DE102016102825A1

DE102016102825A1 - Batterieladezustandssollwert, der auf einer Fahrzeugneigung basiert

Info

Publication number: DE102016102825A1
Application number: DE102016102825.8A
Authority: DE
Inventors: Kenneth James Miller; Douglas Raymond Martin; Paul Perkins; Stephen Li-Chun Shen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2016-08-25
Also published as: CN105905107A; CN105905107B; US20160243958A1

Abstract

Ein Hybridfahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, einen mit der Batterie gekoppelten Antriebsstrang und eine Steuerung oder ein Batteriemanagementsystem, das eine Steuerung aufweist. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie einen Ladezustandssollwert (SOC-Sollwert) für die Batterie gemäß Verlusten, die mit dem Antriebsstrang assoziiert sind, und einem Neigungswinkel des Fahrzeugs einstellt. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie auf einen Ladezustand der Batterie und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs reagiert. Wenn der Ladezustand höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert, ist die Steuerung derart programmiert, dass sie die Batterie entlädt, um den Sollwert zu erreichen

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft allgemein das Energiemanagement für Hybridfahrzeuge.
HINTERGRUND
Ein Hybridelektrofahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, die aus mehreren in Reihe und/oder parallel verbundenen Batteriezellen aufgebaut ist. Die Traktionsbatterie liefert Energie für den Fahrzeugantrieb und Nebenaggregatfunktionen. In Betrieb kann die Traktionsbatterie auf der Grundlage der Betriebsbedingungen, die einen Batterieladezustand (SOC), eine Fahreranforderung und eine Nutzbremsung umfassen, aufgeladen oder entladen werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batteriemanagementsystem für ein Fahrzeug umfasst eine Batterie und eine Steuerung. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie einen Ladezustandssollwert (State of Charge, SOC) für die Batterie gemäß einem Neigungswinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellt. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie als Antwort darauf, dass ein Ladezustand der Batterie höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert, die Batterie entlädt, um den Sollwert zu erreichen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, dass eine Traktionsbatterie aufweist, umfasst ein Einstellen, durch eine Steuerung, eines Ladezustandssollwertes (SOC-Sollwertes) für die Batterie gemäß einem Neigungswinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und Entladen der Batterie, wenn ein Ladezustand (SOC) der Batterie höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert.
Ein Hybridfahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, einen mit der Batterie gekoppelten Antriebsstrang und eine Steuerung. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie einen Ladezustandssollwert (SOC-Sollwert) für die Batterie gemäß Verlusten, die mit dem Antriebsstrang assoziiert sind, und einem Neigungswinkel des Fahrzeugs einstellt. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie auf einen Ladezustand der Batterie und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs reagiert. Wenn der Ladezustand höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert, ist die Steuerung derart programmiert, dass sie die Batterie entlädt, um den Sollwert zu erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagrammbeispiel eines Hybridfahrzeugs, das typische Triebsstrang- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist ein Diagrammbeispiel eines Batteriepacks, der durch ein Batterieenergiesteuermodul (Battery Energy Control Module) gesteuert wird.
3 ist ein Beispiel eines Ablaufdiagramms, das eine Soll-Ladezustands-Berechnung für einen auf elektrischer Energie basierenden Fahrzeugbetrieb darstellt.
4A ist ein Diagrammbeispiel, das einen Batterieladezustand, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb im Verhältnis zur Zeit darstellt.
4B ist ein Diagrammbeispiel, das einen Batterieladezustand, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb im Verhältnis zur Zeit derart darstellt, dass der Verbrennungskraftmaschinenbetrieb eingestellt ist, um eine EV-Dauer zu maximieren.
5A ist ein Diagrammbeispiel, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Startpunkt im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers, einem Batterieladezustand und einer Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt.
5B ist ein Diagrammbeispiel, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Abschaltpunkt im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers, einem Batterieladezustand und einer Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt.
5C ist ein Diagrammbeispiel, das eine Hysterese zwischen einem Verbrennungskraftmaschinen-Startpunkt und -Abschaltpunkt im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers, einem Batterieladezustand und einer Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt.
5D ist ein Diagrammbeispiel, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Abschaltpunkt im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers, einem Batterieladezustand und einer Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, so dass eine Kraftmaschinenbetriebszeit erhöht ist, um eine größere Aufladung der Batterie bereitzustellen.
6 ist ein Beispiel eines Ablaufdiagramms, das eine Soll-Ladezustands-Berechnung für einen auf einer verfügbaren regenerativen Energie basierenden Fahrzeugbetrieb darstellt.
7 ist ein Diagrammbeispiel, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Startpunkt im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers, einem Batterieladezustand und einer verfügbaren regenerativen Energie darstellt.
8 ist ein Beispiel eines Ablaufdiagramms, das eine Berechnung eines auf einer Steigung basierenden Soll-Ladezustands für einen Fahrzeugbetrieb darstellt.
9A ist ein Diagrammbeispiel, das einen Batterieladezustand und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb im Verhältnis zur Zeit und ferner im Verhältnis zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder Straßensteigung darstellt.
9B ist ein Diagrammbeispiel, das einen Batterieladezustand und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb im Verhältnis zur Zeit und ferner im Verhältnis zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder Straßensteigung darstellt, so dass der Verbrennungskraftmaschinenbetrieb maximiert ist, um eine verfügbare regenerative Energie zu gewinnen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten darzustellen. Die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten sind daher nicht als Beschränkung auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen einzusetzen. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme einer beliebigen der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 veranschaulicht ein typisches aufladbares Hybridelektrofahrzeug (PHEV), das einen Antriebsstrang oder ein Triebwerk aufweist, der/das die Hauptkomponenten umfasst, die Leistung erzeugen und die Leistung an die Fahrbahnoberfläche zum Antrieb liefern. Ein typisches aufladbares Hybridelektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind, umfassen. Die Elektromaschinen 14 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einer Verbrennungskraftmaschine 18, die auch als eine ICE (Internal Combustion Engine) oder Kraftmaschine bezeichnet wird, verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist außerdem mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die Elektromaschinen 14 können eine Antriebs- und Verzögerungsmöglichkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder abgeschaltet wird. Die Elektromaschinen 14 arbeiten außerdem als Generatoren und können Kraftstoffsparsamkeitsvorteile bereitstellen, indem sie Energie, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren ginge, wiedergewinnen. Die Elektromaschinen 14 können außerdem Fahrzeugabgase reduzieren, indem sie es der Kraftmaschine 18 ermöglichen, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten, und indem sie es ermöglichen, dass das Hybridelektrofahrzeug 12 bei bestimmten Bedingungen in einem elektrischen Modus betrieben wird, wobei die Kraftmaschine 18 abgeschaltet ist. Ein Antriebsstrang weist Verluste auf, die Getriebeverluste, Kraftmaschinenverluste, elektrische Wandlungsverluste, Elektromaschinenverluste, Verluste der elektrischen Komponenten und Fahrbahnverluste umfassen können. Diese Verluste können auf mehrere Aspekte zurückgeführt werden, die Fluidviskosität, elektrische Impedanz, Fahrzeugrollwiderstand, Umgebungstemperatur, Temperatur einer Komponente und die Betriebsdauer umfassen.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die durch die Elektromaschinen 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriepack 24 stellt üblicherweise eine Hochvolt-Gleichspannungsausgabe bereit. Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Ein oder mehrere Kontaktgeber 42 können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten trennen, wenn sie geöffnet sind, und sie können die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 ist außerdem mit den Elektromaschinen 14 elektrisch verbunden und stellt die Möglichkeit bereit, Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bidirektional zu übertragen. Zum Beispiel kann eine übliche Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung liefern, während die Elektromaschinen 14 unter Verwendung eines Dreiphasenwechselstroms arbeiten können. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom zum Verwenden durch die Elektromaschinen 14 umwandeln. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 den Dreiphasenwechselstrom von den als Generatoren arbeitenden Elektromaschinen 14 in die mit der Traktionsbatterie 24 kompatible Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein rein elektrisches Fahrzeug zutreffend. Für ein rein elektrisches Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein mit einer Elektromaschine 14 verbundenes Getriebe sein und die Kraftmaschine 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Liefern von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs liefern. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 umfassen, das die Hochvolt-Gleichspannungsausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niedervolt-Gleichspannungsversorgung, die für andere Fahrzeugverbraucher passend ist, wandelt. Andere Hochvolt-Verbraucher 46, wie z.B. Verdichter, elektrische Heizvorrichtungen, können direkt mit der Hochvolt-Spannung verbunden werden, ohne dass ein Gleichspannungswandlermodul 28 verwendet wird. Die Niedervolt-Systeme können mit einer Zusatzbatterie 30 (z.B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug oder ein aufladbares Hybridfahrzeug sein, in dem die Traktionsbatterie 24 mithilfe einer externen Stromquelle 36 wiederaufgeladen werden kann. Die externe Stromquelle 36 kann eine Verbindung mit einer Steckdose sein, die eine Netzstromversorgung empfängt. Die externe Stromquelle 36 kann mit einer Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen vorsehen, um die Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu handhaben. Die externe Stromquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Gleichspannungs- oder Wechselspannungsenergie zuführen. Die EVSE 38 kann einen Ladesteckverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann eine beliebige Art von Anschluss sein, der zum Übertragen von Energie von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 ausgelegt ist. Der Ladeanschluss 34 kann mit einer Ladeeinrichtung oder einem fahrzeugeigenen Energieumwandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Energieumwandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Energie aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 den geeigneten Spannungs- und Strompegel zuzuführen. Das Energieumwandlungsmodul 32 kann über eine Schnittstelle mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Zufuhr von Energie an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Steckverbinder 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen in dem Ladeanschluss 34 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene, als elektrisch verbunden beschriebene Komponenten Energie unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können zum Verlangsamen des Fahrzeugs 12 und Verhindern der Bewegung des Fahrzeugs 12 vorgesehen sein. Die Radbremsen 44 können hydraulisch betätigt werden, elektrisch betätigt werden, oder mit einer Kombination davon. Die Radbremsen 44 können ein Teil eines Bremssystems 50 sein. Das Bremssystem 50 kann andere Komponenten zum Betreiben der Radbremsen 44 umfassen. Zur Vereinfachung veranschaulicht die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und einer der Radbremsen 44. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und den anderen Radbremsen 44 wird impliziert. Das Bremssystem 50 kann eine Steuerung zum Überwachen und Koordinieren des Bremssystems 50 umfassen. Das Bremssystem 50 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 44 steuern, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Das Bremssystem 50 kann auf Befehle des Fahrers reagieren und kann außerdem eigenständig arbeiten, um Funktionen, wie z.B. eine Stabilitätskontrolle, zu implementieren. Die Steuerung des Bremssystems 50 kann ein Verfahren zum Anlegen einer angeforderten Bremskraft, wenn sie von einer anderen Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird, implementieren.
Ein oder mehrere elektrische Verbraucher 46 oder elektrische Zusatzverbraucher können mit dem Hochspannungsbus verbunden sein. Die elektrischen Verbraucher 46 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, die die elektrischen Verbraucher 46 bei Bedarf betreibt und steuert. Zu Beispielen von elektrischen Zusatzverbrauchern oder elektrischen Verbrauchern 46 gehören ein Batteriekühllüfter, eine elektrische Klimatisierungseinheit, ein Batteriekühler, eine elektrische Heizung, eine Kühlpumpe, ein Kühllüfter, eine Fensterenteisungseinheit, ein elektrisches Servolenksystem, ein Wechselstromrichter und eine Wasserpumpe einer Verbrennungskraftmaschine.
Die besprochenen verschiedenen Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z.B. Controller Area Network, CAN) Ethernet, Flexray) oder über diskrete Leitungen kommunizieren. Eine Systemsteuerung 48 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Eine Traktionsbatterie 24 kann aus einer Vielzahl von chemischen Formulierungen aufgebaut sein. Zu typischen Batteriepackchemien können Bleisäure, Nickel-Metallhydrid (NIMH) oder Lithiumionen gehören. 2 zeigt einen typischen Traktionsbatteriepack 24 in einer Reihenausgestaltung aus N-Batteriezellen 72. Andere Batteriepacks 24 können jedoch aus einer beliebigen Anzahl von einzelnen Batteriezellen aufgebaut sein, die in Reihe oder parallel oder in einer Kombination davon verbunden sind. Ein Batteriemanagementsystem kann eine oder mehrere Steuerungen aufweisen, wie z.B. ein Batterieenergie-Steuermodul (Battery Energy Control Module, BECM) 76, das die Leistung der Traktionsbatterie 24 überwacht und steuert. Das BECM 76 kann Sensoren und Schaltungen umfassen, um einige Charakteristiken der Batteriepackebene, wie z.B. einen Packstrom 78, eine Packspannung 80 und eine Packtemperatur 82, zu überwachen. Das BECM 76 kann einen nichtflüchtigen Speicher aufweisen, so dass Daten behalten werden können, wenn sich das BECM 76 in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Beibehaltene Daten können beim nächsten Schlüsselzyklus verfügbar sein.
Zusätzlich zu den Charakteristiken der Packebene können Charakteristiken der Batteriezellebene vorhanden sein, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel kann die Anschlussspannung, Strom, und Temperatur jeder Zelle 72 gemessen werden. Das Batteriemanagementsystem kann ein Sensormodul 74 verwenden, um die Batterizellencharakteristiken zu messen. Je nach den Möglichkeiten kann das Sensormodul 74 Sensoren und Schaltungen umfassen, um die Charakteristiken einer oder mehrerer der Batteriezellen 72 zu messen. Das Batteriemanagementsystem kann bis zu N_c Sensormodulen oder integrierten Batterieüberwachungsschaltungen (Battery Monitor Integrated Circuits, BMIC) 74 verwenden, um die Charakteristiken aller Batteriezellen 72 zu messen. Jedes Sensormodul 74 kann die Messwerte zur weiteren Verarbeitung und Koordination an das BECM 76 übertragen. Das Sensormodul 74 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 76 übertragen. In einigen Ausführungsformen kann die Funktionalität des Sensormoduls 74 intern in dem BECM 76 aufgenommen sein. Das heißt, die Sensormodul-Hardware kann als Teil der Schaltung in dem BECM 76 integriert sein, und das BECM 76 kann die Verarbeitung von Rohsignalen handhaben.
Das BECM 76 kann Schaltungen umfassen, um mit dem einen oder den mehreren Kontaktgebern 42 verbunden zu werden. Der positive und der negative Anschluss der Traktionsbatterie 24 können durch die Kontaktgeber 42 geschützt werden.
Der Ladezustand (SOC) des Batteriepacks zeigt an, wieviel Ladung in den Batteriezellen 72 oder dem Batteriepack 24 verbleibt. Der Batteriepack-SOC kann ausgegeben werden, um den Fahrer darüber in Kenntnis zu setzen, wieviel Ladung in dem Batteriepack 24 verbleibt, ähnlich der Kraftstoffanzeige. Der Batteriepack-SOC kann außerdem verwendet werden, um den Betrieb eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs 12 zu steuern. Eine Berechnung des Batteriepack-Ladezustands kann mithilfe einer Vielzahl von Verfahren bewerkstelligt werden. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen des Batterieladezustands besteht darin, eine Integration des Batteriepack-Stroms über Zeit durchzuführen. Dies ist im Stand der Technik allgemein als Amperestunden-Integration bekannt.
Der Batterieladezustand kann auch von einer Modell-basierten Abschätzung abgeleitet werden. Die Modell-basierte Abschätzung kann Zellenspannungsmessungen, die Packstrommessungen und die Zellen- und Packtemperaturmessungen verwenden, um die Ladezustandsabschätzung bereitzustellen.
Das BECM 76 kann zu jeder Zeit Strom zur Verfügung haben. Das BECM 76 kann einen Wecktimer umfassen, so dass ein Aufwecken zu einer beliebigen Zeit angesetzt werden kann. Der Wecktimer kann das BECM 76 aufwecken, so dass vorgegebene Funktionen ausgeführt werden können. Das BECM 76 kann einen nichtflüchtigen Speicher umfassen, so dass Daten gespeichert werden können, wenn das BECM 76 ausgeschaltet wird oder einen Stromausfall erlebt. Der nichtflüchtige Speicher kann einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (Electrical Eraseable Programmable Read Only Memory, EEPROM) oder einen nichtflüchtigen Direktzugriffspeicher (Non-Volatile Random Access Memory, NVRAM) umfassen. Der nichtflüchtige Speicher kann einen FLASH-Speicher oder einen Mikrocontroller umfassen.
Beim Betreiben des Fahrzeugs kann ein aktives Modifizieren der Art und Weise, wie der Batterieladezustand verwaltet wird, eine höhere Kraftstoffsparsamkeit oder einen längeren EV-Modusbetrieb oder beides ergeben. Die Fahrzeugsteuerung muss diese Modifikationen sowohl bei einem hohen Ladezustand als auch einem niedrigen Ladezustand ausführen. Bei einem niedrigen Ladezustand kann die Steuerung jüngste Betriebsdaten überprüfen und dahingehend entscheiden, den Ladezustand durch opportunistisches Kraftmaschinenaufladen zu erhöhen (opportunistisch bedeutet, dass dies vorgenommen wird, während die Kraftmaschine bereits am Laufen ist). Dies wird unternommen, um einen längeren EV-Modusbetrieb bereitzustellen, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet wird. Dagegen kann die Steuerung bei einem hohen Ladezustand jüngste Betriebsdaten und andere Daten (Standort, Temperatur usw.) prüfen, um den Ladezustand über einen EV-Modus-Antrieb, eine reduzierte Kraftmaschinenausgabe oder elektrische Zusatzverbraucher zu reduzieren. Dies wird unternommen, um eine höhere Batteriekapazität bereitzustellen, um die Energieerfassung während eines erwarteten Nutzbremsereignisses, wie z.B. bei einer Verzögerung von einer hohen Geschwindigkeit oder einer Bergabfahrt, zu maximieren.
3 ist ein Beispiel eines Ablaufdiagramms 300, das ein Verfahren zum Modifizieren von Batteriemanagementparametern, wenn die Batterie einen niedrigen Ladezustand aufweist, darstellt. Die Änderung des Batteriemanagements kann einen ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetrieb erhöhen oder eine Kraftmaschineneffizienz verbessern oder beides. Die Figur zeigt eine Berechnung des Soll-Ladezustands für einen auf elektrischer Energie basierenden Fahrzeugbetrieb. Historische Daten werden in Block 302 eingegeben, wobei die historischen Daten einen jüngsten Batterieladezustand oder ein Batterieladezustand-Histogramm, einen elektrischen Zusatzverbraucher, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen jüngsten, ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetrieb oder ein Fahrerverhalten umfassen. Die elektrischen Zusatzverbraucher umfassen einen Batteriekühllüfter, eine elektrische Klimatisierungseinheit, einen Batteriekühler, eine elektrische Heizung, eine Kühlpumpe, einen Kühllüfter, eine Fensterenteisungseinheit, ein elektrisches Servolenksystem, einen Wechselstromrichter und eine Wasserpumpe einer Verbrennungskraftmaschine. Außerdem werden gegenwärtige und zukünftige Daten in Block 302 eingegeben. Die gegenwärtigen Daten umfassen einen elektrischen Zusatzverbraucher und eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Die zukünftigen Daten umfassen eine geschätzte Dauer des ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetriebs und eine Straßensteigung, die auch als Neigung oder Höhenänderungen bezeichnet wird. In Zusammenhang mit der Straßensteigung steht der Neigungswinkel, der den Winkel zwischen der Längsebene des Fahrzeugs und der horizontalen Ebene der Erde darstellt. Der Neigungswinkel kann mit mehreren Mitteln bestimmt werden, die eine Ausgabe eines Neigungsmessers oder eine Kombination einer Ausgabe eines Raddrehzahlsensors, die eine Beschleunigung entlang einer Längsebene des Fahrzeugs anzeigt, und einer Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die eine durch Gravitation beeinflusste Beschleunigung entlang der Längsebene anzeigt, umfassen.
Eine geschätzte Dauer eines ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetriebs wird in Block 304 berechnet. Die in 304 berechnete geschätzte Dauer eines ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetriebs und der Batterieladezustand werden in Block 306 mit Schwellenwerten verglichen. Wenn die geschätzte Dauer eines ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetriebs kürzer ist als ein erster Schwellenwert und der Batterieladezustand kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert, wird in Block 308 ein Soll-Ladezustand angepasst oder eine Stromgrenze wird angepasst.
Die Anpassung des Soll-Ladezustands kann ein Erhöhen eines Soll-Ladezustands umfassen, so dass beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine (ICE) die Betriebszeit erhöht werden kann oder die Energieausgabe aus der ICE erhöht werden kann oder beides. Die Erhöhung der Betriebszeit oder der ausgegebenen Energie kann zum Unterstützen der Batterieaufladung dienen, wodurch ermöglicht wird, dass die Batterie elektrische Energie für eine längere Zeitdauer liefert, wenn das Fahrzeug ausschließlich mit Elektrizität betrieben wird (d.h. EV-Modus). Außerdem kann die Energieerzeugung auf der Grundlage eines bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchskennfeldes der ICE optimiert werden. Dies kann zu einer größeren Kraftstoffeffizienz während der gesamten Fahrzeugfahrt führen.
4A ist ein Diagrammbeispiel 400, das einen Batterieladezustand 404, eine Fahrzeuggeschwindigkeit 402 und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb 406 im Verhältnis zur Zeit darstellt. Wenn das Fahrzeug den Betrieb von einer Stillstand-Position beginnt, kann die Fahrzeugbeschleunigung die Batterieleistung oder Leistung einer Verbrennungskraftmaschine (ICE) oder beides nutzen. Ein Beispiel einer Fahrzeugbeschleunigung ist während der Zeit 410 gezeigt. Nachdem das Fahrzeug beschleunigte, erreichte es eine Fahrgeschwindigkeit. Die Fahrgeschwindigkeit in diesem Beispiel ist eine Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der das Fahrzeug ausschließlich mithilfe von Elektrizität angetrieben werden kann. Bei dieser Geschwindigkeit schaltet der Batterieladezustand typischerweise um einen Batterie-Sollladezustand hin und her, wobei es Aufladezeitdauern 412, in denen sich die ICE in Betrieb befindet, um die Batterie aufzuladen, und Entladezeitdauern 414 gibt, in denen die ICE abgeschaltet ist und der Fahrzeugbetrieb ausschließlich mithilfe der Batterie geschieht. Für einen Käufer können diese kurzen Zeitdauern des EV-Modus für den Fahrer unbefriedigend sein, da viele Hybridfahrzeug-Käufer lange Zeitdauern des EV-Betriebs wünschen.
4B ist ein Diagrammbeispiel 420, das einen Batterieladezustand 424, eine Fahrzeuggeschwindigkeit 422 und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb 426 im Verhältnis zur Zeit 428 darstellt, in dem der Verbrennungskraftmaschinenbetrieb 426 angepasst ist, um eine EV-Dauer zu maximieren. Ähnlich wie in 4A wird hier das Fahrzeug von einem Stillstand beschleunigt. Nachdem es jedoch die Fahrgeschwindigkeit erreichte, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, bei der das Fahrzeug ausschließlich mithilfe von Elektrizität angetrieben werden kann, erhöht eine Steuerung den Ladezustandsschwellenwert, bei dem sich die Kraftmaschine ausschaltet, so dass die Kraftmaschine weiterhin die Batterie auflädt und den Batterieladezustand 424 erhöht. Das Fahrzeug kann die Verbrennungskraftmaschine (ICE) über eine Zeitdauer 430, die länger ist als eine Zeitdauer 412, betreiben, so dass der darauffolgende rein elektrische Betrieb des Fahrzeugs während einer Zeitdauer 432 auftritt, die länger ist als eine Zeitdauer 414. Außerdem kann das Fahrzeug die Kraftmaschine bei einer Geschwindigkeit, einem Drehmoment und einer Kraftstoffverbrauchsrate betreiben, die die Leistungsausgabe in Bezug auf die Kraftstoffverbrauchsrate maximieren. Die Steuerung kann einen Kraftmaschinenbetriebspunkt auf der Grundlage von Daten aus einer bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchstabelle (brake specific fuel consumption, BSFC) wählen, wobei die Kraftmaschine bei einem Kraftstoffverbrauch arbeitet, der größer ist als ein minimaler Kraftstoffverbrauch, wodurch ein vom Generator zur Batterie fließender Strom erhöht wird. Dies kann eine Kraftmaschinenbetriebshysterese, die auch einfach als eine Hysterese bezeichnet wird, vergrößern, um das typische Kraftmaschinenschalten, das auch als ein Hin- und Herschalten (Toggling) bezeichnet wird, um einen typischen Batterieladezustandsbetriebsbereich oder -sollpunkt zu mildern.
5A ist ein Diagrammbeispiel 500, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Startpunkt-Schwellenwert 508 im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers 506, einem Batterieladezustand 502 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit 504 darstellt. Für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und einen gegebenen Batterieladezustand zeigt das Diagramm den Betrag einer vom Fahrer angeforderten Leistung, über dem ein Start der Kraftmaschine auftritt. Wenn zum Beispiel der Batterieladezustand niedrig ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, wird ein verhältnismäßig niedriger Betrag einer vom Fahrer angeforderten Leistung zum Start der Kraftmaschine benötigt. Wenn sich die Kraftmaschine in Betrieb befindet, kann die ausgegebene Leistung verwendet werden, um die Räder anzutreiben, Elektrizität über eine Verbindung mit dem Generator zu erzeugen, oder um eine Ausgabe an andere Zusatzkomponenten bereitzustellen.
5B ist ein Diagrammbeispiel 525, das einen Verbrennungskraftmaschinen-Abschaltpunkt-Schwellenwert 510 im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers 506, einem Batterieladezustand 502 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit 504 darstellt. Für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und einen gegebenen Batterieladezustand zeigt das Diagramm den Betrag der vom Fahrer angeforderten Leistung, unter dem die Kraftmaschine abgeschaltet wird. Wenn zum Beispiel der Ladezustand hoch ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, ermöglicht ein verhältnismäßig hoher Pegel der vom Fahrer angeforderten Leistung ein Abschalten der Kraftmaschine. Wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist, kann das Fahrzeug elektrisch angetrieben oder unter Verwendung der Reibung und des Nutzbremssystems verzögert werden.
5C ist ein Diagrammbeispiel 530, das eine Hysterese 512 zwischen einem Verbrennungskraftmaschinen-Startpunkt 508 und -Abschaltpunkt 510 im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers 506, einem Batterieladezustand 502 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit 504 darstellt.
5D ist ein Diagrammbeispiel 535, das einen modifizierten Verbrennungskraftmaschinen-Abschaltpunkt-Schwellenwert 520 im Verhältnis zu einer Leistungsanforderung eines Fahrers 506, einem Batterieladezustand 502 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit 504 darstellt, der zu einer längeren Kraftmaschinenbetriebszeit führt, so dass die Batterie mehr aufgeladen werden kann, bevor in den EV-Modus übergegangen wird.
Im Gegensatz zu dem in 4 bis 5 beschriebenen Batteriesteuerverfahren ist 6 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms 600, das ein Verfahren zum Modifizieren eines Batteriemanagements bei einem hohen Ladezustand im Verhältnis zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, um eine hinreichende Batteriekapazität sicherzustellen, um die Energieerfassung während eines bevorstehenden Nutzbremsereignisses zu maximieren. Das Diagramm zeigt eine Berechnung eines Soll-Ladezustands für einen auf einer verfügbaren regenerativen Energie basierenden Fahrzeugbetrieb. In Block 602 wird eine Fahrbelastung (Road Load) auf der Grundlage von historischen Daten berechnet. Ein Berechnungsbeispiel ist in Gleichung 1 gezeigt: F_{Verlust,parasitär} = ma – mgsinθ – (F_regen + F_Reibung) (1) bei der für einen gegebenen Zeitpunkt m die Fahrzeugmasse darstellt, a die Fahrzeugbeschleunigung/-verzögerung darstellt, g die Gravitationskonstante darstellt, sinθ den Straßensteigungsfaktor darstellt, F_regen die geschätzte Kraft darstellt, die zur Fahrzeugverzögerung vom Nutzbremssystem angelegt wird, und F_Reibung die geschätzte Kraft darstellt, die zur Fahrzeugverzögerung vom Reibungsbremssystem angelegt wird. Für einen gegebenen Satz von Fahrzeugbetriebsdaten können die auf das Fahrzeug wirkenden parasitären Kräfte durch Regressionsdatenanpassung oder andere Mittel geschätzt werden, wie im Stand der Technik bekannt. Eine alternative Form von Gleichung 1 ist in Gleichung 2 gezeigt: E_{Verlust,parasitär} = F_{Verlust,parasitär}d = E_kinetisch – E_Steigung – (F_regen + F_Reibung) (2) wobei E_{Verlust,parasitär} einen Energieverlust darstellt, der mit einer parasitären Kraft F_{Verlust,parasitär} über eine Strecke d assoziiert ist, F_kinetisch eine kinetische Energie des Fahrzeugs über die Strecke darstellt, E_regen eine potentielle regenerative Energie darstellt, die über die Strecke gewonnen werden kann, und E_Reibung eine über die Strecke angelegte Reibungsbremsenergie darstellt. Die Strecke d in Gleichung 2 kann über eine zukünftige Route evaluiert werden oder sie kann alternativ zu einem Zeitpunkt betrachtet werden. Beim Evaluieren von Gleichung 2 zu einem Zeitpunkt, kann die Nutzung von gegenwärtigen und historischen Daten verwendet werden. Zum Beispiel kann E_kinetisch auf einer gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit basieren, E_Steigung kann auf einem gegenwärtigen Neigungswinkel des Fahrzeugs basieren, während sowohl E_regen als auch E_Reibung auf historischen Daten, wie z.B. einer Fahrzeug- und Umgebungstemperatur, und einer Dauer des gegenwärtigen Betriebs des Fahrzeugs, und historischen Fahrzyklusdaten, die eine Straßensteigung, kinetische Energie des Fahrzeugs, Batterieleistung, Zusatzverbraucherprofile, Fahrerbeschleunigungsraten und Routenmuster umfassen, basieren können.
Außerdem kann zu jedem Zeitpunkt eine parasitäre Verlustkraft F_{Verlust,parasitär} ausgedrückt werden wie in Gleichung 3 gezeigt
wobei F_{Verlust,parasitär,i} eine Fahrbelastungskraft darstellt, m die Fahrzeugmasse darstellt, v_i eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs darstellt, d_i eine in einer Zeitdauer zurückgelegte Strecke darstellt, mg sinθ eine an das Fahrzeug aufgrund eines Neigungswinkels aufgebrachte Energie darstellt, die über die Strecke evaluiert wird, und (E_regen + E_Reibung)/d_i regenerative Energie über die Strecke und eine auf der Strecke aufgebrachte Reibungsbremsenergie darstellt. Die F_{Verlust,parasitär} ändert sich dynamisch, wenn das Fahrzeug betrieben wird. Außerdem kann F_{Verlust,parasitär,i} gesammelt und durch eine Fahrzeugsteuerung analysiert werden, um eine Funktion zu erhalten, die eine von der Geschwindigkeit abhängige parasitäre Kraft beschreibt. Die erhaltene Funktion kann auf mehreren Verfahren basieren, die eine Regressionsanalyse, eine Geradeninterpolation, eine Kurvenanpassung usw. umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Der Antriebsstrangverlust ändert sich auf der Grundlage von Temperaturänderungen nebst anderen Faktoren, die Änderungen der Fahrbahnoberfläche, den Reifendruck und den Lenkwinkel umfassen. In Block 604 wird eine verfügbare regenerative Energie auf der Grundlage gegenwärtiger und zukünftiger Daten nebst der in Block 602 berechneten Fahrbelastungskraft berechnet. Ein Gleichungsbeispiel zum Berechnen einer verfügbaren regenerativen Energie für eine gegebene Zeitdauer und Straßensteigung ist in Gleichung 4 gezeigt.
wobei E_regen die erwartete oder vorhergesagte regenerative Energie darstellt, m ∫ v(dv) die auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugmasse basierende kinetische Energie darstellt, mg ∫ v sinθ (dt) die Kraft über eine Strecke darstellt, die mit dem Neigungswinkel und der Masse des Fahrzeugs assoziiert ist, F_{Verlust,parasitär} ∫ v(dt) den von der Geschwindigkeit abhängigen parasitären Verlust oder Antriebsstrangverlust über eine Strecke darstellt, der auf jüngsten berechneten Fahrbelastungsverlusten oder Antriebsstrangverlusten basiert, und ∫ F_Reibung v(dt) einen erwarteten Energieverlust auf der Grundlage des Reibungsbremsens darstellt. Eine geschätzte Änderung des Batterieladezustands wird auf der Grundlage von E_regen aus Gleichung 2 in Block 606 bestimmt. In Block 608 wird die geschätzte Änderung des Batterieladezustands mit einem maximalen Batterieladezustand abzüglich des gegenwärtigen Batterieladezustands verglichen. Wenn die geschätzte Änderung des Batterieladezustands größer ist als ein maximaler Batterieladezustand abzüglich des gegenwärtigen Batterieladezustands, dann wird ein Soll-Ladezustand oder eine Stromflussgrenze in Block 610 angepasst. Die Anpassung des Soll-Ladezustands kann eine Verringerung des Soll-Ladezustands sein, so dass Strom von der Batterie fließt, um den Batterieladezustand zu reduzieren. Diese Reduzierung des Batterieladezustands stellt Kapazität in der Batterie für die erwartete Nutzbremsenergie zur Verfügung. Wenn der Soll-Ladezustand nicht reduziert wird, würde die verfügbare regenerative Energie nicht in dem Batteriesystem erfasst werden.
7 ist ein Diagrammbeispiel 700, das eine empfohlene Entladeleistung zeigt, die durch die Fahrzeugsteuerung verwendet wird, um den Batterieladezustand auf der Grundlage des gegenwärtigen Ladezustands und der während des erwarteten Nutzbremsereignisses erwarteten Energieerfassung zu verringern. Zum Beispiel zeigt 708, dass die Fahrzeugsteuerung den Ladezustand über eine Entladeleistung reduzieren sollte, wenn der Batterieladezustand hoch ist und die erwartete regenerative Energie ebenfalls hoch ist. Die Entladung kann unter Verwendung eines EV-Antriebs oder elektrischer Zusatzverbraucher ausgeführt werden.
Ähnlich dem in 6 bis 7 beschriebenen, auf der Geschwindigkeit basierenden Verfahren ist 8 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms 800, das ein Verfahren zum Modifizieren eines Batteriemanagements bei einem hohen Ladezustand im Verhältnis zu einer Straßensteigung darstellt, um eine hinreichende Batteriekapazität sicherzustellen, um die Energieerfassung während eines bevorstehenden Nutzbremsereignisses zu maximieren. Das Diagramm zeigt eine steigungsbasierte Soll-Ladezustands-Berechnung für einen Fahrzeugbetrieb. In Block 802 wird ein Standort unter Verwendung eines Rechensystems, das ein globales Positionierungssystem umfasst, bestimmt. Nebst dem Standort kann eine Route durch das Rechensystem oder das Navigationssystem generiert werden. Das Rechensystem kann Höhendaten, wie z.B. topografische Daten, für die Route umfassen. Aufgrund von Streckenänderungen und einer Möglichkeit, dass die Karten und topografischen Daten möglicherweise nicht immer genau sind, kann jedoch das Rechensystem auch andere Quellen, die GPS-Daten oder Daten von Sensoren in anderen Fahrzeugsystemen, welche einen Raddrehzahlsensor, einen Lenkwinkelsensor und einen Atmosphärendrucksensor (MAP-Sensor) umfassen, verwenden, um Höhendaten zu bestimmen. Außerdem können die Daten zukünftige Daten umfassen, wie z.B. eine geschätzte Dauer eines ausschließlich auf Elektrizität basierenden Fahrzeugbetriebs oder eine Straßensteigung. Hierbei kann die Straßensteigung auf dem Neigungswinkel basieren, der ferner mit mehreren Mitteln bestimmt wird, die eine Ausgabe eines Neigungsmessers oder eine Kombination einer Ausgabe eines Raddrehzahlsensors, die eine Fahrzeugbeschleunigung entlang einer Längsebene des Fahrzeugs anzeigt, und einer Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die eine durch Gravitation beeinflusste Beschleunigung entlang der Längsebene anzeigt, umfassen. In Block 804 wird eine wahrscheinliche Bahn berechnet. In Block 806 wird eine Einschätzung der Straßensteigung entlang des gegenwärtigen Pfads durchgeführt. Diese Einschätzung kann topografische Daten, die mit der Route assoziiert sind, verwenden oder es kann alternativ eine Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die mit einer Änderung der Geschwindigkeit, die auf einer Ausgabe von einem Raddrehzahlsensor basiert, verglichen wird, verwendet werden.
Eine potentielle oder verfügbare regenerative Energie wird in Block 808 berechnet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrbelastung werden in Blöcken 810 und 812 bestimmt. Die erforderliche Bremskraft und die regenerative Motorenergie werden in Blöcken 814 und 816 bestimmt. Auf der Grundlage von Faktoren, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Fahrbelastung, eine erforderliche Bremskraft und regenerative Motorenergie umfassen, wird in Block 818 eine verfügbare regenerative Energie berechnet. Auf der Grundlage der verfügbaren regenerativen Energie wird in Block 820 eine entsprechende Änderung des Ladezustands berechnet. Der Betriebsbereich oder der Sollwert des Batterie-Soll-Ladezustands wird in Block 822 angepasst. In Block 824 entlädt die Steuerung die Batterie, indem entweder die Kraftmaschine länger in einem abgeschalteten Zustand während eines EV-Modus gehalten wird, um mehr Batterieenergie für den EV-Betrieb zu verwenden, oder indem die Ausgangsleistung und/oder die Dauer der Kraftmaschine reduziert werden, wenn die Kraftmaschine läuft, um mehr Batterieenergie für einen kombinierten (Hybrid)-Betrieb zu verwenden. In Block 826 wird die tatsächliche regenerative Energie mit der erwarteten regenerativen Energie verglichen, und die Anforderung wird gegebenenfalls modifiziert. Wenn zum Beispiel die Kraftmaschine läuft, aber die Steuerung ihre Ausgabe auf der Grundlage einer erwarteten regenerativen Energie reduziert hat, kann die Kraftmaschinenausgabe erhöht werden, wenn die gesammelte regenerative Energie kleiner als erwartet ist, oder sie kann weiter verringert werden, wenn die gesammelte regenerative Energie größer als erwartet ist. Wenn sich das Fahrzeug in einem EV-Modus befindet, weil die Steuerung versuchte, die Batterie schneller zu entleeren, um die erwartete Gewinnung der regenerativen Energie aufzunehmen, aber die regenerative Energie kleiner als erwartet ist, dann kann sich die Steuerung gleichermaßen dafür entscheiden, die Kraftmaschine zu starten, um die Batterieaufladung oder eine Ergänzung elektrischer Verbraucher zu vergrößern.
9A ist ein Diagrammbeispiel 900, das eine Fahrzeughöhe 902, einen Batterieladezustand 904, einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb 906 im Verhältnis zur Zeit darstellt. Zu einem Zeitpunkt 910 arbeitet die Verbrennungskraftmaschine (ICE), um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs auf einer flachen Fahrbahn bei einer Geschwindigkeit bereitzustellen und die Traktionsbatterie auf einem Batterieladezustand (SOC) aufrechtzuerhalten. Wenn das Fahrzeug eine Abwärtssteigung fährt, wird Energie von dem Antriebsstrang in Elektrizität umgewandelt und fließt zu der Traktionsbatterie, wodurch der Batterieladezustand erhöht wird. Zu einem Zeitpunkt 912 übersteigt der Batterieladezustand einen Schwellenwert zum Stoppen der Kraftmaschine, der ein Abschalten der Kraftmaschine auslöst. Der Batterieladezustand kann aufgrund eines Stroms vom Antriebsstrang, der einem Nutzbremsen zugeschrieben wird, weiter steigen. Nachdem jedoch der Batterieladezustand einen maximalen Betriebsladezustand erreicht, wird eine zusätzliche, vom Bremsen beim Befahren der Abwärtssteigung 914 verfügbare Energie nicht in der Batterie gespeichert. In diesem Beispieldiagramm stellt ein Element 902 eine Fahrzeughöhe dar, aber das Element 902 kann verwendet werden, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine Kombination von Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeughöhe darzustellen. Eine alternative Weise, das Element 902 zu betrachten, ist eine Änderung des Energiezustands des Fahrzeugs, wie z.B. Änderungen der kinetischen Energie des Fahrzeugs oder der potentiellen Energie des Fahrzeugs.
9B ist ein Diagrammbeispiel 920, das eine Fahrzeughöhe 922, einen Batterieladezustand 924 und einen Verbrennungskraftmaschinenbetrieb 926 im Verhältnis zur Zeit darstellt. Zu einem Zeitpunkt 930 arbeitet die Verbrennungskraftmaschine (ICE), um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs auf einer flachen Fahrbahn bei einer Geschwindigkeit bereitzustellen und die Traktionsbatterie auf einem Batterieladezustand (SOC) aufrechtzuerhalten. Als eine Alternative zu 9A kann ein Fahrzeug oder ein Batteriemanagementsystem den Batterie-Soll-Ladezustand derart reduzieren, dass potentielle regenerative Energie erfasst werden kann. Hierbei wird die potentielle regenerative Energie in Gleichung 3 mithilfe der gegenwärtigen kinetischen Energie und der gegenwärtigen potentiellen Energie ausgedrückt. Die gegenwärtige kinetische Energie basiert auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugmasse, und die gegenwärtige potentielle Energie basiert auf der Straßensteigung, die mit dem Neigungswinkel assoziiert ist. Die potentielle regenerative Energie basiert außerdem auf den Antriebsstrangverlusten, die anhand von historischen Daten bestimmt werden. Das Ergebnis wäre, dass ein Soll-Ladezustand oder in einer Alternative ein Kraftmaschinen-Abschalt-Schwellenwert-Ladezustand um die potentielle regenerative Energie reduziert werden kann. Außerdem können historische Fahrzyklusdaten, die historische Fahrerbremsvorgänge, historische Verzögerungsraten, eine historische Zusatzverbrauchernutzung, eine Batterielebensdauer oder die Effizienz der Umwandlung kinetischer und potentieller Energie in elektrische Energie umfassen, verwendet werden, um die potentielle regenerative Energie anzupassen. In diesem Beispieldiagramm stellt ein Element 922 eine Fahrzeughöhe dar, aber das Element 922 kann verwendet werden, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine Kombination von Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeughöhe darzustellen. Eine alternative Weise, das Element 922 zu betrachten, ist eine Änderung des Energiezustands des Fahrzeugs, wie z.B. Änderungen der kinetischen Energie des Fahrzeugs oder der potentiellen Energie des Fahrzeugs.
Wenn eine zukünftige Information bekannt ist, wie z.B. eine auf topografischen Informationen basierende Route, zukünftige Höhenänderungen, zukünftige Zusatzverbrauchernutzung oder ein zukünftiges Wiederaufladeereignis, kann die Berechnung der potentiellen regenerativen Energie diese Information umfassen. Die Kenntnis einer zukünftigen Geschwindigkeit und einer zukünftigen Straßensteigung entlang einer zukünftigen Route ermöglicht es, dass eine vorhergesagte kinetische Energie und eine vorhergesagte potentielle Energie bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine normalerweise bei Punkt 928 abzuschaltende Kraftmaschine auf der Grundlage der Kenntnis einer zukünftigen Abwärtsneigung 934 bei Punkt 932 abgeschaltet werden. Dies kann auf einer Reduzierung des Kraftmaschinenstoppschwellenwertes beruhen. Nachdem die Kraftmaschine bei 932 abgeschaltet wurde, wird das Fahrzeug dann ausschließlich elektrisch betrieben und der Batterieladezustand verringert sich, da der Strom von der Batterie an das Fahrzeug fließt. Die Verringerung des Ladezustands wird durch Element 936 gezeigt. Wenn das Fahrzeug die Abwärtsneigung 934 fährt, ermöglicht es die Energie aus dem Nutzbremsen dem Fahrzeug, einen Strom zur Batterie fließen zu lassen, und somit den Batterieladezustand 938 zu erhöhen. Außerdem kann auf der Grundlage von historischen Fahrerbremsvorgängen oder historischen Verzögerungsraten die Effizienz der Umwandlung kinetischer und potentieller Energie in elektrische Energie verwendet werden, um die potentielle regenerative Energie anzupassen. Es kann von Vorteil sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit im Verhältnis zur Neigung anzupassen. Zum Beispiel kann es auf einem steilen Abhang vorteilhaft sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren. In einem Fahrzeug mit einem Geschwindigkeitsregelmodul oder einem adaptiven Geschwindigkeitsregelmodul, oder auf der Grundlage einer Verbraucherrückmeldung, kann jedoch ein Betrieb bei einer konstanten Geschwindigkeit ein besseres Fahrerlebnis für den Bediener und die Passagiere bieten. Daher kann vom Fahrzeug eine Anpassung für einen Betrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit verlangt werden, oder es kann im Fall eines adaptiven Geschwindigkeitsregelmoduls ein Trennungsabstand mit dem Verfolgungsfahrzeug in Erwartung von Änderungen einer Geschwindigkeit des Verfolgungsfahrzeugs angepasst werden.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungsvorrichtung, eine Steuerung oder einen Rechner, die/der eine beliebige vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit umfassen kann, lieferbar sein/von diesen implementiert werden. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als von einer Steuerung oder einem Rechner ausführbare Daten oder Befehle in vielen Formen gespeichert werden, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie z.B. ROM-Geräten, gespeicherte Informationen und veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie z.B. Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Geräten und anderen magnetischen und optischen Medien, gespeicherte Informationen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können außerdem in einem von einer Software ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen gänzlich oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardware-Komponenten, wie z.B. anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs), Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderer Hardware-Komponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten, verkörpert werden.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind beschreibende und nicht beschränkende Worte, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen derart beschrieben werden konnten, dass sie in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Charakteristiken Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik bevorzugt sind, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristiken beeinträchtigt werden können, um gewünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Implementierungen abhängen. Diese Eigenschaften können Kosten, Beanspruchbarkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinung, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit des Zusammenbaus usw. umfassen, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Daher liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Batteriemanagementsystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine Batterie, und eine Steuerung, die derart programmiert ist, dass sie einen Ladezustandssollwert (SOC-Sollwert) für die Batterie gemäß einem Neigungswinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellt, und als Antwort darauf, dass ein Ladezustand der Batterie höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert, die Batterie entlädt, um den Sollwert zu erreichen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner derart programmiert ist, dass sie einen Kraftmaschinen-Abschalt-Schwellenwert-Ladezustand auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen einem maximalen Betriebsladezustand und einer erwarteten Änderung des Ladezustands, die aus dem Neigungswinkel und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs resultiert, einstellt.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Antriebsstrang umfasst, wobei die Steuerung ferner derart programmiert ist, dass sie den Sollwert auf der Grundlage von Verlusten, die mit dem Antriebsstrang assoziiert sind, ändert.
System nach Anspruch 3, wobei die Verluste auf einer Betriebszeit des Fahrzeugs und einer Umgebungstemperatur basieren.
System nach Anspruch 3, wobei die Verluste auf historischen Fahrzyklusdaten basieren.
System nach Anspruch 5, wobei die historischen Fahrzyklusdaten eine Straßensteigung, eine kinetische Energie des Fahrzeugs und eine Batterieleistung umfassen.
System nach Anspruch 5, wobei die historischen Fahrzyklusdaten ferner historische Verzögerungsraten, die mit einem Fahrer assoziiert sind, umfassen.
System nach Anspruch 5, wobei die historischen Fahrzyklusdaten ferner mindestens ein Stromflussprofil, das mit mindestens einem elektrischen Zusatzverbraucher in dem Fahrzeug assoziiert ist, umfassen.
System nach Anspruch 5, wobei die historischen Fahrzyklusdaten ferner Fahrzeugrouteninformationen umfassen.
System nach Anspruch 5, wobei die historischen Fahrzyklusdaten ferner einen Batterieleistungsgrenzwert umfassen, der auf einer Umgebungstemperatur und einer Batterielebensdauer basiert.
System nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel des Fahrzeugs auf einer Ausgabe eines Raddrehzahlsensors, die eine Beschleunigung entlang einer Längsebene des Fahrzeugs anzeigt, und einer Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die eine Beschleunigung entlang einer horizontalen Ebene anzeigt, basiert.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine Traktionsbatterie aufweist, umfassend: Einstellen, durch eine Steuerung, eines Ladezustandssollwertes (SOC-Sollwertes) für die Batterie gemäß einem Neigungswinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und Entladen der Batterie durch die Steuerung als Antwort darauf, dass ein Ladezustand der Batterie höher ist als der Sollwert und die Geschwindigkeit höher ist als ein Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entladen ein Abschalten einer Kraftmaschine und ein Betreiben des Fahrzeugs mithilfe von Elektrizität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Neigungswinkel des Fahrzeugs auf einer Ausgabe eines Raddrehzahlsensors, die eine Beschleunigung entlang einer Längsebene des Fahrzeugs anzeigt, und einer Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die eine Beschleunigung entlang der Längsebene anzeigt, basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner ein Einstellen eines Kraftmaschinen-Abschalt-Schwellenwert-Ladezustands auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen einem maximalen Betriebsladezustand der Batterie und einer Änderung des Ladezustands, die aus der Geschwindigkeit und dem Neigungswinkel des Fahrzeugs resultiert, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Entladen ein Aktivieren von mindestens einem Zusatzverbraucher umfasst, der während eines Fahrzyklus erwartungsgemäß betrieben werden wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der mindestens eine Zusatzverbraucher ein Batteriekühllüfter, eine elektrische Klimaanlage, ein Batteriekühler, eine elektrische Heizung, eine Kühlpumpe oder ein Kühllüfter ist.
Hybridfahrzeug, umfassend: eine Traktionsbatterie, einen mit der Batterie gekoppelten Antriebsstrang, und eine Steuerung, die derart programmiert ist, dass sie einen Ladezustandssollwert (SOC-Sollwert) für die Batterie gemäß Verlusten, die mit dem Antriebsstrang assoziiert sind, und einem Neigungswinkel des Fahrzeugs einstellt, und als Antwort darauf, dass ein Ladezustand der Batterie höher ist als der Sollwert und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher ist als ein Schwellenwert, die Batterie entlädt, um den Sollwert zu erreichen.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei der Neigungswinkel des Fahrzeugs auf einer Ausgabe eines Raddrehzahlsensors, die eine Fahrzeugbeschleunigung entlang einer Längsebene des Fahrzeugs anzeigt, und einer Ausgabe eines Längsbeschleunigungsmessers, die eine Beschleunigung entlang einer horizontalen Ebene anzeigt, basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei die Verluste auf einer Betriebszeit des Fahrzeugs und einer Umgebungstemperatur basieren.