DE102015120674A1

DE102015120674A1 - Getriebefluid-erwärmungssystem und getriebefluid-erwärmungsverfahren

Info

Publication number: DE102015120674A1
Application number: DE102015120674.9A
Authority: DE
Inventors: Brandon Dobbins; Shailesh Shrikant Kozarekar; Kevin Layden
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2035-11-28
Also published as: US20160153544A1; CN105650257B; CN105650257A; US9441725B2; DE102015120674B4

Abstract

Ein Fahrzeug enthält ein Getriebe, das Zahnräder aufweist, die durch Öl geschmiert werden, und einen variablen Spannungswandler (VVC). Der VVC enthält ein induktives Bauelement, das in der Weise angeordnet ist, dass das Öl mit dem induktiven Bauelement in Kontakt steht. Außerdem enthält das Fahrzeug wenigstens einen Controller, der dafür konfiguriert ist, den VVC zum Abgeben einer gewünschten Leistung zu betreiben. Der Controller ändert in Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, eine Spannung und einen Strom des VVC, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten wird, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und auf ein Verfahren zum Erwärmen von Getriebefluid und insbesondere zum Erwärmen des Getriebefluids mit einem induktiven Leistungsbauelement.
HINTERGRUND
Der Begriff "Elektrofahrzeug", wie er hier verwendet ist, enthält Fahrzeuge mit einer elektrischen Arbeitsmaschine für den Fahrzeugvortrieb wie etwa Batterieelektrofahrzeuge (BEV), Hybridelektrofahrzeuge (HEV) und Plugin-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV). Ein BEV enthält eine elektrische Arbeitsmaschine, wobei die Energiequelle für die elektrische Arbeitsmaschine eine Batterie ist, die von einem externen Stromversorgungsnetz nachladbar ist. In einem BEV ist die Batterie die Energiequelle für den Fahrzeugvortrieb. Ein HEV enthält eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere elektrische Arbeitsmaschinen, wobei die Energiequelle für die Kraftmaschine Kraftstoff ist und die Energiequelle für die elektrische Arbeitsmaschine eine Batterie ist. In einem HEV ist die Kraftmaschine die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugvortrieb, wobei die Batterie Zusatzenergie für den Fahrzeugvortrieb bereitstellt (die Batterie puffert Kraftstoffenergie und gewinnt kinetische Energie in elektrischer Form wieder). Ein PHEV ist wie ein HEV, wobei das PHEV aber eine Batterie mit höherer Kapazität aufweist, die von einem externen Stromversorgungsnetz nachladbar ist. In einem PHEV ist die Batterie die Hautenergiequelle für den Fahrzeugvortrieb, bis sich die Batterie auf einen niedrigen Energiepegel erschöpft, wobei das PHEV zu dieser Zeit wie ein HEV für den Fahrzeugvortrieb arbeitet.
Elektrofahrzeuge enthalten einen Spannungswandler (Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler), der zwischen die Batterie und die elektrische Arbeitsmaschine geschaltet ist. Außerdem enthalten Elektrofahrzeuge, die elektrische Wechselstromarbeitsmaschinen aufweisen, einen Stromrichter, der zwischen den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler und jede elektrische Arbeitsmaschine geschaltet ist. Ein Spannungswandler erhöht ("vergrößert") oder verringert ("verkleinert") das Spannungspotential, um die Drehmomentleistungsfähigkeitsoptimierung zu ermöglichen. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält eine induktive Anordnung (oder Drosselanordnung), Schalter und Dioden. Eine typische induktive Anordnung enthält eine leitfähige Spule, die um einen Magnetkern gewickelt ist. Während Strom durch die Spule fließt, erzeugt die induktive Anordnung Wärme.
Ferner enthalten Elektrofahrzeuge ein Getriebe oder Transaxle. Das Getriebe enthält Getriebefluid wie etwa Öl zum Schmieren von Zahnrädern und zum Ausführen anderer Getriebefunktionen. Das Getriebe arbeitet effizienter, wenn es innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs arbeitet. Dadurch, dass die Zeit, die es dauert, bis das Getriebe den gewünschten Temperaturbereich erreicht, verringert wird, wird die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform enthält ein Fahrzeug ein Getriebe, das Zahnräder aufweist, die durch Öl geschmiert werden. Ein variabler Spannungswandler (VVC) enthält ein induktives Bauelement, das so angeordnet ist, dass das Öl mit dem induktiven Bauelement in Kontakt steht. Außerdem enthält das Fahrzeug wenigstens einen Controller, der dafür konfiguriert ist, den VVC zum Abgeben einer gewünschten Leistung zu betreiben. In Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, ändert der Controller eine Spannung und einen Strom des VVC, während er die gewünschte Leistung aufrechterhält, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform enthält ein Fahrzeug ein Getriebe, das Zahnräder aufweist, die durch Öl geschmiert werden, und eine Traktionsbatterie. Ein variabler Spannungswandler (VVC) ist mit der Batterie elektrisch verbunden und enthält ein induktives Bauelement, das so angeordnet ist, dass das Öl mit dem induktiven Bauelement in Kontakt steht. Außerdem enthält das Fahrzeug wenigstens einen Controller, der dafür konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das eine Öltemperatur angibt, und eine Polarität eines Batteriestroms umzukehren, falls die Öltemperatur unter einem Schwellenwert zum Erhöhen der Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement liegt.
In Übereinstimmung mit einer abermals anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Getriebes eines Hybridfahrzeugs offenbart. Das Fahrzeug enthält einen variablen Spannungswandler (VVC), der ein induktives Bauelement in Kontakt mit Getriebeöl aufweist. Das Verfahren enthält das Betreiben des VVC zum Abgeben einer gewünschten Leistung und in Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, das Ändern einer Spannung und eines Stroms des VVC, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten wird, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs.
2 ist ein Stromkreis eines variablen Spannungswandlers (VVC) aus 1.
3 ist eine graphische Darstellung, die die Viskosität des Getriebeöls in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt.
4 ist eine Vorderansicht eines Getriebes und eines VVC, der eine induktive Anordnung aufweist, und stellt eine Struktur zum Stützen der induktiven Anordnung innerhalb des Getriebes dar.
5 ist eine schematische Darstellung eines Leistungselektronikgehäuses.
6 ist eine vergrößerte perspektivische Vorderansicht einer induktiven Anordnung, die eine Stützstruktur in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen enthält.
7 ist eine Schnittansicht der induktiven Anordnung aus 6 entlang der Schnittlinie 7-7.
8 ist eine Explosionsdarstellung der induktiven Anordnung aus 6.
9 ist ein Ablaufplan zum Erhöhen der Temperatur des Getriebeöls in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
10 ist eine Tabelle, die Spannungs- und Stromabgaben des VVC und die zugeordnete Schaltungsanordnung für verschiedene Betriebsarten zeigt.
11 ist ein Ablaufplan zum Erhöhen der Temperatur des Getriebeöls in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform.
12 ist ein Ablaufplan zum Erhöhen der Temperatur des Getriebeöls in Übereinstimmung mit einer abermals anderen Ausführungsform.
13 ist eine graphische Darstellung, die den Betrieb des induktiven Bauelements während eines hypothetischen Antriebszyklus des Fahrzeugs zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es sind hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Allerdings sind die offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich lediglich Beispiele und können andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht notwendig maßstabsgerecht; einige Merkmale können überhöht oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Somit sind spezifische hier offenbarte Struktur- und Funktionseinzelheiten nicht als Beschränkung, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann auf dem Gebiet zu lehren, wie die vorliegende Erfindung verschiedenartig genutzt werden kann, zu interpretieren. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet versteht, können verschiedene mit Bezug auf irgendeine der Figuren dargestellten und beschriebenen Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen dargestellter Merkmale bieten repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Allerdings könnten für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen verschiedene Kombinationen und Änderungen der Merkmale in Übereinstimmung mit den Lehren der Offenbarung erwünscht sein.
In 1 ist ein Getriebe 12 innerhalb eines Plugin-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV) 16 gezeigt, das ein Elektrofahrzeug ist, das durch eine elektrische Arbeitsmaschine 18 mit Unterstützung von einer Brennkraftmaschine 20 angetrieben werden kann und das mit einem externen Stromversorgungsnetz verbunden werden kann. Die elektrische Arbeitsmaschine 18 kann ein Wechselstromelektromotor sein, der in 1 als "Motor" 18 gezeigt ist. Die elektrische Arbeitsmaschine 18 empfängt elektrische Leistung und stellt Antriebsleistung für den Fahrzeugvortrieb bereit. Außerdem fungiert die elektrische Arbeitsmaschine 18 als ein Generator, um mechanische Leistung durch Nutzbremsung in elektrische Leistung umzuwandeln.
Das Getriebe 12 kann eine leistungsverzweigte Konfiguration aufweisen. Das Getriebe 12 enthält die erste elektrische Arbeitsmaschine 18 und eine zweite elektrische Arbeitsmaschine 24. Die zweite elektrische Arbeitsmaschine 24 kann ein Wechselstromelektromotor sein, der in 1 als "Generator" 24 gezeigt ist. Die zweite elektrische Arbeitsmaschine 24 empfängt wie die erste elektrische Arbeitsmaschine 18 elektrische Leistung und stellt ein Ausgangsdrehmoment bereit. Außerdem fungiert die zweite elektrische Arbeitsmaschine 24 als ein Generator, um mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln und um den Leistungsfluss über das Getriebe 12 zu optimieren.
Das Getriebe 12 enthält eine Planetenradeinheit 26, die ein Sonnenrad 28, einen Planetenträger 30 und ein Hohlrad 32 enthält. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Ausgangswelle der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24 verbunden, um ein Generatordrehmoment zu empfangen. Der Planetenträger 30 ist mit einer Ausgangswelle der Kraftmaschine 20 verbunden, um ein Kraftmaschinendrehmoment zu empfangen. Die Planetenradeinheit 26 kombiniert das Generatordrehmoment und das Kraftmaschinendrehmoment und stellt um das Hohlrad 32 ein kombiniertes Ausgangsdrehmoment bereit. Die Planetenradeinheit 26 fungiert als ein kontinuierlich variables Getriebe ohne irgendwelche festen Übersetzungsverhältnisse oder "Stufen"-Übersetzungsverhältnisse.
Außerdem kann das Getriebe 12 eine Einwegkupplung (OWC) und eine Generatorbremse 33 enthalten. Die OWC ist mit der Ausgangswelle der Kraftmaschine 20 gekoppelt, um zu ermöglichen, dass sich die Ausgangswelle in einer Richtung dreht. Die OWC verhindert, dass das Getriebe 12 die Kraftmaschine 20 rückwärts antreibt. Die Generatorbremse 33 ist mit der Ausgangswelle der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann aktiviert werden, um die Ausgangswelle der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24 und des Sonnenrads 28 zu "bremsen" oder ihre Drehung zu verhindern. Alternativ können die OWC und die Generatorbremse 33 weggelassen sein und durch Steuerstrategien für die Kraftmaschine 20 und für die zweite elektrische Arbeitsmaschine 24 ersetzt sein.
Das Getriebe 12 enthält eine Vorgelegewelle, die Zwischenräder einschließlich eines ersten Zahnrads 34, eines zweiten Zahnrads 36 und eines dritten Zahnrads 38 aufweist. Ein Planetenausgangszahnrad 40 ist mit dem Hohlrad 32 verbunden. Das Planetenausgangszahnrad 40 kämmt mit dem ersten Zahnrad 34, um zwischen der Planetenradeinheit 26 und der Vorgelegewelle ein Drehmoment zu übertragen. Ein Ausgangszahnrad 42 ist mit einer Ausgangswelle der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 18 verbunden. Das Ausgangszahnrad 42 kämmt mit dem zweiten Zahnrad 36, um zwischen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 18 und der Vorgelegewelle ein Drehmoment zu übertragen. Ein Getriebeausgangszahnrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 verbunden. Die Antriebswelle 46 ist über ein Differential 50 mit einem Paar getriebener Räder 48 gekoppelt. Das Getriebeausgangszahnrad 44 kämmt mit dem dritten Zahnrad 38, um zwischen dem Getriebe 12 und den getriebenen Rädern 48 ein Drehmoment zu übertragen. Außerdem enthält das Getriebe einen Wärmetauscher oder einen Automatikgetriebefluidkühler 49 zum Kühlen des Getriebefluids.
Das Fahrzeug 16 enthält eine Energiespeichervorrichtung wie etwa eine Batterie 52 zum Speichern elektrischer Energie. Die Batterie 52 ist eine Hochspannungsbatterie, die elektrische Leistung zum Betreiben der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 18 und der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24 abgeben kann. Außerdem empfängt die Batterie 52 elektrische Leistung von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 18 und von der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24, wenn sie als Generatoren arbeiten. Die Batterie 52 ist eine Batteriegruppe, die aus mehreren Batteriemodulen (nicht gezeigt) besteht, wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen (nicht gezeigt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 16 betrachten andere Typen von Energiespeichervorrichtungen wie etwa Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt), die die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen. Ein Hochspannungsbus verbindet die Batterie 52 elektrisch mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 18 und mit der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 24.
Das Fahrzeug enthält ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52. Das BECM 54 empfängt eine Eingabe, die Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen wie etwa die Batterietemperatur, die Batteriespannung und den Batteriestrom angibt. Das BECM 54 berechnet und schätzt Batterieparameter wie etwa den Batterieladezustand und die Batterieleistungsfähigkeit. Das BECM 54 stellt für andere Fahrzeugsysteme und Fahrzeugcontroller eine Ausgabe (BSOC, P_cap) bereit, die einen Batterieladezustand (BSOC) und eine Batterieleistungsfähigkeit angibt.
Das Getriebe 12 enthält einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler oder einen variablen Spannungswandler (VVC) 10 und einen Stromrichter 56. Der VVC 10 und der Stromrichter 56 sind elektrisch zwischen die Hauptbatterie 52 und die erste elektrische Arbeitsmaschine 18; und zwischen die Batterie 52 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 24 geschaltet. Der VVC 10 "vergrößert" oder erhöht das Spannungspotential der durch die Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung. In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen "verkleinert" oder verringert der VVC 10 außerdem das Spannungspotential der durch die Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung. Der Stromrichter 56 führt eine Wechselrichtung der durch die Hauptbatterie 52 (über den VVC 10) zugeführten Gleichstromleistung in Wechselstromleistung durch, um die elektrischen Arbeitsmaschinen 18, 24 zu betreiben. Außerdem richtet der Stromrichter 56 die durch die elektrischen Arbeitsmaschinen 18, 24 bereitgestellte Wechselstromleistung in Gleichstrom gleich, um die Hauptbatterie 52 zu laden. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 enthalten mehrere Stromrichter (nicht gezeigt) wie etwa einen jeder elektrischen Arbeitsmaschine 18, 24 zugeordneten Stromrichter. Der VVC 10 enthält eine induktive Anordnung 14.
Das Getriebe 12 enthält ein Getriebesteuermodul (TCM) 58 zum Steuern der elektrischen Arbeitsmaschinen 18, 24, des VVC 10 und des Stromrichters 56. Das TCM 58 ist dafür konfiguriert, unter anderem die Position, die Drehzahl und den Leistungsverbrauch der elektrischen Arbeitsmaschinen 18, 24 zu überwachen. Außerdem überwacht das TCM 58 elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Orten innerhalb des VVC 10 und des Stromrichters 56. Das TCM 58 stellt für andere Fahrzeugsysteme diesen Informationen entsprechende Ausgangssignale bereit.
Das Fahrzeug 16 enthält einen Fahrzeugsystemcontroller (VSC) 60, der mit anderen Fahrzeugsystemen und Controllern kommuniziert, um ihre Funktion zu koordinieren. Obwohl er als ein einzelner Controller gezeigt ist, kann der VSC 60 mehrere Controller enthalten, die zum Steuern mehrerer Fahrzeugsysteme in Übereinstimmung mit einer Gesamtfahrzeugsteuerlogik oder Gesamtfahrzeugsteuersoftware verwendet werden können.
Die Fahrzeugcontroller einschließlich des VSC 60 und des TCM 58 enthalten allgemein irgendeine Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um zusammenzuwirken, um eine Reihe von Operationen auszuführen. Außerdem enthalten die Controller vorgegebene Daten oder "Nachschlagetabellen", die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und innerhalb des Speichers gespeichert sind. Der VSC 60 kommuniziert über eine oder mehrere verdrahtete oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung eines gemeinsamen Busprotokolls (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Fahrzeugcontrollern (z. B. mit dem BECM 54 und mit dem TCM 58). Der VSC 60 empfängt eine Eingabe (PRND), die eine aktuelle Position des Getriebes 12 (z. B. Parken, Rückwärts, Leerlauf oder Fahren) repräsentiert. Außerdem empfängt der VSC 60 eine Eingabe (APP), die eine Fahrpedalposition repräsentiert. Der VSC 60 stellt eine Ausgabe, die ein gewünschtes Raddrehmoment, eine gewünschte Kraftmaschinendrehzahl und einen Generatorbremsbefehl repräsentiert, für das TCM 58; und eine Schaltschützsteuerung für das BECM 54 bereit.
Das Fahrzeug 16 enthält ein Bremssystem (nicht gezeigt), das ein Bremspedal, einen Bremskraftverstärker, einen Hauptbremszylinder sowie mechanische Verbindungen mit den getriebenen Rädern 48, um die Reibungsbremsung zu bewirken, enthält. Außerdem enthält das Bremssystem Positionssensoren, Drucksensoren oder einige Kombinationen davon, um Informationen wie etwa die Bremspedalposition (BPP), die einer Fahreranforderung für das Bremsdrehmoment entspricht, bereitzustellen. Außerdem enthält das Bremssystem ein Bremssystemsteuermodul (BSCM) 62, das mit dem VSC 60 kommuniziert, um die Nutzbremsung und die Reibungsbremsung zu koordinieren. Das BSCM 62 kann einen Nutzbremsbefehl für den VSC 60 bereitstellen.
Das Fahrzeug 16 enthält ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 64, um die Kraftmaschine 20 zu steuern. Außerdem stellt der VSC 60 für das ECM 64 eine Ausgabe (das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment) bereit, die auf einer Anzahl von Eingangssignalen einschließlich APP beruht und die einer Fahreranforderung für den Fahrzeugvortrieb entspricht.
Das Fahrzeug 16 kann als ein Plugin-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) konfiguriert sein. Die Batterie 52 empfängt über einen Ladeanschluss 66 periodisch Wechselstromenergie von einer externen Leistungsversorgung oder von einem externen Stromversorgungsnetz. Außerdem enthält das Fahrzeug 16 ein Bordladegerät 68, das die Wechselstromenergie von dem Ladeanschluss 66 empfängt. Die Ladeeinrichtung 68 ist ein Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler, der die empfangene Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umwandelt, die zum Laden der Batterie 52 geeignet ist. Die Ladeeinrichtung 68 führt wiederum die Gleichstromenergie während des Nachladens der Batterie 52 zu. Obwohl der VVC 10 im Kontext eines PHEV 16 dargestellt und beschrieben ist, ist festzustellen, dass er in anderen Typen von Elektrofahrzeugen wie etwa in einem HEV oder in einem BEV implementiert werden kann.
Anhand von 2 enthält der VVC 10 eine erste Schalteinheit 78 und eine zweite Schalteinheit 80 zum Erhöhen der Eingangsspannung (V_bat), um eine Ausgangspannung (V_dc) bereitzustellen. Die erste Schalteinheit 78 enthält einen ersten Transistor 82, der zu einer ersten Diode 84 parallelgeschaltet ist, wobei ihre Polaritäten aber vertauscht (antiparallel) sind. Die zweite Schalteinheit 80 enthält einen zweiten Transistor 86, der zu einer zweiten Diode 88 antiparallel geschaltet ist. Jeder Transistor 82, 86 kann irgendein Typ eines steuerbaren Schalters (z. B. ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) oder ein Feldeffekttransistor (FET)) sein. Außerdem wird jeder Transistor 82, 86 einzeln durch das TCM 58 gesteuert. Die induktive Anordnung 14 ist als ein induktives Eingangsbauelement gezeigt, das zwischen der Traktionsbatterie 52 und den Schalteinheiten 78, 80 in Reihe geschaltet ist. Das induktive Bauelement 14 erzeugt einen Magnetfluss, wenn ein Strom zugeführt wird. Wenn sich der über das induktive Bauelement 14 fließende Strom ändert, wird ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt und wird eine Spannung induziert. Wenn Strom durch das induktive Bauelement geht, erzeugt das induktive Bauelement 14 Wärme. Andere Ausführungsformen des VVC 10 enthalten andere Schaltungskonfigurationen (z. B. mehr als zwei Schalter).
Der VSC 60 bestimmt in Ansprechen auf eine Fahrerdrehmomentanforderung den Betrag an Leistung, die den elektrischen Arbeitsmaschinen von der Traktionsbatterie 52 zugeführt werden muss, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Die Leistung ist gleich V_dc × Strom. Die Systemschaltungsanordnung kann V_dc und den Strom ändern, um eine selbe Leistung effizienter bereitzustellen. Zum Beispiel kann V_dc verringert werden und kann der Strom erhöht werden. Falls die V_dc gleich V_bat ist, wird keine Spannung induziert und werden weniger Wärmeverluste erfahren. Diese Operation ist als Bypass-Betriebsart bekannt und tritt auf, wenn V_dc gleich V_bat ist. Die Bypass-Betriebsart kann während geringer Drehmomentanforderungen (wie etwa während des Fahrens mit stationärer Geschwindigkeit und geringer Beschleunigung) ideal sein, ist aber während einer hohen Drehmomentanforderung nicht ideal. Während hoher Drehmomentanforderungen ist die V_dc, die erforderlich ist, um ausreichend Leistung zuzuführen, höher als V_bat. Die Schalter 78, 80 betreiben das induktive Bauelement 14, um V_bat auf die geforderte V_dc zu erhöhen. Während normaler Fahrzyklen schaltet das System regelmäßig in die und aus der Bypass-Betriebsart, was veranlasst, dass das induktive Bauelement Abwärme erzeugt. Die Abwärme kann zum Erwärmen des Getriebeöls verwendet werden.
Ein Grund für die verringerte Getriebeeffizienz sind erhöhte Reibungsverluste wegen des Getriebeöls 96. Die Reibungsverluste sind eine Funktion der Viskosität des Öls. Je viskoser das Öl ist, desto höher sind die Reibungsverluste. Die Viskosität des Öls ist eine Funktion der Temperatur. Allgemein gesagt ist kälteres Öl viskoser als wärmeres Öl. Anhand von 3 zeigt ein hypothetisches Diagramm die Getriebeölviskosität über einen Bereich von Öltemperaturen. Mit erhöhter Temperatur nimmt die Viskosität des Öls ab, bis das Öl eine Schwellentemperatur erreicht. Nach der Schwellentemperatur bleibt die Ölviskosität über einen Bereich erhöhter Temperaturen im Wesentlichen konstant. Das Diagramm kann in zwei Zonen, in eine Erwärmungszone, in der die Viskosität in Übereinstimmung mit der Öltemperatur variiert, und in eine Betriebszone, in der die Viskosität im Wesentlichen konstant ist, unterteilt werden. Um die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu erhöhen, ist es ideal, so schnell wie möglich aus der Erwärmungszone in die Betriebszone überzugehen. Das Getriebe erzeugt Wärme und erwärmt sich von selbst, wobei die Getriebeerwärmungszeit aber durch Zugabe externer Wärme zu dem Getriebefluid verringert werden kann. Die durch das induktive Bauelement 14 erzeugte Abwärme kann zu dem Getriebeöl hinzugefügt werden, um die Getriebeerwärmungszeit zu verringern und um die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
In 4 ist eine Vorderansicht des Getriebes 12 und des VVC 10 gezeigt. Das Getriebe 12 enthält ein Getriebegehäuse 90, das ohne Abdeckung dargestellt ist, um innere Komponenten zu zeigen. Wie oben beschrieben wurde, enthalten die Kraftmaschine 20, der Motor 18 und der Generator 24 Ausgangszahnräder, die mit entsprechenden Zahnrädern der Planetenradeinheit 26 kämmen. Diese mechanischen Verbindungen treten innerhalb einer inneren Kammer 92 des Getriebegehäuses 90 auf. Das Getriebe 12 enthält ein Getriebefluid 96 wie etwa Öl zur Schmierung und Kühlung der Zahnräder, die sich innerhalb der Getriebekammer 92 befinden (z. B. der Zwischenzahnräder 34, 36, 38). Die Getriebekammer 92 ist abgedichtet, um das Fluid 96 zu enthalten. Außerdem kann das Getriebe 12 Ventile, Pumpen und Leitungen (nicht gezeigt) enthalten, um das Fluid 96 durch die Kammer 92 umzuwälzen. Um das Fluid 96 abzukühlen, kann ein Wärmetauscher oder Kühler 49 verwendet werden.
An einer Außenoberfläche des Getriebes 12 ist ein Leistungselektronikgehäuse 94 montiert. Der Stromrichter 56 und das TCM 58 sind innerhalb des Leistungselektronikgehäuses 94 montiert. Der VVC 10 ist eine Anordnung mir Komponenten, die innerhalb und/oder außerhalb eines Getriebes 12 montiert sein können. Der VVC 10 enthält eine induktive Anordnung 14. In dieser Anordnung befindet sich die induktive Anordnung 14 innerhalb des Getriebegehäuses 90, so dass Wärme von dem induktiven Bauelement 14 an das Getriebe 12 übertragen wird. Außerdem enthält der VVC 10 eine Anzahl von Schaltern und Dioden (in 2 gezeigt), die in dem Leistungselektronikgehäuse 94 montiert sind, das außerhalb des Getriebes 12 ist, und die mit der induktiven Anordnung 14 funktional gekoppelt sind. Dadurch, dass die induktive Anordnung 14 innerhalb des Getriebes 12 montiert ist, steht der freiliegende Oberflächenbereich der induktiven Anordnung 14 mit dem Getriebefluid 96 in direktem Kontakt. Das Getriebe 12 enthält eine zusätzliche Struktur, um die induktive Anordnung 14 zu stützen, während ermöglicht wird, dass das Getriebefluid 96 über die Struktur strömt, um mit dem freiliegenden Oberflächenbereich in Kontakt zu sein.
Drehende Elemente (z. B. Zahnräder und Wellen) können Fluid 96 auf andere Komponenten verlagern oder "spritzen". Ein solches "Spritz"-Gebiet ist mit dem Buchstaben "A" bezeichnet und befindet sich in einem oberen Abschnitt der Kammer 92. Falls die induktive Anordnung 14 in dem Gebiet A angeordnet ist, erwärmt die induktive Anordnung 14 das Getriebefluid 96, das von den sich drehenden Elementen (z. B. von dem zweiten Zwischenzahnrad 36 und von dem Differential 50) wegspritzt, während sie sich drehen.
Das Getriebe 12 kann Düsen 98 enthalten, um Getriebefluid 96 direkt auf Komponenten innerhalb des Gehäuses 90 zu sprühen. Ein solches "Sprüh"-Gebiet ist mit dem Buchstaben "B" bezeichnet und befindet sich in einem Zwischenabschnitt der Kammer 92. Die induktive Anordnung 14 kann innerhalb des Gebiets B montiert sein, so dass Getriebefluid 96 durch die Düse 98 auf die induktive Anordnung 14 gesprüht wird. Das gesprühte Getriebefluid 96 wird durch die induktive Anordnung 14 erwärmt, während es mit dem induktiven Bauelement in Kontakt steht. Die induktive Anordnung 14 kann außerdem Getriebefluid 96 empfangen, das von nahen sich drehenden Elementen (z. B. von der Planetenradeinheit 26) wegspritzt. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 betrachten mehrere Düsen und Düsen, die an anderen Orten der Kammer 92 montiert sind (z. B. eine Düse, die in dem Gebiet A montiert ist).
Ferner sammelt sich das Getriebefluid 96 innerhalb eines unteren Abschnitts, der auch als ein Vorratsbehälter oder als ein Sumpf 99 der Kammer 92 bekannt ist, an. Ein solches "Eintauch"-Gebiet ist durch den Buchstaben "C" bezeichnet und befindet sich in einem unteren Abschnitt 99 der Kammer 92. Die induktive Anordnung 14 kann innerhalb des Gebiets C montiert sein und in das Getriebefluid 96 getaucht sein. Die induktive Anordnung 14 erwärmt das Getriebefluid 96.
In 5 ist ein Leistungselektronikgehäuse 94 in einer alternativen Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform sind der VVC 10, der Stromrichter 56, das TCM 58 und die induktive Anordnung 109 alle innerhalb des Gehäuses 94 angeordnet. Das Gehäuse 94 enthält eine erste Öffnung 101 und eine zweite Öffnung 103. Eine Einlassfluidleitung 105 wird durch die erste Öffnung 101 empfangen und stellt Fluid für die induktive Anordnung 109 bereit. Eine Auslassfluidleitung 107 wird durch die zweite Öffnung 103 empfangen und stellt eine Rückführung für das Fluid bereit. Das Fluid wird über die induktive Anordnung 109 umgewälzt, um Wärme von der induktiven Anordnung 109 aufzunehmen, was veranlasst, dass sich das Fluid erwärmt. Die induktive Anordnung 109 ist abgedichtet, um zu verhindern, dass Fluid die anderen elektrischen Komponenten innerhalb des Gehäuses 94 beschädigt. Die Einlass- und die Auslassfluidleitung 105, 107 sind mit der Getriebeinstallation verbunden.
Die 6 bis 8 veranschaulichen die induktive Anordnung 14 in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen. Die induktive Anordnung kann an verschiedenen Orten in dem Fahrzeug wie etwa innerhalb des Getriebegehäuses 90 angeordnet sein. Die induktive Anordnung 14 enthält einen Leiter 110, der zu zwei angrenzenden rohrförmigen Spulen gebildet ist, einen Kern 112 und einen Isolator 114. Die induktive Anordnung 14 enthält den Isolator 114, der als eine zweiteilige Klammer gebildet ist und den Leiter 110 und den Kern 112 stützt. Außerdem trennt der Isolator 114 den Leiter 110 physikalisch von dem Kern 112 und ist er aus einem elektrisch isolierenden Polymermaterial wie etwa Polyphenylensulfid (PPS) gebildet.
Der Leiter 110 ist aus einem leitfähigen Material wie etwa Kupfer oder Aluminium gebildet und zu zwei angrenzenden wendelförmigen Spulen, einer ersten Spule 111 und einer zweiten Spule 113, gewickelt. Die Spulen können unter Verwendung eines rechteckigen (oder flachen) Typs eines leitfähigen Drahts durch einen Hochkantprozess gebildet werden. Von dem Leiter 110 gehen Eingangs- und Ausgangsleitungen aus und verbinden mit anderen Komponenten.
Der Kern 112 kann in einer Doppel-"C"-Konfiguration gebildet sein. Der Kern 112 enthält ein erstes Ende 116 und ein zweites Ende 118, die jeweils in einer gekrümmten Form gebildet sind. Außerdem enthält der Kern 112 einen ersten Schenkel 120 und einen zweiten Schenkel 122, um das erste Ende 116 mit dem zweiten Ende 118 zu verbinden, um so gemeinsam einen ringförmigen Kern 112 zu bilden. Jeder Schenkel 120, 122 enthält mehrere Kernelemente 124, die voneinander beabstandet sind, um Luftspalte zu definieren. Der Kern 112 kann aus einem magnetischen Material wie etwa aus einem Eisen-Silicium-Legierungs-Pulver gebildet sein. Zwischen den Kernelementen 124 können Keramikabstandshalter 126 angeordnet sein, um die Luftspalte aufrechtzuerhalten. Auf den Kern 112 kann ein Haftmittel aufgetragen sein, um die Position der Enden 116, 118 und der Schenkel 120, 122 einschließlich der Kernelemente 124 und der Abstandshalter 126 aufrechtzuerhalten. Wie in 6 in Strichlinien gezeigt ist, kann alternativ um einen Außenumfang des Kerns 112 ein Band 128 befestigt sein, um die Position der Enden 116, 118 und der Schenkel 120, 122 aufrechtzuerhalten.
Der Isolator 114 kann als eine Spulenkörperstruktur mit einem ersten Halbabschnitt 130 und mit einem zweiten Halbabschnitt 130', die allgemein symmetrisch zueinander sind, gebildet sein. Jeder Halbabschnitt 130, 130' enthält eine Grundplatte 134, 134' zur Befestigung der Anordnung 14. Die Grundplatte 134, 134' enthält Öffnungen 136, 136' zum Aufnehmen von Befestigungselementen (nicht gezeigt), um die induktive Anordnung 14 an einer Stützstruktur wie etwa einem Getriebe oder einem anderen Gehäuse zu montieren. Von der Grundplatte 134, 134' geht quer eine Absteifung 138, 138' aus. Von der Absteifung 138 des ersten Halbabschnitts 130 gehen ein Paar Spulenkästen einschließlich eines ersten Spulenkastens 140 und eines zweiten Spulenkastens 142 aus, damit sie mit einem entsprechenden ersten Spulenkasten 140' und mit einem entsprechenden zweiten Spulenkasten 142', die von der Absteifung 138' des zweiten Halbabschnitts 130' ausgehen, in Eingriff sind. In einer Ausführungsform sind die ersten Spulenkästen 140, 140' entlang einer ersten Längsachse (nicht gezeigt) koaxial ausgerichtet und sind die zweiten Spulenkästen 142, 142' entlang einer zweiten Längsachse (nicht gezeigt), die parallel zu der ersten Längsachse ist, koaxial ausgerichtet. Die Spulenkästen 140, 140', 142, 142' sind jeweils in einer Rohrform mit einem allgemein quadratförmigen Querschnitt gebildet.
Der Isolator 114 schützt den Leiter 110 und den Kern 112. Die ersten Spulenkästen 140, 140' sind miteinander in Eingriff, um gemeinsam eine Außenoberfläche 144 zum Stützen der ersten Spule 111 bereitzustellen. Außerdem definieren die ersten Spulenkästen 140, 140' einen Hohlraum 146 zum Aufnehmen des ersten Schenkels 120 des Kerns 112. Ähnlich sind die zweiten Spulenkästen 142, 142' miteinander in Eingriff, um gemeinsam eine Außenoberfläche 148 zum Stützen der zweiten Spule 113 bereitzustellen, wobei sie einen Hohlraum 150 zum Aufnehmen des zweiten Schenkels 122 des Kerns 112 definieren. In Übereinstimmung mit der dargestellten Ausführungsform enthalten die Spulenkästen 140, 140', 142, 142' mehrere Löcher 152, um die Wärmeübertragung von den Schenkeln 120, 122 zu erleichtern, indem sie zulassen, dass das Fluid 96 leicht durch die Spulenkästen 140, 140', 142, 142' geht. Andere Ausführungsformen des Isolators 114 enthalten unsymmetrische Halbabschnitte (nicht gezeigt). Zum Beispiel können die Spulenkästen von einem der Halbabschnitte ausgehen und sind sie von der Absteifung des anderen Halbabschnitts (nicht gezeigt) aufgenommen.
Der VSC 60 kann den VCC 10 in einer weniger effizienten Betriebsart betreiben, die mehr Wärme von dem induktiven Bauelement 14 erzeugt, um die Erwärmungsrate des Getriebeöls zu erhöhen. Diese Betriebsart kann als eine Wärmeerzeugungsbetriebsart bezeichnet werden. In 9 ist eine Steuerlogik 200 zum Betreiben des VVC 10 in einer Wärmeerzeugungsbetriebsart, um das Erwärmen des Getriebefluids zu beschleunigen, dargestellt. Die Steuerlogik 200 wird unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der innerhalb eines oder mehrerer der Controller wie etwa des VSC 60, des TCM 58 und/oder des ECM 64 enthalten ist. In der Operation 202 bestimmt der Controller die Temperatur des Getriebeöls. Die Getriebeöltemperatur kann direkt mit einem Sensor bestimmt werden oder kann unter Verwendung anderer Messwerte und Daten gefolgert werden.
In der Operation 204 wird die Getriebeöltemperatur mit einem Getriebeöltemperatur-Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob die Getriebeöltemperatur niedriger als die Schwellentemperatur ist. Falls die Getriebeöltemperatur höher als die Schwellentemperatur ist, geht die Steuerung zur Operation 212 über und wird der VVC 10 normal betrieben, da das Getriebe die zusätzliche Erwärmung nicht nutzt. Falls das Getriebeöl unter der Schwellentemperatur liegt, bestimmt der Controller in der Operation 206, ob die Wellendrehzahl der Zahnräder innerhalb des Getriebes hoch genug ist, um ein Spritzen zu erzeugen. Falls die Wellendrehzahl zu niedrig ist, geht die Steuerung zur Operation 212 über. Falls die Wellendrehzahl ausreicht, geht die Steuerung zur Operation 208 über. In einigen Ausführungsformen kann die Operation 206 weggelassen sein.
Wenn die Fahrerleistungsanforderung innerhalb eines Schwellenbereichs liegt, kann der VVC 10 in der Wärmeerzeugungsbetriebsart arbeiten. Falls die Leistungsanforderung außerhalb des Schwellenbereichs liegt, ist die Wärmeerzeugungsbetriebsart unmöglich. Zum Beispiel wird der VVC 10 normal betrieben, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zu liefern, falls die Fahrerdrehmomentanforderung zu hoch ist. In der Operation 208 bestimmt der Controller, ob die aktuelle Leistungsanforderung innerhalb des Schwellenbereichs liegt. Wenn das nicht der Fall ist, geht die Steuerung zur Operation 212 über. Wenn es der Fall ist, geht die Steuerung zur Operation 210 über.
In der Operation 210 wird die Schaltoperation des VVC 10 geändert, um mehr Wärme von dem induktiven Bauelement 14 zu erzeugen. Im normalen Betrieb wählt der Controller einen V_dc-Wert aus, der für irgendeine gegebene Fahrerleistungsanforderung so nahe wie möglich zu V_bat ist. Falls die Getriebeerwärmung erwünscht ist, kann der Controller die Schaltoperation ändern, um V_dc zu erhöhen, um mehr Wärme in dem induktiven Bauelement 14 zu erzeugen.
10 zeigt mögliche V_dc-Werte und Stromwerte, die verwendet werden können, um eine Fahrerleistungsanforderung von 20 Kilowatt zu erfüllen. In diesem Beispiel ist V_bat 200 Volt. Die V_dc- und die Stromwerte können durch Ändern der Betriebsgeschwindigkeit der Schalter geändert werden. Um mehr Strom über das induktive Bauelement zu erzeugen und somit mehr Wärme mit dem induktiven Bauelement zu erzeugen, kann die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden.
Die Alternative A zeigt eine effiziente Betriebsbedingung, die in dem induktiven Bauelement weniger Wärme erzeugt. In der Alternative A ist V_dc gleich V_bat und arbeitet der VVC 10 in der Bypass-Betriebsart. Falls es erwünscht ist, das Getriebeöl zu erwärmen, kann der Betrieb des VVC 10 geändert werden, um mehr Wärme in dem induktiven Bauelement zu erzeugen. In der Alternative C ist die Schaltgeschwindigkeit erhöht, um mehr Strom über das induktive Bauelement 14 zu senden. Die Alternative C ist eine weniger effiziente Betriebsbedingung und erzeugt mehr Wärme innerhalb des induktiven Bauelements 14. In der Alternative C werden dieselben 20 Kilowatt Leistung zugeführt, wobei aber V_dc 400 Volt ist und der Strom 50 Ampere ist. Die V_bat ist um 200 V erhöht worden, um eine V_dc von 400 Volt bereitzustellen. Das induktive Bauelement 14 wird genutzt, um die Spannung zu erhöhen, was Wärme erzeugt.
Die 11 bis 13 stellen ein anderes Verfahren zum Erhöhen der Wärmeabgabe des induktiven Bauelements 14, um das Getriebeöl zu erwärmen, dar. In diesem Verfahren werden die Batteriezellen zyklisch durchlaufen, um die Wärmeabgabe des induktiven Bauelements 14 zu erhöhen. Anhand von 11 beginnt der Ablaufplan bei der Operation 300 durch Bestimmung der Temperatur des Getriebeöls. Das Getriebeöl kann mit einem Getriebeölsensor gemessen werden oder kann über andere Messungen gefolgert werden. In der Operation 302 bestimmt der Controller, ob das Getriebeöl kalt ist. Das Öl ist kalt, falls die Batterietemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt. Der Temperaturschwellenwert kann eine vorgegebene Konstante sein, die auf Getriebespezifikationen beruht, die in dem Speicher des Controllers programmiert sind. Falls die Öltemperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt, ist eine zusätzliche Erwärmung erwünscht, um die Fahrzeugleistung zu verbessern. Falls die Öltemperatur nicht unter dem Schwellenwert liegt, sind zusätzliche Anstrengungen zum Erhöhen der Öltemperatur unnötig.
In der Operation 304 bestimmt der Controller, ob der Fahrerleistungsbedarf in einem für den alternativen VVC-Betrieb geeigneten Bereich liegt. Zum Beispiel wird der VVC 10 normal betrieben, um dem Fahrzeugantriebsstrang die notwendige Leistung zuzuführen, um den Fahrerbedarf zu erfüllen, falls die Fahrerdrehmomentanforderung hoch ist. Falls der Fahrerdrehmomentbedarf in einem für den alternativen VVC-Betrieb geeigneten Bereich liegt, bestimmt der Controller in der Operation 306, ob die Wellendrehzahl hoch genug ist, um Spritzen zu erzeugen. Falls die Wellendrehzahl zu niedrig ist, um Spritzen zu erzeugen, geht die Steuerung zur Operation 308 über und wird der VVC 10 normal betrieben. In einigen Ausführungsformen ist die Operation 306 weggelassen. Zum Beispiel ist die Operation 306 weggelassen, falls das induktive Bauelement 14 direkt durch Öl besprüht wird.
Falls die Wellendrehzahl hoch genug ist, geht die Steuerung zur Operation 310 über. In der Operation 310 bestimmt der Controller, ob ein "Eintipp"-Ereignis aufgetreten ist. Ein Eintipp-Ereignis gibt an, dass von dem Fahrer zusätzliche Leistung oder Fahrzeugbeschleunigung gefordert wird. Ein Eintipp-Ereignis kann dadurch angegeben werden, dass detektiert wird, dass das Fahrpedal schnell gedrückt wird. Falls ein Eintipp-Ereignis aufgetreten ist, wird bei 312 die Batteriespannung beurteilt, um zu bestimmen, ob ausreichend Batteriespannung verfügbar ist, um die zusätzliche geforderte Leistung bereitzustellen. Falls die Batteriespannung niedrig ist, wird keine zusätzliche Leistung bereitgestellt und kehrt der Prozess zur Operation 300 zurück. Falls die Batteriespannung nicht niedrig ist, wird die Polarität des Batteriestroms in der Operation 314 umgekehrt (wobei sich die Polarität hier auf Laden oder Entladen bezieht), wodurch die Polarisationswiderstandsspannung verringert wird und das induktive Bauelement erwärmt wird.
Ähnlich bestimmt der Controller bei 316, ob ein "Austipp"-Ereignis aufgetreten ist. Ein Austipp-Ereignis gibt an, dass von dem Fahrer weniger Leistung oder Fahrzeugverzögerung gefordert wird. Ein Austipp-Ereignis kann durch Bremsen des Fahrzeugs, Abheben des Fußes von dem Fahrpedal oder eine Kombination aus Bremsen und/oder Abheben des Fußes von dem Fahrpedal angegeben werden. Falls ein Austipp-Ereignis aufgetreten ist, wird bei 318 die Batteriespannung beurteilt, um zu bestimmen, ob die Energie mit Energie, die durch eine Nutzbremsung oder durch ein anderes Energierückgewinnungssystem wiedergewonnen wird, geladen werden kann. Falls die Spannung hoch ist, kann keine zusätzliche Energie durch die Batterie gespeichert werden und kehrt der Prozess zur Operation 300 zurück. Falls die Batteriespannung nicht zu hoch ist, wird in der Operation 314 die Polarität der Batterie umgekehrt, wodurch die Erwärmungsrate des induktiven Bauelements erhöht wird.
Falls es keine Eintipp- oder Austipp-Ereignisse gibt, beurteilt der Controller bei 320 weiter, ob die Klemmenspannung der Batterie einen Grenzwert erreicht hat. Der Grenzwert beruht auf der Polarisationswiderstandsspannung. Falls die Klemmenspannung auf dem Grenzwert ist, wird in der Operation 314 die Polarität der Batterie umgekehrt, um die Polarisationswiderstandsspannung vorübergehend zu null zu machen und die Erwärmungsrate des induktiven Bauelements zu erhöhen. Falls die Klemmenspannung nicht auf dem Grenzwert ist, kehrt der Prozess zur Operation 300 zurück.
In 12 ist ein Ablaufplan einer alternativen Ausführungsform gezeigt. In der Operation 321 beginnt der Ablaufplan durch Bestimmen der Temperatur des Getriebeöls. In der Operation 322 bestimmt der Controller, ob das Getriebeöl kalt ist. Das Öl ist kalt, falls die Batterietemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt. Falls die Öltemperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt, ist eine zusätzliche Erwärmung erwünscht, um die Fahrzeugeffizienz zu verbessern. Falls die Öltemperatur nicht unter dem Schwellenwert liegt, sind zusätzliche Bemühungen zum Erhöhen der Öltemperatur unnötig und wird der VVC 10 normal betrieben.
In der Operation 324 bestimmt der Controller, ob ein Eintipp-Ereignis aufgetreten ist. Falls bei 324 ein Eintipp-Ereignis auftritt und die Batteriespannung bei 326 nicht niedrig ist, wird die Polarität der Batterie bei 328 schnell oder mit einer hohen Anstiegsrate umgekehrt. Gleichfalls wird die Polarität bei 328 ebenfalls schnell umgekehrt, falls bei 330 ein Eintipp-Ereignis auftritt und die Batteriespannung bei 332 nicht zu hoch ist. Allerdings wird die Polarität in der Operation 336 mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt, falls die Klemmenspannung bei 334 auf dem Grenzwert ist. Optional können zusätzliche Polaritätsumkehranstiegsraten genutzt werden. Zum Beispiel kann für ein Eintipp-Ereignis eine erste Anstiegsrate verwendet werden, kann für ein Austipp-Ereignis eine zweite Anstiegsrate verwendet werden und kann für ein Klemmenspannungsereignis eine dritte Anstiegsrate verwendet werden. Alternativ könnte für jeden Ereignistyp irgendeine Kombination gleicher oder ungleicher Anstiegsraten verwendet werden.
Eine hohe Anstiegsrate erzeugt in dem induktiven Bauelement mehr Wärme als eine niedrigere Anstiegsrate, ist aber durch den Fahrer stärker detektierbar. Da der Polaritätsumkehrprozess während eines Eintipp- oder eines Austipp-Ereignisses höhere Anstiegsraten zulässt, maskieren höhere Umgebungsgeräuschpegel aber ein Geräusch. Außerdem kann der Fahrer erwarten, dass die Kraftmaschine während eines Eintipp- oder Austipp-Ereignisses die Drehzahl erhöht oder verringert. Zum Beispiel wird von der Batterie und von der Brennkraftmaschine mehr Energie gefordert, was veranlasst, dass die Kraftmaschine stärker arbeitet und was den Geräuschpegel innerhalb des Fahrzeugs erhöht, wenn ein Eintipp-Ereignis auftritt. Wenn von dem Fahrer keine Polaritätsumkehr erwartet oder initiiert wird, kann eine niedrigere Anstiegsrate verwendet werden. Zum Beispiel wird eine niedrigere Anstiegsrate verwendet, wenn ein Klemmenspannungsgrenzwert erreicht ist, da die erhöhten Umgebungsgeräuschpegel, die die Kraftmaschinenbeschleunigung oder die Kraftmaschinenverzögerung begleiten, nicht vorhanden sind. Die niedrige Anstiegsrate verringert die Wahrnehmbarkeit irgendeiner Änderung der Kraftmaschinendrehzahl oder des Geräuschs, das sich aus der Klemmenspannungsgrenzwert-Polarisationsumkehr ergeben kann. Folglich helfen mehrere Anstiegsraten, die Geräuschempfindlichkeiten der Insassen zu behandeln.
In 13 ist eine graphische Darstellung gezeigt, wie die Ablaufpläne der 11 und 12 mit den Leistungsbedarfen an die Batterie zusammenhängen. In der graphischen Darstellung repräsentiert die horizontale Achse die Zeit und repräsentiert die vertikale Achse den Batterieleistungszielpegel. In dem Gebiet über der Leistungs-Nulllinie wird die Batterie entladen und in dem Gebiet unter der Leistungs-Nulllinie wird sie geladen. Die mit "Grenzwert" bezeichneten horizontalen Linien bezeichnen den physikalischen Lade- und Entladegrenzwert der Batterie.
Beginnend beim Punkt A und fortschreitend von links nach rechts wird die Batterie zwischen den Punkten A und B geladen. Beim Punkt B erreicht die Klemmenspannung den Polarisationswiderstandsspannungs-Grenzwert und kann die Batterie keine zusätzliche Ladung aufnehmen, ohne zuerst die Batteriepolarität umzukehren. Von den Punkten B und C ist der Batteriestrom mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt. Wenn die Nulllinie überschritten wird, die den Lade- und den Entladebereich trennt, kehrt sich die Polarität um.
Von Punkt C bis zu D wird die Batterie entladen. Bei Punkt D ist der Polarisationswiderstandsspannungs-Grenzwert der Batterie erreicht und muss die Polarität erneut umgekehrt werden. Von Punkt D bis E ist die Batteriestrompolarität mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt E bis zu Punkt F wird die Batterie geladen. Am Punkt F ist der Polarisationswiderstandsspannungs-Grenzwert erreicht. Von Punkt F bis Punkt G ist die Batteriestrompolarität mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt. Zwischen den Punkten G und H entlädt sich die Batterie. Bei Punkt H tritt ein Austipp-Ereignis auf. Zwischen den Punkten H und I ist die Batteriestrompolarität mit einer hohen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt I bis zu Punkt J wird die Batterie geladen. Am Punkt J ist der Polarisationswiderstandsspannungs-Grenzwert erreicht. Während die Polarität zwischen den Punkten J und K umgekehrt ist, tritt ein weiteres Austipp-Ereignis auf. Am Punkt K hat der Batteriestrom bereits die Richtung geändert (d. h. der Punkt K ist auf der entgegengesetzten Seite der Nulllinie von dem Punkt J), was bedeutet, dass die Polaritätswiderstandsspannung überwunden worden ist. Folglich ist eine Polarisationsumkehr zurück zu dem Ladungsgebiet zugelassen.
Von Punkt L bis zu Punkt M wird die Batterie geladen. Beim Punkt M ist der Polarisationswiderstandsspannungs-Grenzwert erreicht und von Punkt M bis zu Punkt N ist die Polarität umgekehrt. Von Punkt N bis zu Punkt O wird die Batterie entladen. Am Punkt O ist der Batteriespannungsgrenzwert erreicht und zwischen den Punkten O und P ist die Batteriestrompolarität mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt P bis zu Punkt Q wird die Batterie geladen. Bei Punkt Q tritt ein Eintipp-Ereignis auf. Von Punkt Q bis zu Punkt R ist die Batteriestrompolarität mit einer hohen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt R bis zu Punkt S wird die Batterie entladen. Bei Punkt S ist die Polarisationswiderstandsspannung erfüllt. Von Punkt S bis zu Punkt T ist die Polarität umgekehrt. Während die Polarität umgekehrt ist, tritt bei dem Punkt T ein Eintipp-Ereignis auf. Da der Punkt T eine andere Polarität als der Punkt S aufweist, ist eine Polaritätsumkehr zur Entladung zulässig und ist die Polarität zu Punkt U mit einer hohen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt U bis zu Punkt V wird die Batterie entladen. Bei Punkt V tritt ein weiteres Eintipp-Ereignis auf. Es wird ein neues Entladeleistungsziel berechnet und bei Punkt W festgesetzt. Von Punkt W bis zu Punkt X entlädt sich die Batterie weiter. Bei Punkt X ist der Polarisationsspannungsgrenzwert erreicht und bei Punkt Y ist die Polarität mit einer niedrigen Anstiegsrate umgekehrt.
Von Punkt Y bis zu Z wird die Batterie geladen. Bei Punkt Z tritt ein Eintipp-Ereignis auf. Es wird ein neuer Entladeleistungszielpegel AA berechnet und mit einer hohen Anstiegsrate festgesetzt. Von Punkt AA bis zu Punkt BB wird die Batterie entladen. Bei Punkt BB tritt ein weiteres Eintipp-Ereignis auf. Es wird ein neues Entladeleistungsziel CC berechnet und mit einer hohen Anstiegsrate festgesetzt. Der Prozess des Umkehrens der Polarität und des Festsetzens von Leistungszielpegeln wird auf der Grundlage von Änderungen des Batteriestatus und von Fahrereingaben fortgesetzt.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind Begriffe zur Beschreibung anstatt zur Beschränkung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Erfindungsgedanken und von dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben wurde, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt sein können, zu bilden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften Vorteile bieten könnten oder bevorzugt sind, erkennt der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, dass eines oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften umfasst sein können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung anhängen. Diese Attribute können die Kosten, die Stärke, die Haltbarkeit, die Lebenszykluskosten, die Marktfähigkeit, das Aussehen, die Packung, die Größe, die Betriebsfreundlichkeit, das Gewicht, die Herstellbarkeit, die Leichtigkeit der Montage usw. enthalten, sind darauf aber nicht beschränkt. Somit liegen Ausführungsformen, die in der Weise beschrieben sind, dass sie in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften weniger erwünscht als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Getriebe, das Zahnräder enthält, die durch Öl geschmiert werden; einen variablen Spannungswandler (VVC), der ein induktives Bauelement enthält, das in der Weise angeordnet ist, dass das Öl mit dem induktiven Bauelement in Kontakt steht; und wenigstens einen Controller, der dafür konfiguriert ist, den VVC zum Abgeben einer gewünschten Leistung zu betreiben und in Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, eine Spannung und einen Strom des VVC zu ändern, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten wird, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ferner ein Gehäuse enthält und wobei das induktive Bauelement innerhalb des Gehäuses montiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Getriebe ferner Düsen enthält, um das Öl direkt auf das induktive Bauelement zu sprühen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner Folgendes umfasst: ein Leistungselektronikgehäuse, das an dem Getriebe befestigt ist, wobei das induktive Bauelement innerhalb des Leistungselektronikgehäuses montiert ist; und Fluidleitungen, die mit dem induktiven Bauelement verbunden sind und die dafür konfiguriert sind, Öl zwischen dem induktiven Bauelement und dem Getriebe umzuwälzen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, in Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, die Spannung zu erhöhen und den Strom proportional zu verringern, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten bleibt, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner eine Getriebewelle umfasst, die mit wenigstens einem der Zahnräder gekoppelt ist, und wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das eine Drehzahl der Welle angibt, und den VVC in Ansprechen darauf, dass die Drehzahl höher als eine Schwellendrehzahl ist, zum Erhöhen der Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu betreiben.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das eine Fahrerdrehmomentanforderung angibt, und den VVC in Ansprechen darauf zum Erhöhen der Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu betreiben, falls die Fahrerdrehmomentanforderung unter einem Schwellenwert liegt.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Getriebe, das Zahnräder enthält, die durch Öl geschmiert werden; eine Batterie; einen variablen Spannungswandler, der mit der Batterie elektrisch verbunden ist und der ein induktives Bauelement enthält, das so angeordnet ist, dass es mit dem Öl in Kontakt steht; und wenigstens einen Controller, der dafür konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das eine Öltemperatur angibt, und eine Polarität eines Batteriestroms umzukehren, falls die Öltemperatur unter einem Schwellenwert liegt, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen, um das Öl zu erwärmen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, die Polarität des Batteriestroms umzukehren, falls die Öltemperatur unter dem Schwellenwert liegt und falls ein Eintipp-Ereignis, ein Austipp-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis aufgetreten ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, die Polarität des Batteriestroms umzukehren, falls die Öltemperatur unter dem Schwellenwert liegt und falls ein Eintipp-Ereignis oder ein Austipp-Ereignis aufgetreten ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei der Controller ferner dafür konfiguriert ist, die Polarität der Batterie bei einer ersten Anstiegsrate für das Eintipp-Ereignis umzukehren und bei einer zweiten Anstiegsrate für das Austipp-Ereignis umzukehren.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die erste Anstiegsrate höher als die zweite Anstiegsrate ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das induktive Bauelement innerhalb des Getriebes montiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Getriebe ferner Düsen enthält, um das Öl direkt auf das induktive Bauelement zu sprühen.
Verfahren zum Erwärmen eines Getriebes eines Hybridfahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen variablen Spannungswandler (VVC) enthält, der ein induktives Bauelement in Kontakt mit Getriebeöl aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Betreiben des VVC zum Abgeben einer gewünschten Leistung und in Ansprechen darauf, dass eine Temperatur des Öls niedriger als ein Schwellenwert ist, Ändern einer Spannung und eines Stroms des VVC, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten wird, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das induktive Bauelement innerhalb des Getriebes montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Spritzen des Öls auf das induktive Bauelement durch Drehen von Zahnrädern innerhalb des Getriebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Spritzen von Öl direkt auf das induktive Bauelement mit einer Düse umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, das ferner das Erhöhen der Spannung und das proportionale Verringern des Stroms, während die gewünschte Leistung aufrechterhalten wird, um die Wärmeabgabe durch das induktive Bauelement zu erhöhen, falls die Temperatur des Öls niedriger als der Schwellenwert ist, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das ferner das Empfangen eines Signals, das eine Getriebewellendrehzahl angibt, umfasst und wobei das Betreiben in Ansprechen darauf begonnen wird, dass die Wellendrehzahl über einer Schwellendrehzahl liegt.