DE102016105239B4

DE102016105239B4 - Fahrzeuganstriebsstrang-steuersystem und verfahren zum erhöhen der leistung der batterie bei änderung eines antriebsstrang-betriebsmodus

Info

Publication number: DE102016105239B4
Application number: DE102016105239.6A
Authority: DE
Inventors: Mark Anthony ROCKWELL; Justin Reuel Badger; Christopher Michael Kava
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2036-03-22
Also published as: US20160280207A1; CN106004859A; CN106004859B; US9637112B2; DE102016105239A1

Abstract

Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem, umfassend:eine Traktionsbatterie (24),eine Elektromaschine (14), die mit der Traktionsbatterie (24) elektrisch gekoppelt ist, undeine Steuerung, die derart programmiert ist, dass sie als Reaktion auf eine Änderung eines von einem Benutzer gewählten Antriebsstrang-Betriebsmodus in einen Leistungsmodus, während eine Pedalanforderung allgemein konstant bleibt, eine verfügbare Leistung der Traktionsbatterie (24) zum Antreiben der Elektromaschine (14) erhöht, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Traktionsbatterie (24) zu ändern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeugenergiemanagement, das auf einer Wahl eines Leistungsmodus basiert, um ein Antriebsstrangsystem in Erwartung einer Leistungsanforderung vorzubelasten, und im Speziellen ein Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangsystems. In der Druckschrift DE 10 2013 113 831 A1 wird ein Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem mit einer Traktionsbatterie, einer damit gekoppelten Elektromaschine und einer Steuerung beschrieben. Die Steuerung ist dazu programmiert, in Reaktion auf eine Änderung eines vom Benutzer gewählten Betriebsmodus eine verfügbare Leistung der Batterie zum Antreiben der Elektromaschine zu erhöhen. Dabei kann der Nutzer mittels eines sogenannten Ladungswahlvorrichtungsaktors einen bevorzugten Antriebsstrangbetriebsmodus angeben, d. h. auswerten oder ändern. Dem Nutzer steht dabei eine Antriebsbetriebsmodus zur Verfügung, der ein Zwischenladen der Energiespeichereinrichtung umfasst, um den Ladestatus der Energiespeichereinrichtung anzuheben. Dieses Zwischenladen erfolgt, wie jeglicher Betrieb der Traktionsbatterie, innerhalb von Ladezustand-Betriebsgrenzwerten, die nicht verändert werden. Die Druckschrift lehrt weiter die Verwendung von Pedalen und implizit deren Stellung bzw. Stellungsänderung als sogenannte Fahrerschnittstelle. In der Druckschrift DE 10 2013 215 519 A1 wird ein Fahrzeugantriebstrang-Steuersystem mit einer Traktionsbatterie und einer damit verbundenen Elektromaschine mit einem sogenannten Sportbetriebsmodus und einem Normalbetriebsmodus schrieben. Bei Wahl des Sportbetriebs werden die Nutzungsparameter des Kühlsystems und der Traktionsbatterie angepasst, um mehr elektrische Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Dabei wird zumindest der untere Ladezustand-Betriebsgrenzwert der Traktionsbatterie verändert. In der Druckschrift US 2011 / 0 307 130 A1 wird ein Fahrzeug Antriebs an Steuersystem mit einer Traktionsbatterie und einer damit verbundenen Elektromaschine mit verschiedenen Antriebsstrang-Betriebsmodi beschrieben, darunter ein Race- und ein Sportmodus, welche Komfortanforderungen gegenüber der Fahrzeugantriebsleistung zurückstellen und die der Nutzer nach Bedarf auswählen kann. Weiteren Stand der Technik zum Hintergrund der vorliegenden Erfindung bildet die Druckschrift DE 10 2010 017 392 A1 .
HINTERGRUND
Ein Hybridelektrofahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, einen mit der Kraftmaschine gekoppelten Generator und eine Traktionsbatterie. Die Traktionsbatterie liefert Energie für den Fahrzeugantrieb und Nebenaggregatfunktionen. In Betrieb kann die Traktionsbatterie aufgrund der Betriebsbedingungen, die einen Batterieladezustand (SOC), eine Fahreranforderung und eine Nutzbremsung umfassen, aufgeladen oder entladen werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeugantriebstrang-Steuersystem umfasst eine Traktionsbatterie, eine Elektromaschine und eine Steuerung. Die Elektromaschine ist mit der Batterie elektrisch gekoppelt. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie auf eine Änderung eines vom Benutzer gewählten Antriebsstrang-Betriebsmodus in einen Leistungsmodus, während eine Pedalanforderung allgemein konstant ist, reagiert. Die Reaktion der Steuerung besteht darin, eine verfügbare Leistung der Batterie zum Antreiben der Elektromaschine zu erhöhen, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Batterie zu ändern.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangsystems umfasst ein Erhöhen einer verfügbaren Leistung einer Traktionsbatterie. Das Erhöhen geschieht als Reaktion auf eine Umstellung eines Antriebsstrangmodusschalters auf einen Notfallmodus, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Batterie zu ändern.
Ein Fahrzeugantriebstrang-Steuersystem umfasst eine Traktionsbatterie, einen Antriebsstrangmoduswähler, eine Elektromaschine und eine Steuerung. Der Antriebsstrangmoduswähler umfasst einen Leistungsmodus. Die Elektromaschine ist mit der Batterie elektrisch gekoppelt. Die Steuerung ist derart programmiert, dass sie auf eine Wahl eines Leistungsmodus reagiert, obwohl die Pedalanforderung allgemein konstant ist. Die Reaktion der Steuerung besteht darin, eine verfügbare Leistung der Batterie zum Antreiben der Elektromaschine zu erhöhen, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Batterie zu ändern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagrammbeispiel eines Hybridfahrzeugs, das typische Triebstrang- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist ein Diagrammbeispiel eines Batteriepacks, der durch ein Batterieenergie-Steuermodul (Battery Energy Control Module) gesteuert wird.
3 ist ein Kurvenbildbeispiel, das eine Gaspedalanforderung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Fahrzeugleistung im Verhältnis zur Zeit darstellt.
4 ist ein Kurvenbildbeispiel, das eine Gaspedalanforderung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Batterieladezustand (Batterie-SOC) und eine Batterieleistung im Verhältnis zur Zeit darstellt.
5 ist ein Kurvenbildbeispiel, das eine Gaspedalanforderung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Kraftmaschinendrehzahl und eine Kraftmaschinenleistung im Verhältnis zur Zeit darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Einige Hybridelektrofahrzeuge umfassen einen Antriebsstrangmoduswahlschalter, der es einem Fahrzeugführer ermöglicht, Antriebsstrangcharakteristiken während eines Fahrzyklus einzustellen. Auswahlmöglichkeiten des Antriebsstrangmoduswahlschalters können einen Sparmodus, einen Normalmodus und einen Leistungsmodus umfassen. Der Sparmodus ist typischerweise derart abgestimmt, dass Leistung zugunsten einer erhöhten Kraftstoffsparsamkeit geopfert wird. Der Normalmodus kann ein Gleichgewicht zwischen der Kraftstoffsparsamkeit und Leistung darstellen. Der Leistungsmodus kann die Kraftstoffsparsamkeit zugunsten der Fahrzeugleistung opfern. Im Leistungsmodus kann die Aufopferung der Kraftstoffsparsamkeit zugunsten der Leistung durch Komfortanforderungen des Fahrers, wie z.B. reduzierte Vibrationen oder reduzierte Innenraumgeräusche, gemäßigt werden. Die Verfahren zum Reduzieren von Geräuschen und Vibrationen umfassen Begrenzungen einer Betriebszeit einer Kraftmaschine, eine aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit vorgenommene Begrenzung einer Drehzahl einer Kraftmaschine, Begrenzungen einer Betriebszeit eines Batterielüfters und eine Begrenzung einer Drehzahl eines Batterielüfters. Zum Beispiel kann die Begrenzung der Betriebszeit einer Kraftmaschine ein Anhalten einer Kraftmaschine, wenn sich das Fahrzeug nicht in Bewegung befindet, wie z.B. an einer Ampel oder in einer Parklücke, oder ein Anhalten der Kraftmaschine, wenn der Traktionsbatterie-SOC höher ist als ein unterer Batterieschwellenwert, umfassen. Außerdem kann der Fahrzeugbetrieb im Leistungsmodus durch ein Pedalanforderungsereignis modifiziert werden. Ein Beispiel für eine aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) vorgenommene Begrenzung einer Drehzahl einer Kraftmaschine kann ein elektronisches Begrenzen der Drehzahl der Kraftmaschine auf weniger als einen aufgrund von NVH festgelegten Grenzwert, der niedriger ist als eine maximale Kraftmaschinendrehzahl, umfassen. Ein Beispiel für Begrenzungen einer Betriebszeit eines Batterielüfters kann ein Anhalten des Lüfterbetriebs umfassen, wenn die Batterietemperatur nicht einen Batteriehochtemperatur-Schwellenwert übersteigt. Und ein Beispiel für die Begrenzung einer Drehzahl des Batterielüfters umfasst ein Betreiben des Lüfters mit einer Drehzahl, die die durch den Lüfter erzeugten Geräusche reduziert, so dass ein Dezibelpegel der Lüftergeräusche niedriger ist als ein Geräuschdezibelschwellenwert.
Ein Leistungsmodus für eine Strafverfolgung oder einen Verfolgungseinsatz ist wahrscheinlich von den Leistungsanforderungen eines Fahrers auf einer öffentlichen Straße verschieden. Ein Leistungsmodus, der für eine öffentliche Straße ausgelegt ist, wird nachstehend als „Straßenleistungsmodus“ bezeichnet. Hier wird ein Verfolgungsjagdmodus oder ein Verfolgungsmodus, der nachstehend als „Leistungsmodus“, „Notfallmodus“, „Verfolgungsmodus“ oder „Verfolgungsjagdmodus“ bezeichnet wird, offenbart, der der Leistung Vorrang gegenüber Komfortanforderungen des Fahrers gibt. Das Ziel für einen Verfolgungsfahrer oder einen Strafverfolgungsbeamten bei Strafverfolgungseinsätzen einschließlich Notfallschutzaktivitäten ist es, über die maximale Energiemenge zu verfügen. Hier wird eine verfügbare Antriebsstrangleistung in Erwartung eines künftigen Pedalanforderungsereignisses erhöht. Das Erhöhen der verfügbaren Antriebsstrangleistung ist analog zum Aufwickeln einer Feder in Erwartung eines Bedarfs an der Antriebsstrangleistung oder Antriebsstrangenergie zu einem späteren Zeitpunkt. Diese Erhöhung der Antriebsstrangleistung kann ein Erhöhen der Ladung in der Batterie (z.B. des Ladezustands der Batterie) und ein Reduzieren der Batterietemperatur umfassen, so dass ein Strom von der Batterie über eine verlängerte Zeitdauer fließen kann.
Im Leistungsmodus arbeitet die Kraftmaschine, bis die Batterie vollständig aufgeladen ist; dies umfasst ein Betreiben der Kraftmaschine, wenn sich das Fahrzeug nicht in Bewegung befindet, und ein Betreiben der Kraftmaschine, wenn der Ladezustand (SOC) der Batterie über einem unteren SOC-Schwellenwert liegt. Außerdem können andere Komfortanforderungen des Fahrers geopfert werden, die ein Ausschalten eines Batterielüfters, wenn die Batterietemperatur unterhalb eines unteren Batterieschwellenwertes liegt, und ein Betreiben des Batterielüfters mit einer Drehzahl, die höher ist als eine geräuschbegrenzte Drehzahl, umfassen.
Ein Batterielüfter arbeitet, wenn die Batterietemperatur oberhalb einer Leistungsbatterietemperatur liegt. Ein Schwellenwert zum Betreiben eines Batterielüfters stellt eine normale Batterietemperatur dar, die typischerweise derart eingestellt ist, dass ein Überhitzen der Batterie verhindert wird. Der Betrieb des Batterielüfters ist darauf beschränkt, die Batterietemperatur bei einer normalen Batterietemperatur aufrechtzuerhalten, um die mit dem Batteriebetrieb verbundenen Geräusche zu reduzieren. Hier wird der Batterielüfter betrieben, um die Batterietemperatur auf eine Leistungsbatterietemperatur zu reduzieren, die niedriger ist als die normale Batterietemperatur. Außerdem kann der Batterielüfter mit einer Batterielüfterdrehzahl betrieben werden, die höher ist als eine aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit festgelegte Lüfterdrehzahl, um eine größere Luftströmung und Kühlung der Batterie zu ermöglichen. Diese Reduzierung der Batterietemperatur ermöglicht es, dass eine Batterie mehr Wärme vom Ausleiten eines Stroms von der Batterie erzeugt, bevor eine maximale Batterietemperatur erreicht wird. Dies ermöglicht es, dass die Batterie einen Strom über eine verlängerte Zeitdauer fließen lässt, was zu einer Erhöhung der verfügbaren Leistung von der Batterie führt.
1 veranschaulicht ein typisches aufladbares Hybridelektrofahrzeug (PHEV), das einen Antriebsstrang oder ein Triebwerk aufweist, der/das die Hauptkomponenten umfasst, die eine Leistung erzeugen und die Leistung an die Fahrbahnoberfläche zum Antrieb liefern. Ein typisches aufladbares Hybridelektrofahrzeug 12 umfasst eine oder mehrere Elektromaschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. 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 Verlangsamungsmöglichkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die Elektromaschinen 14 arbeiten außerdem als Generatoren und können Kraftstoffsparsamkeitsvorteile bereitstellen, indem sie Energie, die normalerweise als Wärme im 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, in dem die Kraftmaschine 18 ausgeschaltet 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 eine 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, elektrische 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 Gleichspannungswanldermodul 28 umfassen, das die Hochvolt-Gleichspannungsausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niedervolt-Gleichspannungsversorgung, die für andere Fahrzeugverbraucher passend ist, umwandelt. Andere Hochvolt-Verbraucher 46, wie z.B. Verdichter und elektrische Heizvorrichtungen, können direkt mit der Hochvolt-Spannung verbunden werden, ohne dass ein Gleichspannungswanldermodul 28 verwendet wird. Die Niedervolt-Systeme können elektrisch mit einer Zusatzbatterie 30 (z.B. einer 12-V-Batterie) verbunden sein.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug, ein Hybridelektrofahrzeug oder ein aufladbares Hybridelektrofahrzeug 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 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 zuführen. 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 unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung Energie 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 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 Batteriepackchemikalien können Bleisäure, Nickel-Metallhydrid (NMH) 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, wie z.B. ein Batterieenergie-Steuermodul (Battery Energy Control Module, BECM) 76, aufweisen, die die Leistung der Traktionsbatterie 24 überwachen und steuern. 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 vorliegen, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können die Anschlussspannung, der Anschlussstrom und die Anschlusstemperatur jeder Zelle 72 gemessen werden. Das Batteriemanagementsystem kann ein Sensormodul 74 verwenden, um die Charakteristiken der Batteriezellen 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 wie bei der Kraftstoffanzeige. Der Batteriepack-SOC kann außerdem verwendet werden, um den Betrieb eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs 12 zu steuern. Eine Berechnung des Batteriepack-SOC kann mithilfe einer Vielzahl von Verfahren bewerkstelligt werden. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen des Batterie-SOC besteht darin, eine Integration des Batteriepack-Stroms über Zeit durchzuführen. Dies ist im Stand der Technik allgemein als Amperestunden-Integration bekannt.
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.
Der Batteriepack 24 kann außerdem einen Batterielüfter (nicht dargestellt) umfassen, der derart ausgelegt ist, dass er Luft durch den Batteriepack 24 strömen lässt, so dass eine Temperatur der Batteriezellen 72 und der Elektronik in dem Batteriepack 24 reguliert werden kann. Das BECM 74 kann die Temperatur der Batteriezellen 72 unter Verwendung eines Temperatursensorsignals von der Packtemperaturmessung 82 überwachen. Als Antwort auf das Temperatursensorsignal kann das BECM 74 ein Signal zum Betreiben des Batterielüfters erzeugen.
3 ist ein Kurvenbildbeispiel 300, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit 302, eine Fahrzeugleistung 304 und eine Gaspedalanforderung 306 im Verhältnis zur Zeit 308 veranschaulicht. Hier wird gezeigt, dass als Reaktion auf eine Pedalanforderung 310 eine Leistungsmodus-Fahrzeuggeschwindigkeit 312 nach einer Zeitdauer höher ist als eine Straßenleistungsmodus-Fahrzeuggeschwindigkeit 314. Gleichermaßen ist dargestellt, dass eine Leistungsmodus-Fahrzeugleistung 316 aufgrund mehrerer Faktoren höher ist als eine Straßenleistungsmodus-Fahrzeugleistung 318, wobei einige der Faktoren einen erhöhten Batterie-SOC, eine reduzierte Batterietemperatur und einen erhöhten Kraftmaschinen-Drehzahlgrenzwert im Leistungsmodus im Vergleich zum Straßenleistungsmodus umfassen. Ein Aspekt der erhöhten Leistung besteht darin, dass das Fahrzeug während eines Bereitschaftszustands des Leistungsmodus die Kraftmaschine dahingehend betreiben kann, dass die Batterie aufgeladen wird, und den Batterielüfter dahingehend betreiben kann, dass die Batterie gekühlt wird. Der Bereitschaftszustand ist ein Zustand, in dem eine Pedalanforderung nicht vorliegt, einschließlich einer Zeitdauer, in der sich das Fahrzeug nicht in Bewegung befindet, wie z.B. beim Anhalten an einer Verkehrsampel. Bei Punkt 320 wird eine Pedalanforderung eingeleitet und die Pedalanforderung wird auf eine maximale Pedalanforderung bei Punkt 322 erhöht. Ein Antriebsstrangsystem kann typischerweise aufgrund von Antriebsstrang-Windup eine Verzögerung zwischen einer Erhöhung der Pedalanforderung und der Leistung aufweisen, wie zwischen den Punkten 320 und 322 dargestellt. Zwischen den Punkten 322 und 324 beschleunigt das Fahrzeug gleichwertig sowohl im Leistungsmodus und im Straßenleistungsmodus, wobei er sowohl durch die Kraftmaschine als auch die durch die Traktionsbatterie betriebenen Motoren angetrieben wird. Bei Punkt 324 wird die in dem Straßenleistungsmodus verfügbare Leistung durch das elektronische Batterie-Steuermodul begrenzt. Diese Begrenzung kann eine Reaktion auf einen Anstieg der Batterietemperatur über einen Schwellenwert hinaus oder einen Abfall des Batterie-SOC unter einen Schwellenwert sein. Bei Punkt 326 wird die Antriebsstrangleistung weiter begrenzt, wodurch die Fahrzeugbeschleunigung und die resultierende Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert werden. Die Fahrzeugleistung bleibt für eine Dauer zwischen 328 und 330 sowohl für den Straßenleistungs- als auch Leistungsmodus konstant. Jedoch ist das Leistungsmodusniveau aufgrund vieler Faktoren, die die Fähigkeit der Batterie, wegen eines höheren anfänglichen SOC und/oder einer niedrigeren anfänglichen Batterietemperatur einen Strom über eine längere Zeitdauer zu liefern, und die Fähigkeit der Kraftmaschine, wegen eines erhöhten Drehzahlgrenzwertes mit einer höheren Drehzahl zu arbeiten, umfassen, größer als das Straßenleistungsmodusniveau. Das Ergebnis ist eine größere Leistung, da die Faktoren eine größere kontinuierliche Beschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichen.
4 ist ein Kurvenbildbeispiel 400, das eine Pedalanforderung 306, eine Fahrzeuggeschwindigkeit 304, einen Batterie-SOC 402 und eine Batterieleistung 404 im Verhältnis zur Zeit 308 darstellt. In diesem Beispiel ist der Leistungsmodus-Batterie-SOC 406 aufgrund des Kraftmaschinenbetriebs im Bereitschaftszustand des Leistungsmodus vor dem Pedalanforderungsereignis 310 größer als ein Normalmodus-Batterie-SOC 408. Als Folge des größeren Batterie-SOC und einer niedrigeren Temperatur der Batterie während des Leistungsmodus ist die Batterieleistung 410 größer als die Batterieleistung während des Normalmodus 412. Die Erhöhung der verfügbaren Leistung kann eine Fähigkeit der Batterie umfassen, einen Strom über eine verlängerte Zeitdauer fließen zu lassen.
5 ist ein Kurvenbildbeispiel 500, das eine Pedalanforderung 306, eine Fahrzeuggeschwindigkeit 302, eine Kraftmaschinendrehzahl 502 und eine Kraftmaschinenleistung 504 im Verhältnis zur Zeit darstellt. Die Leistungsmodus-Kraftmaschinenleistung 506 ist größer als die Normalmodus-Kraftmaschinenleistung 508. Die Erhöhung basiert auf einem erhöhten Kraftmaschinendrehzahlgrenzwert 510 im Leistungsmodus oder Leistungs-Kraftmaschinendrehzahlgrenzwert im Verhältnis zum Normalmodus-Kraftmaschinendrehzahlgrenzwert 512. Der Leistungsmodus-Kraftmaschinengrenzwert kann eine maximale Kraftmaschinendrehzahl sein. Typischerweise wird ein Hardware-Grenzwert einer Drehzahl einer Kraftmaschine oder eine maximale Kraftmaschinendrehzahl auf der Grundlage von Design-Grenzwerten und empirischen Daten bestimmt. Dann kann auf der Grundlage von Tests und Verbraucher-Feedback ein maximaler Straßenleistungs-Drehzahlgrenzwert für den Straßenleistungsmodus derart eingestellt werden, dass die damit verbundenen Geräusche und Vibrationen reduziert werden. Dieser maximale Straßenleistungs-Drehzahlgrenzwert ist kleiner als die maximale Drehzahl. Daher kann im Leistungsmodus oder Notfallmodus der Kraftmaschinengrenzwert über einen aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit festgelegten Schwellenwert (NVH-Schwellenwert) auf eine maximale Kraftmaschinendrehzahl erhöht werden.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungsvorrichtung, eine Steuerung oder einen Computer, die/der eine 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 Computer ausführbare Daten oder Befehle in vielen Formen gespeichert werden, die dauerhaft auf einem nicht beschreibbaren Speicherträger, wie z.B. ROM-Geräten, gespeicherte Informationen und veränderbar auf beschreibbaren Speicherträgern, wie z.B. Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Geräten und anderen magnetischen und optischen Trägern, gespeicherte Informationen umfassen. 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 ausgeführt werden.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem, umfassend: eine Traktionsbatterie (24), eine Elektromaschine (14), die mit der Traktionsbatterie (24) elektrisch gekoppelt ist, und eine Steuerung, die derart programmiert ist, dass sie als Reaktion auf eine Änderung eines von einem Benutzer gewählten Antriebsstrang-Betriebsmodus in einen Leistungsmodus, während eine Pedalanforderung allgemein konstant bleibt, eine verfügbare Leistung der Traktionsbatterie (24) zum Antreiben der Elektromaschine (14) erhöht, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Traktionsbatterie (24) zu ändern.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Erhöhen der verfügbaren Leistung der Traktionsbatterie (24) zum Antreiben der Elektromaschine (14) als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der Traktionsbatterie (24) höher ist als ein Leistungs-Batterietemperatursollwert, ein Betreiben eines Traktionsbatteriekühllüfters umfasst, um die Temperatur der Traktionsbatterie (24) auf den Leistungs-Batterietemperatursollwert zu reduzieren, wobei der Leistungs-Batterietemperatursollwert niedriger ist als ein Temperatursollwert bei Normalbetrieb.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erhöhen der verfügbaren Leistung der Traktionsbatterie (24) zum Antreiben der Elektromaschine ein Betreiben eines Traktionsbatteriekühllüfters mit einer Drehzahl umfasst, die höher ist als eine aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit des Lüfters festgelegte Schwellendrehzahl.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erhöhen der verfügbaren Leistung der Traktionsbatterie (24) zum Antreiben der Elektromaschine (14) ein Einstellen eines Traktionsbatterieladezustand-Sollwertes (SOC-Sollwertes) auf einen Leistungsmodus-SOC-Sollwert, und ein Betreiben einer Kraftmaschine (18) zum Aufladen des SOC auf den Leistungsmodus-SOC-Sollwert, wenn der SOC niedriger ist als der Leistungsmodus-SOC-Sollwert, umfasst.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung ferner derart programmiert ist, dass sie einen Kraftmaschinendrehzahlgrenzwert auf einen Verfolgungsjagdgrenzwert einstellt, wenn der Verfolgungsjagdgrenzwert höher ist als ein aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit der Kraftmaschine festgelegter Drehzahlgrenzwert.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erhöhen der verfügbaren Leistung der Traktionsbatterie zum Antreiben (24) der Elektromaschine (14) ein Erhöhen einer Zeitdauer umfasst, in der eine maximale Traktionsbatterieleistung zum Antreiben der Elektromaschine (14) verfügbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangsystems, umfassend: Erhöhen einer verfügbaren Leistung einer Traktionsbatterie (24) als Reaktion auf eine Umstellung eines Antriebsstrangmodusschalters auf einen Leistungsmodus, während eine Pedalanforderung allgemein konstant bleibt, wobei die verfügbare Leistung einer Traktionsbatterie (24) durch die Steuerung erhöht wird, um eine Elektromaschine (14) anzutreiben, die elektrisch mit der Traktionsbatterie (24) verbunden ist, ohne Ladezustand-Betriebsgrenzwerte der Traktionsbatterie (24) zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erhöhen einer verfügbaren Leistung einer Traktionsbatterie (24) als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der Traktionsbatterie (24) höher ist als ein Leistungs-Batterietemperatursollwert, ein Einschalten eines Traktionsbatteriekühllüfters umfasst, um die Temperatur der Traktionsbatterie (24) auf den Leistungs-Batterietemperatursollwert zu reduzieren, wobei der Leistungs-Batterietemperatursollwert niedriger ist als ein Temperatursollwert bei Normalbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Traktionsbatteriekühllüfter mit einer Drehzahl betrieben wird, die höher ist als ein aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit festgelegter Lüfterschwellenwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Erhöhen einer verfügbaren Leistung einer Traktionsbatterie (24) ein Einschalten einer Kraftmaschine (18) zum Aufladen eines SOC auf einen Leistungsmodus-SOC-Sollwert umfasst, wenn der SOC niedriger ist als der Leistungsmodus-SOC-Sollwert.
Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugantriebsstrang-Steuersystem einen Antriebsstrangmodusschalter aufweist, der einen Leistungsmodus umfasst.