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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft elektrifizierte Fahrzeuge. Ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Batteriewärmeverwaltungssystems eines elektrifizierten Fahrzeugs beruht auf der Routenauswahl.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der Wunsch nach einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes von Automobilen ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Derzeit werden zu diesem Zweck elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Es gibt viele unterschiedliche Typen von elektrifizierten Fahrzeugen, darunter Batterieelektro(battery electric - BEV)-, Plug-in-Hybrid(PHEV)- oder Vollhybrid(full hybrid - FHEV)-Fahrzeuge. Diese Fahrzeuge stützen sich auf eine Hochspannungstraktionsbatterie, um elektrifizierte Leistung an ein Fahrzeugantriebssystem abzugeben.
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Die Rate, mit welcher Leistung an das Antriebssystem abgegeben werden kann, beeinflusst direkt die Fahrzeugbeschleunigung, während die in der Batterie gespeicherte Gesamtenergie die Fahrzeugreichweite direkt beeinflusst. Die Temperatur ist ebenfalls ein Faktor, der die Batterieleistungsfähigkeit beeinflusst. Zum Beispiel kann die Batterieleistungsfähigkeit während des Betriebs bei niedrigen Temperaturen reduziert werden, um die Langzeithaltbarkeit der Batterie aufrechtzuerhalten. Ferner kann der Betrieb bei bestimmen hohen Temperaturschwellenwerten ebenfalls zu einer Reduzierung der Leistungsfähigkeit führen, um die Langzeithaltbarkeit aufrechtzuerhalten.
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Diese Faktoren erzeugen einen idealen Batterietemperaturbereich, der weder zu heiß noch zu kalt ist. Viel Energie kann durch ein Batteriewärmeverwaltungssystem aufgebraucht werden, um die Batterietemperatur innerhalb oberer und unterer Temperaturgrenzen zu regulieren. Dies kann die Fahrzeugreichweite eines BEVs nachteilig beeinflussen und die Kraftstoffeffizienz eines PHEVs oder FHEVs nachteilig beeinflussen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs auf der Grundlage einer Route, die für eine gewünschte Wärmeverwaltung einer Batterie ausgewählt ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens wird ein gewünschtes Ziel auf der Grundlage einer Benutzereingabe empfangen und eine oder mehrere mögliche Routen für das gewünschte Ziel werden bestimmt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform jeder der vorstehenden Verfahren werden die möglichen Routen analysiert, um Traktionsleistungsanforderungen zu bestimmen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte Schätzen von Fahrzeugbeschleunigungsereignissen, die für eine Dauer jeder möglichen Route benötigt werden, und Verwenden von geschätzten Fahrzeugbeschleunigungen zum Berechnen von Batterieleistungsabgabeanforderungen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte Bestimmen eines aktuellen Batteriewärmezustands, wenn das gewünschte Ziel empfangen wird.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte Bestimmen, ob die Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte, wenn die Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, Auswählen einer schnellsten oder kürzesten Route.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte, wenn die Batterie nicht alle Leistungsbedarfe für jede mögliche Route erfüllen kann, Bestimmen, ob mindestens ein Fahrtzyklus vorhanden ist, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, und, wenn ein derartiger Fahrtzyklus vorhanden ist, Auswählen des mindestens einen Fahrtzyklus.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte, wenn kein Fahrtzyklus vorhanden ist, der arbeiten kann, ohne Änderungen des Batteriewärmezustands zu erfordern, Bestimmen, welche mögliche Route mit einer minimalen Heiz- oder Kühlrate erreicht werden kann, derart, dass die Batterietemperatur alle Leistungsbedarfe zulassen wird, wenn sie für die mögliche Route benötigt werden, und Auswählen der möglichen Route.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte Bezugnehmen auf einen tabellarischen Wärmesystemleistungsdatensatz, um die minimale Heiz- oder Kühlrate auszuwählen, um erwartete Leistungsanforderungen für die mögliche Route zu befriedigen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren umfasst das elektrifizierte Fahrzeug ein autonomes Fahrzeug.
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Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Anweisen eines Fahrzeugs, eine Route aus einer Vielzahl von möglichen Routen zu nehmen, welche Änderungen eines Batteriewärmezustands vermeidet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte Analysieren möglicher Routen, um Traktionsleistungsanforderungen zu bestimmen, Bestimmen, ob eine Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in einem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, Bestimmen, ob mindestens ein Fahrtzyklus vorhanden ist, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, und wenn die Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen im aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, Auswählen einer schnellsten oder kürzesten Route.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten zusätzliche Schritte, wenn die Batterie nicht alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, Auswählen einer der folgenden möglichen Routen: Auswählen einer ersten Route aus der möglichen Route, wobei die erste Route den Fahrtzyklus umfasst, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, oder Auswählen einer zweiten Route aus den möglichen Routen, wobei, wenn kein Fahrtzyklus vorhanden ist, der arbeiten kann, ohne Änderungen des Batteriewärmezustands zu erfordern, und wobei Auswahl der zweiten Route Bestimmen, welche mögliche Route mit einer minimalen Heiz- oder Kühlrate erreicht werden kann, beinhaltet, derart, dass die Batterietemperatur alle Leistungsbedarfe zulassen wird, wenn sie für die mögliche Route benötigt werden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren umfasst das Fahrzeug ein autonomes elektrifiziertes Fahrzeug.
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Ein elektrifiziertes Fahrzeug gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem mindestens eine Batterie und ein Steuersystem, das mit Anweisungen zum automatischen Steuern des elektrifizierten Fahrzeugs auf der Grundlage einer Route konfiguriert ist, die für eine gewünschte Wärmeverwaltung der Batterie ausgewählt ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden elektrifizierten Fahrzeugs beinhaltet das Fahrzeug ein Fahrzeugnavigationssystem, wobei das Steuersystem ein gewünschtes Ziel auf der Grundlage einer Eingabe in das Navigationssystem empfängt und eine oder mehrere mögliche Routen für das gewünschte Ziel bestimmt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform jedes der vorstehenden elektrifizierten Fahrzeuge beinhaltet das Fahrzeug einen oder mehrere Sensoren, die Fahrzeug- und Batterieeigenschaften messen und an das Steuersystem übertragen, um einen aktuellen Batteriewärmezustand zu bestimmen, wenn das gewünschte Ziel durch das Steuersystem empfangen wird, und wobei das Steuersystem bestimmt, ob die Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, und wenn die Batterie alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, eine schnellste oder kürzeste Route durch das Steuersystem ausgewählt wird.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden elektrifizierten Fahrzeuge, wenn das Steuersystem bestimmt, dass die Batterie nicht alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, das Steuersystem bestimmt, ob mindestens ein Fahrtzyklus vorhanden ist, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, und, wenn ein derartiger Fahrtzyklus vorhanden ist, das Steuersystem den mindestens einen Fahrtzyklus auswählt, und, wenn kein Fahrtzyklus vorhanden ist, der arbeiten kann, ohne Änderungen des Batteriewärmezustands zu erfordern, bestimmt das Steuersystem, welche mögliche Route mit einer minimalen Heiz- oder Kühlrate erreicht werden kann, derart, dass die Batterietemperatur alle Leistungsbedarfe zulassen wird, wenn sie für die mögliche Route benötigt werden, und wählt die mögliche Route aus.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Fahrzeuge umfasst das elektrifizierte Fahrzeug ein autonomes Fahrzeug.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, die Patentansprüche oder die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen, einschließlich jeglicher der unterschiedlichen Aspekte oder jeweiligen einzelnen Merkmale davon, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander betrachtet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebenen werden, gelten für alle Ausführungsformen, sofern solche Merkmale nicht inkompatibel sind.
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Die unterschiedlichen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich wie folgt kurz beschreiben.
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Figurenliste
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- 1A ist eine schematische Darstellung eines Batterieelektrofahrzeugs.
- 1B ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
- 2 veranschaulicht Batterietemperaturbereiche für eine Batteriekühlstrategie für ein elektrifiziertes Fahrzeug schematisch.
- 3 veranschaulicht eine Fahrzeugsteuerstrategie zum Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs auf eine Weise in Bezug auf vorhergesagte Routen auf der Grundlage eines Benutzereingabeziels.
- 4 veranschaulicht zusätzliche Schritte für die Fahrzeugsteuerstrategie zum Steuern des elektrifizierten Fahrzeugs auf eine Weise auf der Grundlage dessen, welche ausgewählte Route ein gewünschtes Wärmeverwaltungsprotokoll für eine Batterie erreicht.
- 5 veranschaulicht einen Batterietemperaturbereich für beispielhafte Routen aus 4 schematisch.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschriebt Fahrzeugsysteme und -verfahren zum Steuern von elektrifizierten Fahrzeugen auf eine Weise zum Verbessern der Effizienz der Wärmeverwaltung einer Batterie ausführlich. Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs auf der Grundlage einer Route, die für eine gewünschte Wärmeverwaltung einer Batterie ausgewählt ist. Ein weiteres beispielhaftes Verfahren beinhaltet Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs auf der Grundlage einer ausgewählten Route für eine gewünschte Wärmeverwaltung einer Batterie, wobei das Steuern Bestimmen einer Vielzahl von möglichen Routen auf der Grundlage eines gewünschte Ziels, Bestimmen eines aktuellen Batteriewärmezustands, wenn das gewünschte Ziel empfangen wird, und Bestimmen, ob mindestens ein Fahrtzyklus in den möglichen Routen vorhanden ist, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, beinhaltet. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung ausführlicher erörtert.
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1A veranschaulicht einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12, umfassend ein Batterieelektrofahrzeug (BEV), schematisch, während 1B einen Antriebsstrang 10' eines elektrifizierten Fahrzeugs 12', umfassend ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV), schematisch veranschaulicht. Obwohl die 1A-1B als ein BEV und ein HEV dargestellt sind, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf BEVs und HEVs beschränkt sind und sich auf andere Typen von elektrifizierten Fahrzeugen erstrecken könnten, darunter unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs).
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In einer in 1A gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet der Antriebsstrang 10 für das BEV mindestens eine elektrische Maschine 14, ein Batteriepack 16 und ein Steuersystem 18, die zusammenwirken, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit Leistung zu versorgen. In einer in 1B gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet der Antriebsstrang 10' mindestens eine elektrische Maschine 14, ein Batteriepack 16, ein Steuersystem 18 und einen Motor 20, die zusammenwirken, um das elektrifizierte Fahrzeug 12' mit Leistung zu versorgen. Es versteht sich, dass die in den 1A und 1B gezeigten Konfigurationen höchst schematisch sind und dass andere Komponenten, wie zum Beispiel zusätzliche elektrische Maschinen, Getriebe, Zahnradsätze usw., in verschiedenen Kombinationen ebenfalls in den Antriebssträngen enthalten sein könnten.
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In jeder Konfiguration kommuniziert eine Fahrzeugnavigationssystem 22 mit dem Steuersystem 18. Das Steuersystem 18 empfängt ein gewünschtes Ziel für das Fahrzeug auf der Grundlage einer Eingabe in das Navigationssystem 22 und bestimmt eine oder mehrere mögliche Routen für das gewünschte Ziel. Ein oder mehrere Sensoren 24 messen Umgebungs-, Fahrzeug- und/oder Batterieeigenschaften (wie zum Beispiel Batterietemperatur, Atmosphärentemperatur, Fahrgastzellentemperatur usw.) und überträgt diese an das Steuersystem 18, um einen aktuellen Batteriewärmezustand zu bestimmen, wenn das gewünschte Ziel durch das Steuersystem 18 empfangen wird. Das Steuersystem 18 analysiert dann den aktuellen Batteriewärmezustand in Bezug auf die möglichen Routen und wählt eine Route aus, um die Batterieleistung zu maximieren. Dies wird nachfolgend ausführlicher erörtert.
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Es versteht sich, dass das Steuersystem 18 mit Hardware und Software mit Anweisungen zum automatischen Steuern des elektrifizierten Fahrzeugs konfiguriert ist, um die Batterieleistung zu maximieren. Das Steuersystem 18 kann ein dediziertes Steuersystem für Wärmeverwaltung der Batterie 16 umfassen oder kann in das Hauptsteuersystem für das elektrifizierten Fahrzeug 12 integriert sein. Das Steuersystem 18 beinhaltet einen Speicher, Prozessoren, Kommunikationsverbindungen usw., derart, dass Datenverarbeitungs- und Berechnungsschritte durchgeführt werden können und intern und extern mit dem Computer des Fahrzeugs kommuniziert werden kann. Der Durchschnittsfachmann wäre in der Lage, ein derartiges Steuersystem zu konfigurieren, um die nachstehend beschriebenen Verfahren und Prozesse durchzuführen.
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Wie vorstehend erörtert, analysiert das Steuersystem 18 einen aktuellen Batteriewärmezustand in Bezug auf die möglichen Routen und wählt eine Route aus, um die Batterieleistung zu maximieren. Die Rate, mit welcher Leistung abgegeben werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben, beeinflusst direkt die Fahrzeugbeschleunigung, während die in der Batterie 16 gespeicherte Gesamtenergie die Fahrzeugreichweite direkt beeinflusst. Die Temperatur ist ebenfalls ein Faktor, der die Batterieleistungsfähigkeit beeinflusst. Die Batterieleistungsfähigkeit kann während des Betriebs bei niedrigen oder hohen Temperaturen reduziert werden, um die Langzeithaltbarkeit der Batterie aufrechtzuerhalten. Daher ist ein idealer Batterietemperaturbereich zum Maximieren der Gesamtleistung vorhanden. Viel Energie kann durch ein Batteriewärmeverwaltungssystem aufgebraucht werden, um die Batterietemperatur innerhalb oberer und unterer Temperaturgrenzen zu regulieren. Dies kann die Fahrzeugreichweite eines BEVs nachteilig beeinflussen und die Kraftstoffeffizienz eines PHEVs oder FHEVs nachteilig beeinflussen.
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2 zeigt ein Beispiel für einen Batterietemperaturbereich und eine Kühlstrategie. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist ein beispielhafter idealer Batterietemperaturbereich 30 zwischen null Grad Celsius und 40 Grad Celsius identifiziert. Beispiele für reduzierte Leistungsbereiche 32 sind zwischen null und -15 Grad Celsius und zwischen 40 und 45 Grad Celsius identifiziert. Beispiele für beschränkte Leistungsbereiche 34 sind zwischen -15 und -20 Grad Celsius und zwischen 45 und 55 Grad Celsius identifiziert. Es versteht sich, dass, obwohl 2 nur eine Kühlstrategie zeigt, eine ähnliche Strategie zum Heizen in reduzierten 32 und beschränkten 34 Leistungsbereichen existiert. Ferner sind die identifizierten Temperaturbereiche lediglich Beispiele und es versteht sich, dass andere Temperaturbereiche in Abhängigkeit von der Fahrzeuganwendung und den Betriebsbedingungen angewendet werden können.
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Wenn sich die Batterie 16 innerhalb des idealen Temperaturbereichs 30 befindet, bestehen keine Leistungsbeschränkungen und das Batteriekühlniveau ist AUS und alle Kühlaktoren sind AUS, wie bei 36 angegeben. Wenn Energieniveauanforderungen steigen, während sich die Batterie 16 innerhalb des idealen Temperaturbereichs 30 befindet, tritt die Batteriekühlung in eine Niveau-1-Phase ein, in welcher nur Kühlmittel strömt, wie bei 38 angegeben. Wenn weitere Energie benötigt wird und wenn sich die Batterie in den reduzierten 32 und den beschränkten 34 Leistungsbereich bewegt, durchläuft die Batteriekühlstrategie steigende Kühlniveaus. Die Batteriekühlniveaus 2-3 leiten Autokühlerschleifenkühlung ein und die Lüfterkühlung ist AN, wie bei 40 angegeben. Daher liegt bei diesem Niveau ein erhöhter Kühlmitteldurchsatz vor. Das Batteriekühlniveau 4 schaltet eine Kältemaschine an, wie bei 42 angegeben. Somit liegt ein erhöhter Kühlmitteldurchsatz vor und optional können zusätzliche Klappen zur Wärmeabgabe geöffnet werden. Das Batteriekühlniveau 5 schaltet die Kältemaschine an und leitet die Klimaleistung in Richtung der Batterie 16, wie bei 44 angegeben, wenn sich die Batterie in den beschränkten Leistungsbereich 34 bewegt.
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In heißen oder kalten Klimaverhältnissen kann sich der Batterietemperaturbereich außerhalb des Bereichs für vollständige Leistungsfähigkeit befinden, sogar unmittelbar nach einer Schlüssel-Einschalt-Sequenz nach einem Parkzeitraum. In diesem Beispiel beginnt ein Wärmeverwaltungssystem des Steuersystems 18 unmittelbar mit dem Regulieren der Batterietemperatur beim Schlüssel-Einschalt-Ereignis. Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere bei aufeinanderfolgenden Fahrten über kurze Distanzen, ist die Heiz- oder Kühldauer zu kurz, um einen beliebigen bedeutsamen Einfluss auf das Fahrzeugfahrverhalten zu bewirken, sondern stellt eine signifikante Nebenlast dar, die verringerte Reichweite bewirkt.
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Das vorliegende Steuersystem 18 geht dieses Problem durch das Bestimmen einer minimalen Heizenergie zum Verdrängen an, die Batterieleistungsbedarfe für einen spezifischen Fahrtzyklus erfüllen würde, wodurch die Gesamtenergieeffizienz eines elektrifizierten Fahrzeugs steigt. Zusätzliche Steuerlogik und Kommunikationshardware sind in dem Steuersystem 18 umgesetzt, um den energieeffizientesten Weg zu bestimmen und eine entsprechende Wärmeverwaltungsstrategie auszuwählen. Diese Anwendung wäre besonders nützlich für autonome (fahrerlose, selbstfahrende, roboterfahrende usw.) elektrifizierte Fahrzeuge, in welchen das Steuersystem 18 jede Route für jeden Fahrtzyklus auf der Grundlage eines Benutzereingabeziels automatisch auswählt. Außerdem kann Fahrverhalten, wie zum Beispiel Beschleunigung und Bremsen, durch das Steuersystem 18 streng gesteuert werden und daher werden Batterieleistungsbedarfe im Vergleich zu einem nicht autonomen Fahrzeug vorhersagbarer gemacht.
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In einer in den 3-4 gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsform wird ein Verfahren offenbart, welches ein elektrifiziertes Fahrzeug auf der Grundlage einer Route steuert, die für eine gewünschte Wärmeverwaltung einer Batterie ausgewählt ist. In einem Beispiel wird eine Benutzereingabe eines Kunden, Fahrgasts oder Bedieners in das Fahrzeugnavigationssystem 22 eingegeben, wie bei 50 in 3 angegeben. Das Navigationssystem 22 analysiert mehrere mögliche Routen und kommuniziert über ein Modem oder eine andere ähnliche Vorrichtung mit einer Cloud oder einer anderen externen Rechenressource, wie bei 52 angegeben. Die externen Rechenressourcen können Informationen, wie zum Beispiel Verkehr 54, Wetter 56, Fahrzeugzustand 58 und Softwareaktualisierungen 60, beinhalten; zudem können sie andere Merkmale, wie zum Beispiel Fähigkeiten für einen entfernter Start 62 und einen Fahrzeugfinder 64 beinhalten. Außerdem beinhalten die Rechenressourcen eine Datenbank 66 für Fahrtinformationen, einschließlich zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen für die zu befahrenden Straßen und Informationen in Bezug auf Höhenänderungen, wie zum Beispiel anteigende und abfallende Straßenabschnitte.
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Sobald ein gewünschtes Ziel eingegeben wurde, identifiziert das Steuersystem 18 mehrere mögliche Routen, die von dem aktuellen Standort zu dem gewünschten Ziel führen. Das Steuersystem 18 greift auf alle über die Rechenressourcen zur Verfügung stehenden Informationen zu und führt eine Analyse aus, um die Fahrzeugbeschleunigungsereignisse zu schätzen, die für die Dauer jeder Route benötigt werden und die dann zum Berechnen von Batterieleistungsabgabe oder Traktionsleistungsanforderungen verwendet werden, wie bei 68 angegeben. In einem Beispiel könnte ein sehr einfaches Fahrzeugmodell mit einem eingeschränkten Satz von dynamischen Gleichungen verwendet werden, welcher die für Beschleunigung benötigte Leistung beschriebt. In einem anderen Beispiel könnte ein komplexeres Modell verwendet werden, welches eine Vielzahl von gekoppelten gewöhnlichen oder partiellen Differentialgleichungen oder algebraischen Differentialgleichungen enthält.
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In einer bei 70 in 3 gezeigten beispielhaften Analyse sind zwei möglichen Fahrten vorhanden, z. B. Fahrt 1 und Fahrt 2, die als mögliche Routen ausgewählt werden. Jede Fahrt weist eine geschätzte Batterieleistung (kW) gegenüber seriellen Fahrtzeit(s)-Daten auf, welche visuell als ein Diagramm dargestellt werden. Fahrt 1 umfasst eine Fahrt mit geringer Leistung, während Fahrt 2 anfangs geringe Leistung, aber später Übergänge zu höheren Leistungsanforderungen aufweist. Eine beispielhafte Route für Fahrt 2 würde eine anfängliche Stadtfahrt mit niedriger Geschwindigkeit, gefolgt von einer Autobahnfahrt, umfassen.
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Das Steuersystem 18 analysiert die geschätzten Batterieleistungsanforderungen für jede Fahrt und bestimmt einen aktuellen Batteriewärmezustand, wie bei 72 in 4 angegeben. Der aktuelle Batteriewärmezustand wird bestimmt, wenn das gewünschte Ziel durch das Steuersystem 18 empfangen wird. Ferner verwendet das Steuersystem 18 mindestens einen oder mehrere der verschiedenen Sensoren 24 und andere Rechenressourcen, um den aktuellen Batteriewärmezustand zu bestimmen.
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In einem Beispiel bestimmt das Steuersystem 18 anschließend, ob die Batterie 16 alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, wie bei 74 angegeben. Wenn die Batterie 16 alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, dann wählt das Steuersystem 18 eine schnellste oder kürzeste Route aus, wie bei 76 angegeben. Wenn bestimmt wird, dass die Batterie 16 nicht alle Leistungsbedarfe aller Fahrtzyklen in dem aktuellen Batteriewärmezustand für jede mögliche Route erfüllen kann, bestimmt das Steuersystem 18, ob mindestens ein Fahrtzyklus vorhanden ist, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordern würde, wie bei 78 angegeben. Wenn ein derartiger Fahrtzyklus vorhanden ist, dann wählt das Steuersystem 18 dieses Fahrtzyklus aus, der keine Änderungen des Batteriewärmezustands erfordert, wie bei 80 angegeben.
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Wenn kein Fahrtzyklus vorhanden ist, der arbeiten kann, ohne Änderungen des Batteriewärmezustands zu erfordern, bestimmt das Steuersystem 18, welche mögliche Route mit einer minimalen Heiz- oder Kühlrate erreicht werden kann, derart, dass die Batterietemperatur alle Leistungsbedarfe zulassen wird, wenn sie für die mögliche Route benötigt werden, wie bei 82 angegeben. Wenn zum Beispiel Fahrt 2 ausgewählt wurde, müsste eine Kühlrate ausgewählt werden, um die angeforderte Leistung P2 bei Zeitpunkt T2 zuzulassen (siehe Fahrt 2 in 4).
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Das Steuersystem 18 vergleicht die anfängliche Batterietemperatur und entsprechende Leistungsfähigkeiten mit den navigationsbasierten Batterieleistungsanforderungen. Ein tabellarischer Wärmesystemleistungsdatensatz 84, zum Beispiel in Bezug auf die Änderung der Batterietemperatur in Grad Celsius pro Minute, wird verwendet, um die minimale Heiz- oder Kühlrate auszuwählen, die zum Befriedigen der erwarteten Leistungsanforderungen für die mögliche Route benötigt wird. Es kann ebenfalls erforderlich sein, dass diese Daten für mehrere anfängliche Temperaturen charakterisiert werden müssen. Alternativ kann ein dynamisches Modell der durch die Batterie während des Fahrtzyklus erzeugten Wärme und der Wärmeverdrängungsrate der möglichen Heiz- und Kühlmodi in Watt zum Bestimmen der erforderlichen minimalen Rate verwendet werden. Diese Bestimmungen können entweder durch das Steuersystem 18 oder durch eine externe Rechenressource durchgeführt werden.
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Typischerweise bedeutet eine geringere Heiz- oder Kühlrate einen geringeren Gesamtenergieverbrauch. In einem Beispiel kann eine Hochleistungsbeschleunigung in der Nähe des Endes einer Fahrt erforderlich sein, welche eine geringere Heiz- oder Kühlrate als eine Hochleistungsbeschleunigung kurz nach einem Schlüssel-Einschalt-Ereignis ermöglichen würde. Dies würde gestatten, dass das Batteriepack sicher und effizient in einer Temperaturregion betrieben wird, die normalerweise Energie für die Wärmeverwaltung aufbrauchen würde.
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Ein derartiges Beispiel wird in 5 gezeigt. Wie in 5 gezeigt, ist ein beispielhafter idealer Batterietemperaturbereich 30 zwischen null Grad Celsius und mindestens 30 Grad Celsius identifiziert. Der reduzierte Leistungsbereich 32 ist zwischen null und -15 Grad Celsius identifiziert und der beschränkte Leistungsbereich 34 ist zwischen -15 und -20 Grad Celsius identifiziert. In einem offenbarten Beispiel existiert eine Annahme einer anfänglichen Fahrzeugtemperatur von -20 Grad Celsius. Da Fahrt 2 eine Spitzenleistung P2 erfordert, impliziert dies, dass sich die Batterie in dem idealen Bereich 30 befinden muss. Fahrt 1 erfordert nur die Spitzenleistung P1, für welche sich die Batterie 16 in dem beschränkten Leistungsbereich 34 befinden muss. Das Steuersystem 18 wählt Fahrt 1 aus, da keine Änderung des Batteriewärmezustands erforderlich ist, d. h., die Temperatur beträgt bereits -20 Grad Celsius, welche in dem beschränkten Leistungsbereich 34 liegt.
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Dies bedeutet, dass für Fahrt 1 keine aktive Wärmeverwaltung erforderlich ist. Somit kann eine Reduzierung der Energieverwendung von 8,5 % erreicht werden, wodurch sich die Hin- und Rückfahrtreichweite erhöht. Dies würde unter Verwendung der folgenden Informationen bestimmt werden: ein spezifizierter elektrifizierter Fahrzeugtyp mit einer identifizierten Anzahl an Batteriezellen, eine spezifizierte Heizkapazität des Systems, eine Änderung von 15 Grad Celsius, die zwischen der beschränkten und der idealen Batterieleistung erforderlich ist, ein Wärmesystemwirkungsgrad von 50 % und 23 kWh Batteriepackenergie.
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Das vorliegende Verfahren und System zum Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs auf der Grundlage einer Route, die für eine gewünschte Wärmeverwaltung einer Batterie ausgewählt ist, verbessern die Gesamtbatterieeffizient und erhöhen die Reichweite des Fahrzeugs. Wie vorstehend erörtert, sind das Verfahren und das System besonders vorteilhaft für autonome Fahrzeuge; nicht autonome Fahrzeuge könnten die vorliegenden Verfahren und Systeme jedoch ebenfalls nutzen. In derartigen nicht autonomem Fahrzeugen kann der Fahrer jedoch auswählen, dass er die ausgewählte Route nicht verwenden möchte, wodurch die Vorteile umgangen werden.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine konkrete Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass bestimmte Modifikationen durch den Umfang dieser Offenbarung abgedeckt sein könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche aufmerksam gelesen werden, um den eigentlichen Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu erfassen.
