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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Offenbarung betrifft ein Fahrzeugsystem und -verfahren für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Das Fahrzeugsystem ist ausgelegt, eine Batteriebaugruppe des elektrifizierten Fahrzeugs in einer Weise thermisch zu konditionieren, die ihre Nutzungsdauer verlängert.
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HINTERGRUND
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Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und Emissionen von Fahrzeugen zu reduzieren, ist allgemein bekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren reduzieren oder komplett beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge sind ein Typ von Fahrzeug, der gegenwärtig zu diesem Zweck entwickelt wird. Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich allgemein von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, da sie selektiv von einer oder mehreren batteriebetriebenen Elektromaschinen angetrieben werden. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Kraftfahrzeuge für ihren Antrieb ausschließlich von einem Verbrennungsmotor abhängig.
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Die Antriebsstränge von elektrifizierten Fahrzeugen sind typischerweise mit einer Hochspannungsbatteriebaugruppe mit mehreren Batteriezellen ausgestattet, die elektrische Leistung zum Speisen der Elektromaschinen speichern. Die Batteriezellen müssen vor dem Gebrauch des Fahrzeugs aufgeladen werden. Manche elektrifizierten Fahrzeuge, wie etwa Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge oder Batterieelektrofahrzeuge, können in geparktem Zustand an eine externe Leistungsquelle angeschlossen werden, um die Batteriezellen wiederaufzuladen. Die Leistungsmenge, die die Batteriebaugruppe aus der externen Leistungsquelle aufnehmen kann, kann durch mehrere Faktoren eingeschränkt sein, einschließlich dem Batterieladezustand (battery state of charge, SOC) und der Temperatur.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst, unter anderem, eine Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs in einer Weise auf ein gewünschtes thermisches Niveau und SOC-Niveau zu konditionieren, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe verlängert, wobei der Konditionierungsschritt umfasst, die Batteriebaugruppe mit einem Thermomanagementsystem zu beheizen oder zu kühlen und zu entladen oder zu laden, das sowohl in AN-Zuständen des Fahrzeugs, als auch in AUS-Zuständen des Fahrzeugs betreibbar ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens umfasst der Konditionierungsschritt, falls ein SOC der Batteriebaugruppe einen oberen SOC-Schwellenwert überschreitet, das Thermomanagementsystem unter Verwendung von Leistung aus der Batteriebaugruppe zu speisen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorstehenden Verfahren umfasst der Konditionierungsschritt, falls der SOC der Batteriebaugruppe unter dem oberen SOC-Schwellenwert liegt und das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt, das Thermomanagementsystem unter Verwendung von Netzleistung aus einer externen Leistungsquelle zu speisen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls der SOC der Batteriebaugruppe den oberen SOC-Schwellenwert nicht überschreitet, zu bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt, zu bestimmen, ob der SOC der Batteriebaugruppe unter einem unteren SOC-Schwellenwert liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls der SOC der Batteriebaugruppe unter dem unteren SOC-Schwellenwert liegt, die Batteriebaugruppe auf ein gewünschtes SOC-Niveau zu laden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, die Batteriebaugruppe in einem Langzeitmodus zu steuern.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls nicht der Langzeitmodus angefordert wurde, die Batteriebaugruppe in einem Normalmodus zu steuern.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls weder der Langzeitmodus noch der Normalmodus angefordert wurde, die Batteriebaugruppe in einem Energiesparmodus zu steuern.
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Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst, unter anderem, falls ein SOC der Batteriebaugruppe einen oberen SOC-Schwellenwert überschreitet, eine Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs mit einem Thermomanagementsystem unter Verwendung von Leistung aus der Batteriebaugruppe thermisch zu verwalten und, falls der SOC der Batteriebaugruppe unter dem oberen SOC-Schwellenwert liegt und das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt, die Batteriebaugruppe unter Verwendung von Netzleistung aus einer externen Leistungsquelle thermisch zu verwalten.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens umfasst das Verfahren, vor den Schritten des thermischen Verwaltens zu bestimmen, ob ein Langzeitmodus angefordert wurde.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls der SOC der Batteriebaugruppe den oberen SOC-Schwellenwert nicht überschreitet, zu bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt und, falls das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt, dann zu bestimmen, ob der SOC der Batteriebaugruppe unter einem unteren SOC-Schwellenwert liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, falls der SOC der Batteriebaugruppe unter dem unteren SOC-Schwellenwert liegt, die Batteriebaugruppe auf ein gewünschtes SOC-Niveau zu laden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, zu bestimmen, ob ein Normalmodus zum Steuern der Batteriebaugruppe angefordert wurde; zu bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt; zu bestimmen, ob eine Temperatur der Batteriebaugruppe innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt; und, falls die Temperatur der Batteriebaugruppe außerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt, die Batteriebaugruppe mit dem Thermomanagementsystem unter Verwendung der Netzleistung thermisch zu verwalten.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, die Batteriebaugruppe auf einen SOC von 100% zu laden, nachdem die Temperatur der Batteriebaugruppe innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, die Batteriebaugruppe mit dem Thermomanagementsystem unter Verwendung der Netzleistung thermisch zu verwalten, um die Temperatur der Batteriebaugruppe innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zum Verlängern der Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe zu halten.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, zu bestimmen, ob ein Energiesparmodus zum Steuern der Batteriebaugruppe angefordert wurde; zu bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug am Stecker hängt; zu bestimmen, ob eine Temperatur der Batteriebaugruppe innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt; und, falls die Temperatur der Batteriebaugruppe außerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt, die Batteriebaugruppe mit dem Thermomanagementsystem unter Verwendung der Netzleistung thermisch zu verwalten.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren, die Batteriebaugruppe auf einen SOC von 100% zu laden, nachdem die Temperatur der Batteriebaugruppe innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren werden die Schritte des thermischen Verwaltens in einer Weise ausgeführt, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe verlängert.
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Ein Fahrzeugsystem gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst, unter anderem, eine Batteriebaugruppe; ein Thermomanagementsystem, das ausgestaltet ist, eine Temperatur der Batteriebaugruppe zu modifizieren; ein Lademodul, das ausgestaltet ist, die Batteriebaugruppe aufzuladen; und ein Steuermodul, das ausgestaltet ist, ein Konditionieren der Batteriebaugruppe unter Verwendung des Thermomanagementsystems zu befehlen, und ausgestaltet ist, ein Laden der Batteriebaugruppe unter Verwendung des Lademoduls in einer Weise zu befehlen, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe verlängert.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche, oder die folgende Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich all ihrer diversen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander genommen werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn solche Merkmale sind inkompatibel.
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Die diversen Merkmale und Vorzüge dieser Offenbarung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können kurz wie folgt beschrieben werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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2 zeigt ein Fahrzeugsystem eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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3 zeigt eine beispielhafte Benutzerschnittstelle des Fahrzeugsystems von 2.
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4 zeigt schematisch eine Steuerungsstrategie zum Steuern einer Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs in einer Weise, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe verlängert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt ein Fahrzeugsystem und -verfahren zum Konditionieren einer Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs, um ihre Nutzungsdauer zu verlängern. Die Batteriebaugruppe kann entweder beheizt oder gekühlt werden, unter Verwendung eines Batteriethermomanagementsystems, das ausgelegt ist, die Batteriebaugruppe entweder während EIN-Zuständen des Fahrzeugs (d. h. die Batterie befindet sich im Lade- und Entladebetrieb usw.) oder während AUS-Zuständen des Fahrzeugs (d. h. das Fahrzeug fährt nicht, ist untergestellt usw.) thermisch zu verwalten. Das Thermomanagementsystem kann unter Verwendung von Netzleistung aus einer externen Leistungsquelle oder Batteriestrom aus der Batteriebaugruppe gespeist werden. In manchen Ausführungsformen wird die Batteriebaugruppe innerhalb eines gewünschten Ladezustand(SOC)-Bereichs gehalten, um ihre Nutzungsdauer weiter zu verlängern. Das Fahrzeugsystem kann ausgelegt sein, es einem Benutzer zu gestatten, verschiedene Batteriesteuermodi zu wählen, die jeweils manche Kriterien (z. B. Batterielebensdauer, Fahrzeugreichweite, Energieeinsparung usw.) über andere Kriterien stellen. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser ausführlichen Beschreibung genauer erörtert.
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1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 von 1 ist in dieser Ausführungsform als Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) gezeigt, es versteht sich jedoch, dass die Konzepte dieser Offenbarung nicht auf PHEV beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Batterieelektrofahrzeuge (BEV) erstrecken könnten.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigtes Antriebstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem umfasst eine Kombination aus einer Verbrennungskraftmaschine 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem umfasst wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine) und eine Batteriebaugruppe 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben.
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Die Verbrennungskraftmaschine 14, die ein Verbrennungsmotor sein kann, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30 wie einen Planetenradsatz verbunden sein. Selbstverständlich können auch andere Typen von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich andere Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um die Verbrennungskraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägeranordnung 36 umfasst.
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Der Generator 18 kann von der Verbrennungskraftmaschine 14 durch die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ dazu als Elektromotor wirken, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment auf eine mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbundene Welle 38 abgegeben wird. Da der Generator 18 funktional mit der Verbrennungskraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz mit mehreren Zahnrädern 46 umfassen. Andere Leistungsübertragungseinheiten können sich auch eignen. Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine 14 auf ein Differenzial 48, um schließlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differenzial 48 kann mehrere Zahnräder umfassen, die die Übertragung eines Drehmoments auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 durch das Differenzial 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um ein Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 kann auch dazu verwendet werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er ein Drehmoment auf eine Welle 52 abgibt, die auch mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform kooperiert der Elektromotor 22 als Bestandteil eines Nutzbremssystems, in welchem er eingesetzt werden kann, um ein Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel kann der Elektromotor 22 elektrische Leistung an die Batteriebaugruppe 24 abgeben.
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Die Batteriebaugruppe 24 ist ein beispielhafter Typ von Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs. Die Batteriebaugruppe 24 kann einen Hochspannungsbatteriesatz umfassen, der in der Lage ist, elektrische Leistung abzugeben, um den Elektromotor 22 und den Generator 18 zu betreiben. Andere Typen von Energiespeichereinrichtungen und/oder -abgabeeinrichtungen können auch verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 elektrisch anzutreiben.
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In einer nicht einschränkenden PHEV-Ausführungsform des elektrifizierten Fahrzeugs 12 kann die Batteriebaugruppe 24 unter Verwendung eines Lademoduls 62 wiederaufgeladen oder teilweise wiederaufgeladen werden, das mit einer von einer externen Leistungsquelle, wie einem Stromversorgungsnetz, einem Solarmodul oder dergleichen gespeisten Ladestation verbunden ist.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 wenigstens zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug(EV)-Modus betrieben werden, bei dem der Elektromotor 22 (im Allgemeinen ohne Hilfe aus der Verbrennungskraftmaschine 14) für den Vortrieb des Fahrzeugs verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bis zu deren unter bestimmten Fahrmustern/-zyklen maximal zulässigen Entladungsrate entladen wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel für einen Entladungsbetriebsmodus des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Im EV-Modus kann sich der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter bestimmten Umständen erhöhen, zum Beispiel aufgrund einer zeitweiligen Nutzbremsung. Es wird der Verbrennungskraftmaschine 14 im Allgemeinen nicht gestattet, in einem standardmäßigen EV-Modus zu arbeiten, sie könnte aber so betrieben werden, wie dies basierend auf einem Fahrzeugsystemstatus nötig ist, oder wie vom Fahrer gestattet wird.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann außerdem in einem Hybrid(HEV)-Modus betrieben werden, in dem die Verbrennungskraftmaschine 14 und der Elektromotor 22 beide zum Fahrzeugvortrieb verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel für einen Ladungserhaltungsbetriebsmodus des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Im HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Nutzung des Vortriebs durch den Elektromotor 22 reduzieren, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 mittels Erhöhen der Nutzung des Vortriebs durch die Verbrennungskraftmaschine 14 auf einem konstanten oder in etwa konstanten Niveau zu halten. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in anderen, zum EV- und HEV-Modus zusätzlichen, Betriebsmodi betrieben werden.
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2 ist eine höchst schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 56, das in ein Fahrzeug, wie etwa das elektrifizierte Fahrzeug 12 von 1, aufgenommen werden kann. Das Fahrzeugsystem 56 ist geeignet, eine Hochspannungsbatteriebaugruppe 24 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu steuern, um ein gewünschtes thermisches Niveau und ein gewünschtes SOC-Niveau in einer Weise aufrechtzuerhalten, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe 24 verlängert. Anders ausgedrückt, das Fahrzeugsystem 56 ist dazu bestimmt, die Lebensdauer der Batterie zu steuern, indem diverse Betriebsparameter der Batteriebaugruppe 24 gesteuert werden.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das beispielhafte Fahrzeugsystem 56 die Batteriebaugruppe 24, ein Lademodul 62, ein Thermomanagementsystem 64 und ein Steuermodul 66. Die Batteriebaugruppe 24 kann eine oder mehrere Batteriezellen, Kondensatoren oder andere Energiespeichereinrichtungen umfassen. Die Energiespeichereinrichtungen der Batteriebaugruppe 24 speichern elektrische Energie, die zum Antrieb diverser in einem elektrifizierten Fahrzeug eingebauter Verbraucher zugeführt werden kann. Diese Verbraucher können diverse Hochspannungsverbraucher (z. B. Elektromaschinen usw.) oder diverse elektrische Niederspannungsverbraucher (z. B. Beleuchtungssysteme, Niederspannungsbatterien, Logikschaltungen usw.) umfassen.
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Das Lademodul 62 ist funktional zwischen der Batteriebaugruppe 24 und einer externen Leistungsquelle 68 verbunden. Das Lademodul 62 ist geeignet, die zum Laden der Energiespeichereinrichtungen der Batteriebaugruppe 24 erforderliche Energie selektiv zuzuführen. In einer Ausführungsform ist das Lademodul 62 in die externe Leistungsquelle 68 einsteckbar, um elektrische Leistung zu empfangen und die Leistung der Batteriebaugruppe 24 zuzuführen. Die externe Leistungsquelle 68 kann Leistung, die nicht im Fahrzeug selbst erzeugt wird, wie etwa Netzleistung, umfassen.
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In einer Ausführungsform ist das Lademodul 62 ausgelegt, die Batteriebaugruppe 24 aufzuladen. Falls nötig, kann das Lademodul 62 aus der externen Leistungsquelle 68 empfangenen Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) zum Laden der Batteriebaugruppe 24 wandeln. In einer alternativen Ausführungsform ist eine vom Fahrzeugsystem 56 separate Einrichtung ausgestaltet, die AC-DC-Wandlung durchzuführen. Das Lademodul 62 ist, unter anderen Betriebsparametern, auch ausgelegt, maximale verfügbare Ladeströme zum Laden der Batteriebaugruppe 24 aufzubauen.
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Das Thermomanagementsystem 64 ist ausgestattet, die Batteriebaugruppe 24 thermisch zu konditionieren, um den Energiespeichereinrichtungen entweder Wärme zu entziehen, oder solchen Einrichtungen Wärme zuzuführen. Das Thermomanagementsystem 64 könnte, obwohl dies nicht gezeigt ist, funktional mit anderen Komponenten des Fahrzeugs, wie etwa der Fahrzeugheizungs, -lüftungs- und -klimaanlage (HLK), gekoppelt sein.
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In einer Ausführungsform umfasst das Thermomanagementsystem 64 eine Heizeinrichtung 69 und eine Kühleinrichtung 71. Die Heizeinrichtung 69 und die Kühleinrichtung 71 können Bestandteil von entweder einem flüssigkeitsgekühlten System oder einem luftgekühlten System sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst die Heizeinrichtung 69 eine elektrische Heizung und die Kühleinrichtung 71 umfasst einen Verdampfer. Das Thermomanagementsystem 64 kann zusätzliche oder alternative Komponenten zum thermischen Verwalten der von den innerhalb der Batteriebaugruppe 24 untergebrachten Energiespeichereinrichtungen erzeugten Wärme umfassen.
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In einer Ausführungsform wird das Thermomanagementsystem 64 von Netzleistung gespeist wenn das Fahrzeug „am Stecker hängt” (d. h. in die externe Leistungsquelle 68 eingesteckt ist). In einer anderen Ausführungsform wird das Thermomanagementsystem 64 von der Batteriebaugruppe 24 gespeist wenn das Fahrzeug „nicht am Stecker hängt” (d. h. aus der externen Leistungsquelle 68 ausgesteckt ist).
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Das Fahrzeugsystem 56 kann zusätzlich eine Benutzerschnittstelle 84 zum Kommunizieren von Informationen an und von Fahrzeuginsassen umfassen. Die Benutzerschnittstelle 84 kann den Insassen eine optische Ausgabe bereitstellen. In einer Ausführungsform befindet sich die Benutzerschnittstelle 84 innerhalb eines Fahrzeuginsassenraums 58, um den Fahrzeuginsassen die Möglichkeit bereitzustellen, diverse Einstellungen, einschließlich Batteriesteuermodi, zu wählen. Alternativ dazu kann sich die Benutzerschnittstelle 84 außerhalb befinden, wie etwa eine Webseite oder eine mobile Anwendung, und durch drahtlose Kommunikation aus der Ferne mit dem Steuerungssystem des Fahrzeugs kommunizieren.
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3 zeigt eine nicht einschränkende Ausführungsform der Benutzerschnittstelle 84. Die Benutzerschnittstelle 84 kann eine Benutzer-Eingabeeinrichtung 86 und ein Display 88 umfassen. Die Benutzer-Eingabeeinrichtung 86 kann diverse Aktuatoren, Wähler, Drucktasten, Schalter, Berührungsbildschirme oder dergleichen zum Eingeben von bevorzugten Fahrereinstellungen umfassen, um es den Insassen zu ermöglichen, einen der Batteriebaugruppe 24 zugeordneten gewünschten Batteriesteuermodus zu wählen. In einer Ausführungsform umfasst die Benutzer-Eingabeeinrichtung 86 einen Moduswähler 90 zum Auswählen eines gewünschten Batteriesteuermodus zum Steuern der Batteriebaugruppe 24. Der Moduswähler 90 kann zum Beispiel eine Langzeitmodus-Drucktaste 92 zum Wählen eines Langzeitmodus, eine Normalmodus-Drucktaste 94 zum Wählen eines Normalmodus, und eine Energiesparmodus-Drucktaste 96 zum Wählen eines Energiesparmodus umfassen. Diese sind selbstverständlich als nicht einschränkende Ausführungsformen möglicher Batteriesteuermodi gedacht.
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Wie nachfolgend weiter erörtert wird, ist der Langzeitmodus dazu bestimmt, die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe 24 über andere Kriterien wie Fahrzeugreichweite, Kraftstoffverbrauch, Energieeinsparung usw. zu stellen. Der Normalmodus ist dazu bestimmt, ein Gleichgewicht zwischen Fahrzeugreichweite und Nutzungsdauer zu erzielen. Der Energiesparmodus schließlich ist dazu bestimmt, die Energieeinsparung über andere Kriterien zu stellen.
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Die Betätigung einer der Drucktasten 92, 94 und 96 kommuniziert an das Steuermodul 66 ein Signal, das anzeigt, dass der Fahrzeuginsasse wünscht, die Batteriebaugruppe 24 auf eine bestimmte Weise zu steuern. Bei Empfang eines solchen Signals ist das Steuermodul 66 in der Lage, mehrere Betriebswerte zum Steuern der Batteriebaugruppe 24 zu befehlen, um einen gewünschten Betriebsmodus zu erzielen. Diese Betriebswerte sind konstruktionsabhängig und könnten neben anderen Faktoren in Abhängigkeit von Fahrzeugtyp und Konfiguration des Fahrzeugsystems 56 variieren.
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Um noch einmal auf 2 Bezug zu nehmen, so kann das Steuermodul 66 ein Bestandteil einer Fahrzeuggesamtsteuereinheit wie eines Fahrzeugsystemsteuergeräts (vehicle system controller, VSC) sein, oder könnte alternativ dazu eine vom VSC separate eigenständige Steuereinheit sein. In einer Ausführungsform umfasst das Steuermodul 66 ausführbare Befehle zur Schnittstellenbildung mit den und Befehligen des Betriebs der diversen Komponenten des Fahrzeugsystems 56, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, des Lademoduls 62, des Thermomanagementsystems 64, der Batteriebaugruppe 24 und der Benutzerschnittstelle 84. Das Steuermodul 66 kann mehrere Eingänge 76 und Ausgänge 78 zur Schnittstellenbildung mit den diversen Komponenten des Fahrzeugsystems 56 umfassen. Das Steuermodul 66 kann eine Verarbeitungseinheit 80 und einen nichtflüchtigen Speicher 82 zum Ausführen der diversen Steuerungsstrategien und -modi des Fahrzeugsystems 56 umfassen.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Steuermodul 66 ausgelegt, Temperaturinformationen bezüglich der Batteriebaugruppe 24 zu empfangen. Die Temperaturinformationen können unter Verwendung eines Sensorsystems 75 überwacht werden, das die Temperatur der Energiespeichereinrichtungen der Batteriebaugruppe 24 überwacht. In einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul 66 ausgestaltet, den typischerweise in Prozent angegebenen SOC der Batteriebaugruppe 24 zu überwachen und zu steuern. In noch einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul 66 ausgestaltet, den Wärmebedart der Batteriebaugruppe 24 zu bestimmen, oder, anders gesagt, zu bestimmen, wann die Batteriebaugruppe 24 beheizt werden muss und wann sie gekühlt werden muss. In noch einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul ausgestaltet, zu bestimmen, wann mit dem Laden der Batteriebaugruppe 24 begonnen und wann dieses beendet werden soll, sowie die zu verwendende Laderate zu bestimmen. Dies sind lediglich nicht einschränkende Beispiele der vielen Funktionen des Steuermoduls 66 des Fahrzeugsystems 56.
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In 4 ist, weiterhin unter Bezugnahme auf 1–3, schematisch eine Steuerungsstrategie 100 zum Steuern des Fahrzeugsystems 56 dargestellt. Zum Beispiel kann die Steuerungsstrategie 100 ausgeführt werden, um die Batteriebaugruppe 24 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 entweder während EIN-Zuständen oder während AUS-Zuständen des Fahrzeugs in einer Weise zu konditionieren, die die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe 24 verlängert. Das Steuermodul 66 kann mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert werden, die geeignet sind, die Steuerungsstrategie 100 oder eine beliebige andere Steuerungsstrategie auszuführen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Steuerungsstrategie 100 als ausführbare Befehle im nichtflüchtigen Speicher 82 des Steuermoduls 66 gespeichert sein.
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In einer Ausführungsform umfasst die Steuerungsstrategie 100 einen Langzeitmodus 101, einen Normalmodus 103 und einen Energiesparmodus 105. Diese Modi, einschließlich ihrer diversen Steuerungsabläufe und zugehörigen Betriebsparameter, werden jeweils im Folgenden im Einzelnen erläutert. Es könnten, obwohl dies hier nicht speziell im Einzelnen ausgeführt ist, auch andere Modi als Bestandteil der Steuerungsstrategie 100 einprogrammiert werden.
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Gemäß 4 beginnt die Steuerungsstrategie 100 bei Block 102. Bei Block 104 bestimmt die Steuerungsstrategie 100, ob der Langzeitmodus 101 gewählt wurde. Dieser Schritt kann bestätigt werden falls, zum Beispiel, ein Fahrzeuginsasse unter Verwendung der Benutzerschnittstelle 84 die Langzeitmodus-Drucktaste 92 gewählt hat. Falls ja, dann wird ein Signal, das anzeigt, dass der Insasse einen Betrieb im Langzeitmodus 101 wünscht und somit wünscht, die Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe 24 über andere Fahrzeugkriterien zu stellen, an das Steuermodul 66 kommuniziert.
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Falls bei Block 104 der Langzeitmodus 101 gewählt wurde, kann die Steuerungsstrategie 100 dann bei Block 106 bestimmen, ob der SOC der Batteriebaugruppe 24 einen oberen SOC-Schwellenwert überschreitet. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der obere SOC-Schwellenwert auf einen SOC von 75% festgesetzt. Der obere SOC-Schwellenwert ist jedoch ein kundenspezifisch anpassbarer Wert, der auf einen beliebigen Prozentsatz festgesetzt werden könnte und zu einer Funktion der Struktur oder des Chemismus der Batteriebaugruppe 24 wird. Das Steuermodul 66 kann mit wenigstens der Batteriebaugruppe 24 und dem Lademodul 62 kommunizieren, um den Echtzeit-SOC der Batteriebaugruppe 24 zu bestimmen.
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Die Steuerungsstrategie 100 fährt anschließend zu Block 108 fort, falls bei Block 106 bestimmt wird, dass der SOC der Batteriebaugruppe 24 über dem oberen SOC-Schwellenwert liegt. Bei Block 108 wird dem Thermomanagementsystem 64 befohlen, die Batteriebaugruppe 24 thermisch auf eine zum Maximieren der Nutzungsdauer der Batteriebaugruppe 24 ideale Lagertemperatur zu zu konditionieren. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird die Batteriebaugruppe 24 thermisch konditioniert, eine Temperatur zwischen ungefähr 25°C und 30°C (77–86°F) aufrechtzuerhalten. Es wird Leistung aus der Batteriebaugruppe 24 verwendet, um das Thermomanagementsystem 64 während Block 108 zu speisen, um den SOC der Batteriebaugruppe 24 zu senken, so dass er auf ein Niveau unter dem oberen SOC-Schwellenwert gesenkt wird.
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Sobald bei Block 106 bestimmt wird, dass der tatsächliche SOC der Batteriebaugruppe 24 den oberen SOC-Schwellenwert nicht überschreitet, kann die Steuerungsstrategie 100 zu Block 110 fortfahren. Bei Block 110 bestimmt die Steuerungsstrategie 100, ob das elektrifizierte Fahrzeug 12 am Stecker hängt (d. h. mit der externen Leistungsquelle 68 verbunden ist und/oder Leistung von dieser empfängt). Falls es nicht am Stecker hängt, endet die Steuerungsstrategie 100 bei Block 112. Falls jedoch das elektrifizierte Fahrzeug 12 am Stecker hängt, fährt die Steuerungsstrategie 100 zu Block 114 fort, indem sie bestimmt, ob der SOC der Batteriebaugruppe 24 unter einem unteren SOC-Schwellenwert liegt. Der untere SOC-Schwellenwert ist ein anderer Wert als der während Block 106 verwendete obere SOC-Schwellenwert. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der untere SOC-Schwellenwert auf einen SOC von 50% festgesetzt. Der untere SOC-Schwellenwert ist jedoch ein kundenspezifisch anpassbarer Wert, der auf jeden beliebigen Prozentsatz festgesetzt werden kann.
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Falls der tatsächliche SOC unter dem unteren SOC-Schwellenwert liegt, wird die Batteriebaugruppe 24 bei Block 116 auf einen gewünschten SOC aufgeladen. Dies kann umfassen, dem Lademodul 62 zu befehlen, einen Ladestrom zum Laden der Batteriebaugruppe 24 zu erzeugen. Falls jedoch der SOC der Batteriebaugruppe 24 nicht unter dem unteren SOC-Schwellenwert liegt, dann wird bei Schritt 118 Netzleistung aus der externen Leistungsquelle 68 verwendet, um das Thermomanagementsystem 64 zu speisen, um die Batteriebaugruppe 24 auf einer zum Maximieren der Nutzungsdauer idealen Lagertemperatur zu halten.
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Falls bei Block 104 bestimmt wird, dass nicht der Langzeitmodus 101 gewählt wurde, fährt die Steuerungsstrategie 100 zu Block 120 fort. Bei Block 120 bestimmt die Steuerungsstrategie 100, ob der Normalmodus 103 gewählt wurde. Der Normalmodus 103 kann mittels Betätigen der Normalmodus-Drucktaste 94 der Benutzerschnittstelle 84 gewählt werden, womit angezeigt wird, dass der Insasse ein Ausbalancieren zwischen Fahrzeugreichweite, Nutzungsdauer usw. wünscht.
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Falls bei Block 120 der Normalmodus 103 gewählt wurde, bestimmt die Steuerungsstrategie 100 bei Block 122, ob das elektrifizierte Fahrzeug 12 am Stecker hängt. Falls nicht, endet die Steuerungsstrategie 100 bei Block 112. Falls jedoch bestimmt wird, dass das elektrifizierte Fahrzeug 12 am Stecker hängt, fährt die Steuerungsstrategie 100 zu Block 124 fort, indem sie bestimmt, ob eine Temperatur der Batteriebaugruppe 24 innerhalb eines zum Laden der Batteriebaugruppe 24 geeigneten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt. Es wird Netzleistung verwendet, um das Thermomanagementsystem 64 zu speisen, um die Batteriebaugruppe 24 bei Block 126 thermisch zu konditionieren, falls die Temperatur nicht innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt. Sobald die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs liegt, fährt die Steuerungsstrategie 100 zu Block 128 fort und lädt die Batteriebaugruppe 24 auf einen SOC von 100%.
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Als Nächstes wird, wie von Block 130 angegeben ist, die Batteriebaugruppe 24 auf einem SOC von 100% gehalten. Schließlich kann bei Block 132 des Normalmodus 103 Netzleistung verwendet werden, um das Thermomanagementsystem 64 selektiv zu speisen, um die Batteriebaugruppe 24 thermisch zu verwalten und ideale Lagertemperaturen für eine maximale Nutzungsdauer aufrechtzuerhalten.
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Die Steuerungsstrategie 100 kann, falls bei Block 104 nicht der Langzeitmodus 101 gewählt wurde und bei Block 120 nicht der Normalmodus 103 gewählt wurde, zum Energiesparmodus 105 fortfahren. Bei Block 134 kann die Steuerungsstrategie 100 wieder bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug 12 am Stecker hängt. Falls nicht, endet die Steuerungsstrategie bei Block 112. Falls es jedoch am Stecker hängt, dann bestimmt die Steuerungsstrategie 100 bei Block 136, ob die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zum Laden liegt. Bei Block 138 wird Netzleistung verwendet, um das Thermomanagementsystem 64 zu speisen und die Batteriebaugruppe 24 thermisch zu verwalten, falls ihre Temperatur nicht innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt. Sobald festgestellt wird, dass die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt, wird die Batteriebaugruppe 24 bei Block 140 auf einen SOC von 100% aufgeladen. Die Steuerungsstrategie 100 endet dann bei Block 112. Im Energiesparmodus wird die Batteriebaugruppe 24 nur so weit thermisch verwaltet, wie notwendig, um ein vollständiges Laden zu erleichtern, wodurch die Energieeinsparung in den Vordergrund gestellt wird.
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Die verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen sind zwar so dargestellt, dass sie spezielle Komponenten oder Schritte umfassen, die Ausführungsformen dieser Offenbarung sind jedoch nicht auf diese jeweiligen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen jeweils einander entsprechende oder ähnliche Elemente bezeichnen. Es versteht sich, dass, obwohl bei diesen beispielhaften Ausführungsformen eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und gezeigt ist, die Lehren dieser Offenbarung auch anderen Anordnungen zugutekommen könnten.
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Die obige Beschreibung ist als darstellend und in keiner Hinsicht als einschränkend zu verstehen. Dem Durchschnittsfachmann würde sich erschließen, dass bestimmte Modifikationen in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen könnten. Aus diesem Grund sollte zur Bestimmung des tatsächlichen Schutzbereichs und Gehalts dieser Offenbarung eine genaue Betrachtung der folgenden Ansprüche erfolgen. Zeichenerklärung: Fig. 4
| | English | German |
| 102 | START | START |
| 103 | NORMAL MODE | NORMALMODUS |
| 105 | ENERGY MISER MODE | ENERGIESPARMODUS |
| 101 | EXTENDED LIFE MODE | LANGZEIT-MODUS |
| 104 | IS EXTENDED LIFE MODE SELECTED? | IST LANGZEITMODUS GEWÄHLT? |
| 120 | IS NORMAL MODE SELECTED? | IST NORMALMODUS GEWÄHLT? |
| 134 | IS VEHICLE ON PLUG? | HÄNGT FAHRZEUG AM STECKER? |
| 106 | IS BATTERY SoC ABOVE AN UPPER THRESHOLD? | LIEGT BATTERIE-SoC ÜBER EINEM OBEREN SCHWELLENWERT? |
| 122 | IS VEHICLE ON PLUG? | HÄNGT FAHRZEUG AM STECKER? |
| 136 | IS BATTERY TEMP WITHIN PREDETERMINED TEMP RANGE FOR CHARGING? | LIEGT BATTERIETEMPERATUR INNERHALB DES VORBESTIMMTEN TEMPERATURBEREICHS ZUM LADEN? |
| 108 | USE BATTERY POWER TO COOL/HEAT HV BATTERY TOWARD IDEAL STORAGE TEMPERATURE FOR MAXIMUM USEFUL LIFE | BATTERIELEISTUNG VERWENDEN, UM HS-BATTERIE AUF IDEALE LAGERTEMPERATUR FÜR MAXIMALE NUTZUNGSDAUER ZU ZU KÜHLEN/BEHEIZEN |
| 124 | IS BATTERY TEMP WITHIN PREDETERMINED TEMP RANGE FOR CHARGING? | LIEGT BATTERIETEMPERATUR INNERHALB DES VORBESTIMMTEN TEMPERATURBEREICHS ZUM LADEN? |
| 138 | USE GRID POWER TO COOL/HEAT HV BATTERY UNTIL TEMPERATURE IS WITHIN RANGE FOR CHARGING | NETZLEISTUNG VERWENDEN, UM DIE HS-BATTERIE ZU KÜHLEN/BEHEIZEN BIS TEMPERATUR IM BEREICH ZUM LADEN LIEGT |
| 110 | IS VEHICLE ON PLUG? | HÄNGT FAHRZEUG AM STECKER? |
| 126 | USE GRID POWER TO COOL/HEAT HV BATTERY UNTIL TEMPERATURE IS WITHIN RANGE FOR CHARGING | NETZLEISTUNG ZUM KÜHLEN/BEHEIZEN DER HS-BATTERIE VERWENDEN BIS TEMPERATUR INNERHALB DES BEREICHS ZUM LADEN LIEGT |
| 140 | CHARGE BATTERY TO 100% SoC | BATTERIE AUF SoC von 100% LADEN |
| 114 | IS BATTERY SoC BELOW A LOWER THRESHOLD? | LIEGT BATTERIE-SoC UNTER EINEM UNTEREN SCHWELLENWERT? |
| 128 | CHARGE BATTERY TO 100% SoC | BATTERIE AUF SoC VON 100% LADEN |
| 130 | MAINTAIN SoC AT 100% | SoC AUF 100% HALTEN |
| 116 | CHARGE HV BATTERY TO DESIRED SoC | HS-BATTERIE AUF GEWONSCHTEN SoC AUFLADEN |
| 132 | USE GRID POWER TO COOL/HEAT HV BATTERY TO MAINTAIN IDEAL STORAGE TEMPERATURE FOR MAXIMUM LIFE | NETZLEISTUNG VERWENDEN, UM HS-BATTERIE ZU KÜHLEN/BEHEIZEN, UM IDEALE LAGERTEMPERATUR FOR MAXIMALE NUTZUNGSDAUER AUFRECHTZUERHALTEN |
| 118 | USE GRID POWER TO COOL/HEAT HV BATTERY TO MAINTAIN IDEAL STORAGE TEMPERATURE FOR MAXIMUM USEFUL LIFE | NETZLEISTUNG VERWENDEN, UM HS-BATTERIE ZU KÜHLEN/BEHEIZEN, UM IDEALE LAGERTEMERATUR FÜR MAXIMALE NUTZUNGSDAUER AUFRECHTZUERHALTEN |
| 112 | END | ENDE |
| | Y | J |
| | N | N |
