DE102017127336A1

DE102017127336A1 - Batterievorheizen vor schnellladen

Info

Publication number: DE102017127336A1
Application number: DE102017127336.0A
Authority: DE
Inventors: Jacqueline JAMMOUL; Chi Paik; Joseph F. Freiman; Venkateswara Anand Sankaran; Robert K. Taenaka
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-05-24
Also published as: US20180141458A1; US10744885B2; CN108081978B; CN108081978A

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet ein Wärmesystem für eine Batterie und eine Steuerung für das Wärmesystem. Die Steuerung kann bei Fahrzeugbewegung zum Kühlen der Batterie, wenn eine Temperatur der Batterie einen unteren Schwellenwert überschreitet, und Verhindern von Leistungsübertragung mit der Batterie, wenn die Temperatur einen oberen Schwellenwert überschreitet, und bei Kopplung mit einer Ladestation, zum Heizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen dem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert konfiguriert sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen eine Batteriesteuerung für ein Fahrzeug, welche eine Traktionsbatterie auf eine Temperatur über einem aktiven Kühlungsschwellenwert vor dem Durchführen von Schnellladen vorheizt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge, einschließlich Hybridelektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles-HEVs), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles - PHEVs) und Batterieelektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicles - BEVs), stützen sich auf eine Traktionsbatterie, um einem Wechselrichter Leistung bereitzustellen, der Gleichstrom(direct current - DC)-Leistung in Wechselstrom(alternating current - AC)-Leistung umwandelt. Die AC-Leistung wird dann zu einem Traktionsmotor geleitet, um das Fahrzeug anzutreiben. Der typische AC-Traktionsmotor ist ein 3-Phasen-Motor, der durch 3 sinusförmige Signale bestromt werden kann, die jeweils mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad angetrieben werden. Die Traktionsbatterie ist konfiguriert, um in einem bestimmten Spannungs- und Strombereich zu arbeiten. Die kinetische Energie des Fahrzeugs kann bei Entschleunigung und Bremsen durch denselben Elektromotor oder eine zweite elektrische Maschine zurückgewonnen werden und in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Leistung (kW), die im Verlauf der Zeit aufgenommen wurde, ist Energie (kWh). Diese zurückgewonnene Energie kann in der Batterie für die zukünftige Verwendung durch die Batterie gespeichert werden. Eine Traktionsbatterie, die bei einem Spannungsbereich von über 60 Volt DC arbeitet, wird alternativ als eine Hochspannungsbatterie bezeichnet. Das Produkt der Betriebsspannung und des Betriebsstroms der Traktionsbatterie stellt die elektrische Leistung dar, die während eines Entladungsereignisses aus der Batterie bezogen wird oder während eines Ladungsereignisses in die Batterie geleitet wird.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet ein Wärmesystem für eine Batterie und eine Steuerung für das Wärmesystem. Die Steuerung kann bei Fahrzeugbewegung zum Kühlen der Batterie, wenn eine Temperatur der Batterie einen unteren Schwellenwert überschreitet, und Verhindern von Leistungsübertragung mit der Batterie, wenn die Temperatur einen oberen Schwellenwert überschreitet, und bei Kopplung mit einer Ladestation, zum Heizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen dem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert konfiguriert sein.
Ein Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugtraktionsbatterie beinhaltet bei einem Schlüssel-Einschalt-Zustand Anschalten eines Batteriekühlers, wenn sich eine Temperatur der Batterie über einem unteren Schwellenwert befindet, und Beschränken der Leistung, die mit der Batterie übertragen wird, wenn sich die Temperatur über einem oberen Schwellenwert befindet; und bei Kopplung mit einer Ladestation Vorheizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen dem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert vor dem Leiten eines Stroms zu der Batterie.
Ein Batteriesystem beinhaltet eine Batterie und eine Steuerung. Die Steuerung kann als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der Batterie einen oberen Schwellenwert bei Fahrzeugbewegung überschreitet, zum Verhindern der Leistungsübertragung mit der Batterie, und als Reaktion darauf, dass die Batterie mit einer Ladestation gekoppelt ist, zum Heizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen einem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert konfiguriert sein.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das typische Komponenten zur Kraftübertragung und Energiespeicherung mit einem Wandler für variable Spannungen und einem Leistungswechselrichter dazwischen veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm einer Batteriekonfiguration, das Batteriezellen, Komponenten zur Überwachung der Batteriezellen und Steuersysteme veranschaulicht.
3 ist eine graphische Darstellung von Kapazitätsretention gegenüber der Zyklusanzahl für eine Traktionsbatterie, die einer 3,5-C-Schnellladung bei zwei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen unterzogen wurde.
4 ist eine graphische Darstellung von Kapazitätsretention gegenüber der Zyklusanzahl für eine Traktionsbatterie, die einer 1,5-C-Schnellladung bei zwei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen unterzogen wurde.
5 ist eine graphische Darstellung eines normalisierten Entladungswiderstands gegenüber der Zyklusanzahl für eine Traktionsbatterie, die einer 1,5-C-Schnellladung bei zwei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen unterzogen wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Lithiumionenzellen wurden zu einer gängigen Energiequelle für PHEVs und BEVs, da sie eine hohe Energiedichte (Wh/1), eine hohe Leistungsdichte (W/1) und einen hohen Lebenszyklus im Vergleich zu anderen Batterietechnologien bei gegebenen Kosten bereitstellen. Batterien aus einer Mehrzahl dieser Zellen, die in Reihen- oder Parallel/Reihen-Anordnungen konfiguriert sind, sind in der Lage, Leistungs- und Energieanforderungen von Automobilanwendungen zu erfüllen. Die Lebensdauer einer derartigen Batterie ist in hohem Maße von der Temperatur, bei welcher die Batterie betrieben wird, sowie von den Ladungs- und Entladungsbedarfen abhängig, die auf der Batterie liegen. Die Lebensdauer wird durch das Messen der Kapazitätsretention als eine Funktion der Zyklusanzahl der Leistungsfähigkeit als eine Funktion der Zyklusanzahl quantifiziert. Ein erhöhter Batteriewiderstand steht für eine verminderte Leistungsfähigkeit. Obwohl eine Lithiumionenbatterie über einem großen Temperaturbereich (z. B. -30 - 50 °C) betrieben werden kann, würden Leistungs- und Spannungseinschränkungen bei den Extremen dieses Bereichs auferlegt werden müssen. Die optimale Lebensdauer wird beim Betrieb in einem wesentlich engeren Nominaltemperaturbereich (z. B. 20-45 °C) erreicht.
Auf der Grundlage des vorstehend dargelegten Industriewissens findet aktives Kühlen der Batterie statt, wenn eine Temperatur der Fahrzeugtraktionsbatterie über einen unteren Schwellenwert für aktives Kühlen steigt (z. B. 35 °C). Das aktive Kühlen kann von einer externen Kühlschleife erfolgen, die ein Fluid (z. B. Luft oder Flüssigkeit) durch Komponenten der Batterie innerhalb des Batteriepacks zirkuliert. Das Fluid kann dann entweder durch einen Autokühler oder eine Kombination aus Verdichter/Verdampfer/Autokühler geleitet werden, um Wärme aus der Batterie zu entfernen und die Batterie somit zu kühlen. Wenn die Temperatur der Batterie über einen oberen Schwellenwert für aktives Kühlen steigt (z. B. 45 °C) wird die Batterieeingangs- und -ausgangsleistungsfähigkeit reduziert, um beliebiges weiteres Widerstandsheizen, ebenfalls bezeichnet als I²R-Wärmeerzeugung, in der Batterie zu minimieren. Wenn die Batterie eine Maximaltemperaturgrenze (z. B. 55°) erreichen würde, könnte die Batterie elektrisch von beliebigen Lade- oder Lastschaltungen getrennt werden, um beliebiges weiteres I²R-Heizen zu verhindern und um es dem Kühlsystem zu gestatten, die Batterietemperatur zurück in einen annehmbaren Betriebsbereich zu bringen.
Hier wird eine Fahrzeugtraktionsbatterie auf eine Temperatur über dem unteren Schwellenwert für aktives Kühlen und unter dem oberen Schwellenwert für aktives Kühlen, wo Leistungseinschränkungen auferlegt werden, vor dem Laden erhitzt. Obwohl die Temperatur zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert liegt, kann die Batterie bei einer Rate von über 1 C (siehe nachstehende Definition) schnell geladen werden. Ferner wurde beobachtet, dass, obwohl eine Batterie bei einer Rate von über 1 C bei dieser erhöhten Temperatur schnell geladen wird, die Kapazitätsretention gegenüber der Zyklusanzahl für die Batterie erhöht ist und der Entladungswiderstand gegenüber der Zyklusanzahl für die Batterie verringert ist, und zwar im Vergleich zu Batterien, die unter denselben Bedingungen bei niedrigeren Temperaturen zyklisch betrieben wurden.
Die „C-Rate“ ist definiert als ein in Ampere (A) gemessener Stromwert, der numerisch dem Kapazitätswert einer Zelle entspricht, der in Amperestunden (Ah) gemessen wird. Somit beträgt die C-Rate für eine 10-Ah-Zelle 10 A und die C-Rate für eine 1-Ah-Zelle beträgt 1 A. Dies stellt ein Mittel zum Normalisieren von Ladungs- und Entladungszeiten für Zellen verschiedener Größen bereit. Man betrachte zum Beispiel eine 10-Ah- und eine 1 Ah-Zelle, wobei beide Zellen vollständig geladen sind. Beide Zellen werden in 1 Stunde vollständig entladen, wenn die 10-Ah-Zelle bei 10 A (1 C) entladen wird und die 1-Ah-Zelle bei 1 A (1 C) entladen wird. Gegenwärtig arbeiten typische PHEV- und BEV-Ladesysteme unter der Rate von 1 C.
Eine Entladungsrate von 1 C ist ebenfalls bekannt als eine einstündige Entladung; 0,5 C oder C/2 ist eine zweistündige Entladung und 0,2 C oder C/5 ist eine 5-stündige Entladung. Gleichermaßen ist eine Ladungsrate von 1 C als eine einstündige Ladungsrate bekannt; 2 C ist eine 30-minütige Ladungsrate und 3 C ist eine 20-minütige Ladungsrate. Bei Lithiumionenzellen werden tatsächliche Ladungszeiten länger als angegeben sein, da der Strom in der Nähe der Ladungsspitze reduziert werden muss, um die maximale Spannung der Zelle nicht zu überschreiten. Das Laden bei einer Rate von über 1 C wird als eine „Schnellladung“ bezeichnet. Einige Hochleistungsbatterien können mit mehr als 1 C mit einem moderaten Einfluss auf die Lebensdauer geladen und entladen werden. Die Lebensdauer wird insbesondere negativ beeinflusst, wenn Lithiumionenzellen bei mehreren C-Raten und bei Umgebungstemperaturen unter 25 °C geladen werden.
Auf eine ähnliche Weise könnte die Leistung in Watt (W), die numerisch dem Energiewert in Wattstunden (Wh) entspricht, als die Rate von 1 C betrachtet werden. Anders ausgedrückt, wenn eine 10-kWh-Batterie bei 10 kW entladen wird, ist sie in etwa 1 Stunde entleert. Im Allgemeinen wurde der Batterielebenszyklus als eine Funktion vieler Aspekte identifiziert, einschließlich eines Typs von Lithiumionenzellen (z. B. Zellgestaltungen und Zellchemie), einer Umgebungstemperatur, einer Ladungs- und Entladungsrate, bei welcher der zyklische Betrieb stattfand, und dem Ladestatus(state-of-charge - SOC)-Betriebsfenster (z. B. SOC-Ausschlag). Der SOC einer Batterie, angegeben in Prozent, ist das Verhältnis der Restkapazität einer Batterie bei ihrem aktuellen Status geteilt durch die Nennkapazität für die Batterie, wenn sie unter spezifizierten Bedingungen vollständig geladen und entladen wird. Die tatsächliche Zelltemperatur steht im Zusammenhang mit der Umgebungstemperatur und kann durch einen Ladung-/Entladungszyklus aufgrund von I²R-Heizen der Zelle variiert werden. Im Allgemeinen liegt die Differenz zwischen Zelltemperatur und Umgebungstemperatur etwa 2-15 °C über der Umgebungstemperatur, in Abhängigkeit von der Ladungs-/Entladungsrate.
Da sich sowohl öffentliche als auch private Ladungsinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge entwickeln, werden Ladungssysteme mit höherer Leistungsausgabe verfügbar. Dies wird durch das Aufkommen von DC-Schnellladestationen veranschaulicht, die bis zu 120 kW DC-Leistung bei 400 VDC bereitstellen können. In Abhängigkeit von der Größe der Fahrzeugtraktionsbatterie stellt dies eine Ladungsmöglichkeit bei einer vielfachen C-Rate dar, welche die Zeit, die zum Vollständigen Wiederaufladen der Batterie benötigt wird, signifikant reduzieren könnte. Um ein derartiges Hochleistungsladesystem in vollem Umfang nutzen zu können, wird ordnungsgemäßes Vorkonditionieren des Batteriepacks benötigt, sodass schädliche Effekte des Ladens bei einer vielfachen C-Rate minimiert werden.
Hier ist eine Steuerung konfiguriert, um Schnellladen bei einer Rate von mehr als 1 C zu gestatten, wenn die Batterie auf eine erhöhte Temperatur vorkonditioniert wird. Unsere Ergebnisse zeigen, dass durch diese Handlung im Vergleich zu Schnellladen bei einer ähnlichen Rate, aber bei einer niedrigeren Temperatur, ein längerer Lebenszyklus erreicht wird. Das Schnellladen ist auf die Batteriechemie abgestimmt. Das Ausmaß der Lebenszyklusverbesserung ist proportional zu der Differenz zwischen der unteren und der oberen Umgebungstemperatur des zyklischen Betriebs, für welche der Vergleich gezogen wird, und die absoluten Zykluszahlen sind umgekehrt proportional zu den verglichenen Schnellladeraten (3 und 4). Die verbesserte Ladungsreaktionskinetik bei einer erhöhten Temperatur scheint die schädlichen Effekte des Betriebs bei einer erhöhten Temperatur zu überwiegen. Auf ähnliche Weise wird die Leistungsfähigkeit der Batterie als eine Funktion der Zyklusanzahl bei Schnellladung bei einer erhöhten Temperatur verbessert. Dies ergibt sich aus dem in 5 gezeigten reduzierten Widerstandsanstieg für die Batterie, die bei einer erhöhten Temperatur schnell geladen wird.
In der Literatur ist eine ordentliche Datenmenge vorhanden, welche die Tatsache unterstützt, dass die Lithiumionenreaktionskinetik unter der Raumtemperatur deutlich reduziert ist und ein Risiko für auf der Anode plattiertes metallisches Lithium für die Batterie vorhanden ist, wenn sie bei niedrigen Temperaturen schnell geladen wird. Die Gegenwart von metallischen Lithiumdendriten in der Zelle stellt ein Risiko für das Entwickeln eines internen Kurzschlusses dar.
Im Allgemeinen werden Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Spezifikationen gestaltet. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie für ein standardmäßiges Vollhybridelektrofahrzeug (full hybrid electric vehicle - FHEV) (z. B. Benzinmotor in Kombination mit einer elektrischen Maschine, die zum Bereitstellen von Antrieb konfiguriert sind) eine Vielzahl von Zellen mit niedrigerer Kapazität (z. B. 5-Ah-Zellen) aufweisen, die zum Bereitstellen eines Energiespeichervermögens von ~ 1,3 kWatt•Stunde bei einer Nominalspannung von ~250 V konfiguriert ist. Ein FHEV kann jedoch eine Anschlussspannung von 100, 150, 200 V oder mehr aufweisen. FHEV-Batterien werden häufig für deren Leistungsfähigkeit optimiert. Somit könnten derartige 5-Ah-Zellen bei 100 A oder der 20-C-Rate, die einer Rate von 25 kW entspricht, bei Fahrzeugbeschleunigung und -entschleunigung entladen und geladen werden. FHEV-Batterien sind jedoch nicht konfiguriert, um eine Ladung vom Stromnetz anzunehmen.
Ein weiteres Beispiel ist eine Traktionsbatterie für ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV). Diese Batteriepacks können gestaltet sein, um Antrieb für ein Fahrzeug über Elektrizität nur für eine eingeschränkte Reichweite (z. B. 15-20 Meilen) bereitzustellen, und können eine Vielzahl von Zellen höherer Kapazität (z. B. 20, 25 oder 30 Ah) aufweisen, die zum Bereitstellen eines Energiespeichervermögens von ~7,5 kWatt•Stunde bei ~300 V konfiguriert ist. Ein PHEV kann jedoch eine Anschlussspannung von 100, 150, 200 V oder mehr aufweisen. PHEV-Batterien sind optimiert, um ein Gleichgewicht zwischen Leistungsfähigkeit und Energiespeichervermögen bereitzustellen. Eine typische Entladungsrate könnte die 3-C-Rate (~75 A) sein, aber die Batterie kann Kurzzeitentladungsraten von bis zu 5 C tolerieren. Die Ladungsrate ist jedoch häufig auf die 1-C-Rate (~25 A) beschränkt. Wenn die Batterie als die einzige Leistungsquelle für das Fahrzeug verwendet wird, bewirkt I2R-Wärmeerzeugung hier einen Anstieg der Batterietemperatur und ein Kühlsystem wird angeschaltet, wenn die Temperatur der Batterie den unteren Schwellenwert (z. B. 35 °C) überschreitet. In Erwartung des Eintreffens bei einem Ziel mit einem Ladesystem kann eine Batteriesteuerung den Batteriekühler abschalten, wenn sich die Batterie über dem unteren Schwellenwert befindet, oder, wenn sich die Batterie unter dem unteren Schwellenwert befindet, kann die Steuerung einen Batterieheizer anschalten, um die Batterie auf einen Bereich zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert zu erhitzen. Bei diesem Punkt kann die Batteriesteuerung die Batterietemperatur vorkonditionieren, um eine Schnellladung bei einer erhöhten Rate, z. B. 3,5 C zu akzeptieren. Die Schnellladung kann andauern, bis die Batterie ihre SOC-Obergrenze erreicht, wo die Ladeleistung reduziert werden muss, um ein Überschreiten einer maximalen Zell- oder Batteriespannung zu vermeiden. Die Batteriesteuerung kann die Batterietemperatur ebenfalls überwachen und Steuerung des Kühlsystems ausüben, um sicherzustellen, dass die Batterie unter ihrer maximalen Betriebstemperatur bleibt. Wenn die Batterie eine vordefinierte SOC-Untergrenze (z. B. 20 % SOC) erreicht, mischt das Steuersystem Leistung von der Batterie und dem Verbrennungsmotor wie bei einem FHEV und gestattet der Batterie nicht, unter einen minimalen SOC zu fallen. Wenn sie jedoch mit dem Stromnetz verbunden ist, ist die kontinuierliche Ladungsrate für eine PHEV-Batterie typischerweise auf etwa 1 C beschränkt. Wenn die Batterietemperatur über dem unteren Schwellenwert liegt, wobei Batteriekühlung bei diesem Punkt während des Ladens verhindert wird, kann eine Steuerung ebenfalls ferner zum Anschalten von Batteriekühlung konfiguriert sein, wenn sich die Batterietemperatur dem oberen Schwellenwert nähert. Während die Batterie zum Beispiel geladen wird und die Batterietemperatur über dem unteren Schwellenwert liegt, wird Batteriekühlung verhindert, bis die Batterietemperatur sich dem oberen Schwellenwert nähert, wobei das Sichannähern an den oberen Schwellenwert beinhaltet, dass sie einen kleinen Prozentsatz (z. B. 1 %, 2 %, 3 %, 4 % oder 5 %) über jener liegt, bei der Batteriekühlung aktiviert wird.
Während die Batterie als die einzige Leistungsquelle für das Fahrzeug während des rein elektrischen Abschnitts der Fahrt verwendet wird, bewirkt I2R-Wärmeerzeugung hier einen Anstieg der Batterietemperatur und ein Kühlsystem wird angeschaltet, wenn die Batterietemperatur den unteren Schwellenwert (z. B. 35 °C) überschreitet. In Erwartung des Eintreffens bei einem Ziel mit einem Ladesystem kann eine Batteriesteuerung den Batteriekühler abschalten, wenn sich die Batterie über dem unteren Schwellenwert befindet, oder, wenn sich die Batterie unter dem unteren Schwellenwert befindet, kann die Steuerung einen Batterieheizer anschalten, um die Batterie auf einen Bereich zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert zu erhitzen. Bei diesem Punkt kann die Batteriesteuerung die Batterietemperatur vorkonditionieren, um eine Schnellladung bei einer erhöhten Rate, z. B. 3,5 C zu akzeptieren. Die Schnellladung kann andauern, bis die Batterie ihre SOC-Obergrenze erreicht, wo die Ladeleistung reduziert werden muss, um ein Überschreiten einer maximalen Zell- oder Batteriespannung zu vermeiden. Die Batteriesteuerung kann die Batterietemperatur ebenfalls überwachen und Steuerung des Kühlsystems ausüben, um sicherzustellen, dass die Batterie unter ihrer maximalen Betriebstemperatur bleibt.
Ein drittes Beispiel ist eine Traktionsbatterie für ein Batterieelektrofahrzeug (BEV). Diese Batteriepacks können gestaltet sein, um dem Fahrzeug für eine erweiterte Reichweite (z. B. 100 Meilen oder mehr) nur elektrischen Antrieb bereitzustellen. Eine derartige Batterie kann aus einer Vielzahl von Zellen (z. B. 10 oder 15 Ah oder größere Zellen) bestehen, die konfiguriert ist, um ein Energiespeichervermögen von ~23 kWatt•Stunde oder mehr bei einer Nominalspannung von ~300 V bereitzustellen. Ein BEV kann jedoch eine Anschlussspannung von 100, 150, 200 V oder mehr aufweisen. Um das vorstehend erwähnte Energiespeichervermögen zu erreichen, können fünf 15-Ah-Zellen parallel geschaltet werden, um eine effektive Batteriepackkapazität von 75 Ampere•Stunden bereitzustellen. Diese Gruppen parallel geschalteter Zellen werden dann in Reihe geschaltet, um die Zielnominalspannung für das Batteriepack zu erreichen. Die BEV-Batterie ist gestaltet, um typischerweise bei niedrigen C-Raten (~C/3-Rate) mit kurzen Schüben von höheren Raten zu arbeiten, wie zum Beispiel bis zu 3 C. Ladungsraten sind typischerweise auf weniger als 1 C beschränkt.
Wenn ein PHEV oder BEV geladen wird, wird es typischerweise bei einer fraktionierten C-Rate geladen, und zwar in Abhängigkeit von den Einschränkungen, die durch das fahrzeuginterne Ladegerät und die mit dem Stromnetz verbundene Leistungsquelle, die dem Benutzer zur Verfügung steht, auferlegt werden. Dies bedeutet im Allgemeinen, dass mehrere Stunden benötigt werden, um eine entleerte Batterie vollständig aufzuladen.
Im Allgemeinen kann eine Batterie entweder durch Selbstheizen, wobei es sich schlicht um eine Funktion ihres internen Widerstands handelt, wobei P=I²R gilt, oder die Anwendung externer Wärme erhitzt werden. Externe Heizgeräte können die Luft der Fahrgastzelle nutzen, um die Batterietemperatur beizubehalten oder zu regulieren, oder ein externes Heizgerät kann ein Fluid zum Heizen oder Kühlen von Batteriekomponenten innerhalb des Batteriepacks nutzen. Wenn eine Batterie arbeitet, produziert sie typischerweise genug Wärme durch Vorgänge, sodass Kühlung erforderlich ist, wenn die Batterie den unteren Schwellenwert für aktives Kühlen überschreitet. Hier kann eine Batteriesteuerung konfiguriert sein, um Zellkühlung in Erwartung einer zukünftigen Schnellladung zu stoppen oder Zellheizen vor einer Schnellladung zu starten. Zum Beispiel kann ein System, wie zum Beispiel ein Navigationssystem, das mit der Batteriesteuerung verbunden ist, Informationen in Bezug auf einen aktuellen Standort, einen Zielstandort und die Erreichbarkeit einer Ladestation bei dem Zielstandort aufweisen. Wenn die Fahrt 20 Meilen entfernt ist und die Batteriesteuerung vorhersagt, dass dich der SOC der Batterie verringert wird und die Temperatur der Batterie ansteigen wird, und zwar vom aktuellen SOC von 68 % und der aktuellen Temperatur von 25 °C zu einem vorhergesagten SOC von 24 % bei 38 °C bei dem Zielstandort, kann die Batteriesteuerung das aktive Kühlen der Batterie derart verhindern, dass die Batterie den Standort erreicht, wobei die Batterie erhitzt ist, um Schnellladen zu erleichtern.
1 stellt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 dar, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist zudem mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Vortriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem ermöglicht wird, dass der Verbrennungsmotor 118 mit effizienteren Drehzahlen arbeitet, und ermöglicht wird, dass das Hybridelektrofahrzeug 112 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor 118 unter bestimmten Bedingungen ausgeschaltet ist. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann zudem ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Verbrennungsmotor 118 möglicherweise nicht vorhanden. In anderen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein Vollhybridelektrofahrzeug (full hybrid-electric vehicle - FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann einen Hochspannungsgleichstrom(DC)-Ausgang bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Obwohl sie als ein einzelnes Schütz dargestellt sind, können die Schütze 142 mehrere Schütze beinhalten, wie zum Beispiel ein positives und negatives Schütz, um die Traktionsbatterie 124 zu isolieren. Das Leistungselektronikmodul 126 ist zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasenwechselstrom (AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasenwechselstrom (AC) umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasenwechselstrom (AC) von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die DC-Spannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen Wandler für variable Spannungen (variable-voltage Converter-WC) 152 beinhalten, der elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein DC/DC-Aufwärtswandler sein, der dazu ausgelegt ist, die durch die Traktionsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder aufwärts zu wandeln. Durch Erhöhen der Spannung können Stromanforderungen gesenkt werden, was zu einer Reduktion der Kabelgröße für das Leistungselektronikmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Vortriebsenergie kann die Traktionsbatterie 124 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungs-DC-Ausgang der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit Niederspannungslasten des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 zu laden. Die Niederspannungssysteme können elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können mit dem Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Bespiele für elektrische Lasten 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu ausgelegt sein, die Traktionsbatterie 124 von einer externen Leistungsquelle 136 wiederaufzuladen. Die externe Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an ein Ladegerät oder Elektrofahrzeugversorgungsgerät (electric vehicle supply equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Stromversorgungsnetz sein, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu ausgelegt ist, Energie von dem EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an ein Ladegerät oder ein fahrzeugseitiges Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung konditionieren, die von dem EVSE 138 zugeführt wird, um der Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit dem EVSE 138 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 zu verlangsamen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann weitere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betreiben. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Verlangsamen des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zudem autonom arbeiten, um Funktionen wie etwa Stabilitätskontrolle umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer weiteren Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird. Bei Hochspannungsautomobilsystemen kann regeneratives Bremsen die elektrische Maschine 114 nutzen, wobei die Bremssteuerung 150 die Reibungsbremsen und die elektrische Maschine mischen kann.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernetnetzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beinhalten. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Software-Komponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert sein, dass das Fahrzeugnetzwerk mit jedem elektronischen Modul verbunden sein kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Neben der Veranschaulichung eines Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug kann 1 auch ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV) veranschaulichen, wenn der Motor 118 entfernt wird. Gleichermaßen kann 1 ein traditionelles Hybridelektrofahrzeug (FHEV), wie zum Beispiel ein Hybridelektrofahrzeug mit Leistungsverzweigung, veranschaulichen, wenn die Komponenten 136, 138, 140 und 134 entfernt werden. 1 veranschaulicht außerdem das Hochspannungsfahrzeugsystem, das den/die Elektromotor(en) 114, das Leistungselektronikmodul 126, das Gleichspannungswandlermodul 152, das Leistungsumwandlungsmodul 132 und das Batteriepack 124 einschließt.
Typischerweise findet der Fahrzeugbetrieb statt, wenn sich das Fahrzeug in einem von drei Betriebszuständen befindet. Die drei Betriebszustände sind der Schlüssel-Einschalt-Zustand, der Schlüssel-Ausschalt-Zustand und ein Nebenzustand. Die drei Zustände beruhen auf dem historischen Betrieb, wobei ein physischer Schlüssel in einen Zündschalter eingeführt und gedreht wurde. Historisch gesehen kann das Drehen des Schlüsselschalters ebenfalls einen vorübergehenden Kontakt für den „Start“ beinhalten, der verwendet wurde, um vorübergehend Leistung zu einem Anlasser zu leiten, danach würde der Schlüssel in die Schlüssel-Einschalt-Bedingung zurückkehren, in welcher alle Module bestromt werden und aktiv sind. Sobald ein Schlüssel in die Zündung eingeführt wurde, wurde der Schlüssel durch den Neben- und den Schlüssel-Einschalt-Kontakt gedreht. Bei der Nebenposition werden typischerweise weniger Module bestromt, zum Beispiel kann die Nebenposition nur einem Radio und elektrischen Fensterhebern Leistung bereitstellen, der Motor ist in diesem Modus jedoch häufig ausgeschaltet und die Lenkung ist blockiert. Eine Schlüssel-Ausschalt-Bedingung ist eine Bedingung, bei welcher die meisten Module nicht bestromt werden, während der Schlüssel-Ausschalt-Bedingung wird nur eine begrenzte Anzahl an Modulen bestromt, zum Beispiel handelte es sich in einigen Fahrzeugen bei dem einzigen bestromten Modul um eine elektrische Uhr. Bei aktuellen Fahrzeugsystemen werden die meisten Module immer mit Leistung versorgt und sie schalten sich auf der Grundlage einer Nachricht, die zwischen den Modulen kommuniziert wird, entweder selbst an oder aus. Die Schlüssel-Einschalt-Bedingung ist eine Bedingung, die alle Module anschaltet, und es handelt sich dabei um die Bedingung, die den Betrieb des Motors und des Lenkrads gestattet.
Die individuellen Batteriezellen innerhalb eines Batteriepacks können aus einer Vielzahl chemischer Formulierungen konstruiert sein. Typische Batteriepacks können chemisch unter anderem Bleisäure, Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NIMH), Lithiumionen oder Lithiumionenpolymere einschließen. 2 zeigt einen typischen Batteriepack 124 in einer einfachen Reihenkonfiguration aus N Batteriezellmodulen 202. Die Batteriezellmodule 202 können eine einzelne Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen enthalten, die elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sind. Das Batteriepack kann jedoch aus einer beliebigen Anzahl einzelner Batteriezellen und Batteriezellmodulen bestehen, die in Reihe oder parallel oder in einer Kombination davon geschaltet sind. Ein typisches System kann eine oder mehrere Steuerungen, wie etwa ein Batteriesteuermodul (Battery Control Module - BCM) 208, das ebenfalls als ein Batterieenergiesteuermodul (Battery Energy Control Module - BECM) bezeichnet werden kann, aufweisen, das die Leistung des Batteriepacks 124 überwacht und steuert. Das BECM 208 kann mehrere Batteriepack-Pegelkenndaten, wie etwa den Packstrom, der von einem Stromsensor 206 gemessen wird, die Packspannung 210 und die Packtemperatur 212 überwachen.
Zusätzlich zu den Packpegelkenndaten können Pegelkenndaten der Batteriezellen vorhanden, die gemessen und überwacht werden müssen. Beispielsweise können die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle gemessen werden. Ein System kann ein Sensormodul 204 verwenden, um die Kenndaten einer oder mehrerer Batteriezellmodule 202 zu messen. Die Kenndaten können die Spannung, die Temperatur, das Alter, die Zahl der Lade-/Entladezyklen usw. der Batteriezelle einschließen. Typischerweise misst ein Sensormodul die Spannung der Batteriezelle. Batteriezellspannung kann die Spannung einer einzelnen Zelle oder einer Gruppe von Zellen, die elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind, sein. Das Batteriepack 124 kann bis zu N_c Sensormodule 204 verwenden, um die Kenndaten aller Batteriezellen 202 zu messen. Jedes der Sensormodule 204 kann die Messwerte zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung an das BECM 208 übertragen. Das Sensormodul 204 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BCM 208 übertragen. Das Batteriepack 124 kann ebenfalls ein Batterieverteilermodul (BDM) 214 enthalten, das den Stromfluss in das und aus dem Batteriepack 200 ermöglicht.
In einer anderen Ausführungsform wird die Batteriepackspannung nicht direkt gemessen. Hier ist die Batteriepackspannung eine Summe individueller Zellspannungen. Die Nummerierung der Batteriezellen kann von 1 zu N in aufsteigender Reihenfolge zunehmen, wobei beim negativen Anschluss begonnen wird und in Richtung des positiven Anschlusses gearbeitet wird. Die Namen der Module werden ebenfalls als ein Beispiel bereitgestellt, andere Namen und Architekturen können verwendet werden, um die Konzepte dieser Anmeldung umzusetzen. Zum Beispiel kann das Batteriesteuermodul (208) als ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) bezeichnet werden oder das Batterieverteilermodul (214) kann als ein elektrisches Leitungszentrum (bussed electrical center - BEC) bezeichnet werden.
3 ist eine graphische Darstellung 300 einer Kapazität 302 einer Traktionsbatterie in Bezug auf eine Anzahl an Zyklen 304. Vier 25-Ah-PHEV-Lithiumionenzellen wurden bei 3,5 C für 20 Minuten geladen, 5 Minuten in Ruhe gelassen, dann bei 2 C auf eine Grenze von 2,5 V entladen und 5 Minuten in Ruhe gelassen. Dieser zyklische Betrieb wurde kontinuierlich wiederholt und die abgegebene Kapazität wird gegenüber der Zyklusanzahl graphisch dargestellt. Die 42-°C-Line, die bei 308 dargestellt wird, stellt zwei Zellen dar, die bei 42 °C zyklisch betrieben wurden, und die 15-°C-Linie 306 stellt zwei Zellen dar, die bei 15 °C zyklisch betrieben wurden.
4 ist eine graphische Darstellung 400 eines Kapazitätsretentionsprozentsatz 402 einer Traktionsbatterie in Bezug auf eine Anzahl an Zyklen 404. Zwei 5P4S-, 15-AH-BEV-Zellmodule einer geringfügig anderen Lithiumionenchemie als jene, die durch 4 dargestellt ist, wurden bei 1,5 C schnell geladen, in Ruhe gelassen, bei 2 C auf 2,85 V entladen und in Ruhe gelassen. Dieser zyklische Betrieb wurde kontinuierlich wiederholt und die abgegebene Kapazität wurde als Prozentsatz der anfänglichen Kapazität gegenüber der Zyklusanzahl angegeben. Die 45-°C-Linie 406 veranschaulicht die Beziehung nach dem zyklischen Betrieb bei 45 °C und die 25-°C-Linie 408 veranschaulicht die Beziehung nach dem zyklischen betrieb bei 25 °C.
5 ist eine graphische Darstellung 500 eines normalisierten Entladungswiderstands 502 einer Traktionsbatterie in Bezug auf eine Anzahl an Zyklen 504. Der Widerstand derselben zwei 5P4S-, 15-AH-BEV-Zellmodule, die in 4 verwendet wurden, wird gegenüber der Zyklusanzahl graphisch dargestellt. Der Verlauf wird durch eine 25-°C-Linie 506, die bei 25 °C zyklisch betrieben wurde, und eine 45-°C-Linie 508 dargestellt, die bei 45 °C zyklisch betrieben wurde. Diese empirischen Daten bestätigen den betrieb der vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der jede bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, darunter unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie Nur-Lese-Speicher(ROM)-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeicher-(Random Access Memory-RAM)-Vorrichtungen und weiteren magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits-ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Anordnungen (Field-Programmable Gate Arrays-FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstiger Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausgeführt sein.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein könnten, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein Wärmesystem für eine Batterie; und eine Steuerung für das Wärmesystem, die konfiguriert ist zum, bei Fahrzeugbewegung, Kühlen der Batterie, wenn eine Temperatur der Batterie einen unteren Schwellenwert überschreitet, und Verhindern von Leistungsübertragung mit der Batterie, wenn die Temperatur einen oberen Schwellenwert überschreitet, und bei Kopplung mit einer Ladestation, Heizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen dem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung bei Kopplung mit einer Ladestation ferner zum Vorheizen der Batterie auf eine Temperatur unter dem oberen Schwellenwert um eine Menge, um welche die Batterie der Vorhersage nach steigen soll, konfiguriert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung bei Fahrzeugbewegung und einer vorhergesagten Ankunft bei einer Ladestation, bei welcher eine Summe einer vorhergesagten Änderung der Temperatur der Batterie und einer aktuellen Batterietemperatur zwischen den unteren Schwellenwert und den oberen Schwellenwert fällt, ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie konfiguriert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie konfiguriert ist, um es der Temperatur der Batterie zu ermöglichen, auf ein Niveau unter dem oberen Schwellenwert um eine Menge zu steigen, um welche die Batterie der Vorhersage nach steigen soll, während sie mit der Ladestation gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie, um es der Temperatur der Batterie zu ermöglichen, auf ein Niveau unter dem oberen Schwellenwert um eine Menge zu steigen, um welche die Batterie der Vorhersage nach steigen soll, während sie mit der Ladestation gekoppelt ist, und zum Anschalten eines Kühlsystems konfiguriert ist, wenn sich die Batterietemperatur innerhalb einer vorbestimmten Menge des oberen Schwellenwert befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner zum Einstellen einer Rate konfiguriert ist, bei welcher der Batterie Ladung derart als eine Funktion eines Batterieladestatus (SOC) bereitgestellt wird, dass sich die Rate verringert, wenn der SOC steigt.
Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugtraktionsbatterie, umfassend: bei einem Schlüssel-Einschalt-Zustand, Anschalten eines Batteriekühlers, wenn sich eine Temperatur der Batterie über einem unteren Schwellenwert befindet, und Beschränken der Leistung, die mit der Batterie übertragen wird, wenn sich die Temperatur über einem oberen Schwellenwert befindet; und bei Kopplung mit einer Ladestation, Vorheizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen dem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert vor dem Leiten eines Stroms zu der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 7 wobei das Vorheizen Deaktivieren eines Batteriekühlers beinhaltet, wenn sich die Batterie über dem unteren Schwellenwert befindet.
Verfahren nach Anspruch 7 wobei das Vorheizen der Batterie Aktivieren eines Batterieheizers beinhaltet, wenn sich die Batterie über dem unteren Schwellenwert befindet.
Batteriesystem, umfassend: eine Batterie; und eine Steuerung, die konfiguriert ist zum, als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der Batterie einen oberen Schwellenwert bei Fahrzeugbewegung überschreitet, Verhindern der Leistungsübertragung mit der Batterie, und als Reaktion darauf, dass die Batterie mit einer Ladestation gekoppelt ist, Heizen der Batterie auf eine Temperatur zwischen einem unteren Schwellenwert und dem oberen Schwellenwert.
Batteriesystem nach Anspruch 10, wobei die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Temperatur den unteren Schwellenwert bei Fahrzeugbewegung überschreitet, ferner zum Kühlen der Batterie konfiguriert ist.
Batteriesystem nach Anspruch 10, wobei Verhindern der Leistungsübertragung mit der Batterie Ausgeben eines Signals zum Öffnen von Schaltern beinhaltet, die zwischen der Batterie und Lasten der Batterie gekoppelt sind.
Batteriesystem Anspruch 10, wobei die Steuerung bei Fahrzeugbewegung und einer vorhergesagten Ankunft bei einer Ladestation, bei welcher eine Summe einer vorhergesagten Änderung der Temperatur der Batterie und einer aktuellen Batterietemperatur zwischen den unteren Schwellenwert und den oberen Schwellenwert fällt, ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie konfiguriert ist, um Selbstheizen der Batterie zu gestatten.
Batteriesystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie konfiguriert ist, um es der Temperatur der Batterie zu ermöglichen, auf ein Niveau unter dem oberen Schwellenwert um eine Menge zu steigen, um welche die Batterie der Vorhersage nach steigen soll, während sie mit der Ladestation gekoppelt ist.
Batteriesystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner zum Verhindern des Kühlens der Batterie, um es der Temperatur der Batterie zu ermöglichen, auf ein Niveau unter dem oberen Schwellenwert um eine Menge zu steigen, um welche die Batterie der Vorhersage nach steigen soll, während sie mit der Ladestation gekoppelt ist, und zum Anschalten eines Kühlsystems konfiguriert ist, wenn sich die Batterietemperatur innerhalb einer vorbestimmten Menge des oberen Schwellenwert befindet.