Fahrzeugs (VB) unter Einsatz des Stroms, der durch den Satz elektrischer Bestandteile entnommen wird (IL), des internen Widerstands der Batterie (RB) und des Widerstands der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs), und Ausführen des Start-Stopp-Vorgangs für die Maschine des Fahrzeugs, wenn die Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie des Fahrzeugs als oberhalb eines vorbestimmten Werts liegend vorausgesagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das den Einsatz der Spannung bei offenem Kreislauf (VOC) der Batterie des Fahrzeugs als ein Parameter zum Berechnen der Spannung bei geschlossenem Kreislauf (VB) der Batterie aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Messen der Temperatur eines Kühlmittels für die Maschine des Fahrzeugs und der Temperatur der Luft, die ein oder mehrere Bestandteile des Fahrzeugs, die die Anlassermotorschleifenschaltung bilden, umgibt, aufweist, um den Widerstand der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) zu bestimmen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das ständige Bestimmen des internen Widerstands der Batterie (RB) und des Widerstands der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) aufweist, nachdem ein Auto-Stopp-Zustand der Maschine des Fahrzeugs aufgetreten ist, um Wiederanlasszustände für die Maschine vorauszusagen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Wert der Spannung bei geschlossenem Kreislauf der Batterie größer ist als 7 Volt.
  6. Verfahren zum Maximieren der Verfügbarkeit des Start-Stopp-Vorgangs der Maschine eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Messen des Stroms (IL), der von einem Satz elektrischer Bestandteile des Fahrzeugs aus der Batterie des Fahrzeugs entnommen wird, Bestimmen des internen Widerstands (RB) der Batterie des Fahrzeugs durch Berücksichtigen eines ersten Satzes von Parametern, Bestimmen des internen Widerstands (Rs) einer Anlassermotorschleifenschaltung, die mit der Maschine und der Batterie des Fahrzeugs gekuppelt ist, unter Berücksichtigung eines zweiten Satzes von Parametern, Bestimmen einer Spannung bei offenem Kreislauf (VOC) der Batterie, wenn keiner der elektrischen Bestandteile Strom aus der Batterie entnimmt, dynamisches Berechnen einer Spannung bei geschlossenem Kreislauf (VB) der Batterie des Fahrzeugs unter Einsatz des Stroms (IL), der von dem Satz elektrischer Bestandteile entnommen wird, des internen Widerstands der Batterie (RB), des internen Widerstands der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) und der Spannung bei offenem Kreislauf der Batterie (VOC) und Ausführen des Start-Stopp-Vorgangs der Maschine des Fahrzeugs, wenn vorausgesagt wird, dass die Spannung bei geschlossenem Kreislauf (VB) der Batterie des Fahrzeugs unter einen vorbestimmten Wert fällt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Satz von Parametern die Betriebstemperatur und das Alter der Batterie des Fahrzeugs enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Satz von Parametern die Temperatur des Maschinenkühlmittels und/oder die Temperatur des Maschinenöls und/oder die Temperatur der Luft, die einen oder mehrere Bestandteile des Satzes von Bestandteilen, die die Schleifenschaltung für den Anlassermotor des Fahrzeugs bilden, umgibt, aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das ständige Bestimmen des internen Widerstands der Batterie (RB) und der Anlassermotorschleifenschaltung (Rs) nach dem Auftreten eines Auto-Stopp-Zustands der Maschine des Fahrzeugs aufweist, um einen Wiederanlasszustand für die gestoppte Maschine zu identifizieren.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vorbestimmte Wert der Spannung bei geschlossener Schleife der Batterie 7 Volt beträgt.
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