DE102018107307A1

DE102018107307A1 - Hev-batterieverwaltungssystem zum erzeugen von bordexterner leistung

Info

Publication number: DE102018107307A1
Application number: DE102018107307.0A
Authority: DE
Inventors: Christopher W. Bell; Tianbo XU; Mark J. Ferrel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US10227067B2; US20180281773A1; CN108688483A

Abstract

Ein Hybridelektrofahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor (ICE) und eine elektrische Maschine, die an eine Batterie gekoppelt sind, ein bordexternes Leistungs(OBP)-System und eine Steuerung, die dazu konfiguriert sind, interne elektrische Lasten des Fahrzeugs und zum Batterieladen sowie externe elektrische Lasten mit Leistung zu versorgen. Die Steuerung überwacht die elektrischen Lasten und reagiert auf ein OBP-Signal, das eine externe elektrische Last identifiziert, und befiehlt dem ICE und der elektrischen Maschine, eine Leistung zu erzeugen, die größer oder gleich den Lasten ist. Dadurch wird gewährleistet, dass ein Batterieladestatus aufrechterhalten wird und nicht durch Leistungsabgabe an die externen Lasten geleert wird. Die Steuerung erzeugt zudem ein Leistungsdifferenzsignal, das eine Differenz zwischen der durch die elektrische Maschine erzeugten Leistung und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert, sodass die Steuerung die erzeugte kombinierte Leistung einstellen kann, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Hybridelektrofahrzeuge mit elektrischen Maschinen, die dazu konfiguriert sind, bordexterne Leistung zuzuführen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicles - HEVs), die einen Verbrennungsmotor (internal combustion engine - ICE) und mit Batterien gekoppelte elektrische Maschinen oder Traktionsmotoren/Generatoren (M/Gs) aufweisen, sind typischerweise dazu konfiguriert, eine optimale Batterielebensdauer durch gesteuerte Lade-und Entladezyklen der Batterien aufrechtzuerhalten. Für bestimmte Anwendungen sind HEVs zudem konfiguriert, dem Fahrzeug und bordexterner elektrischer Ausrüstung externe Energie zuzuführen. Das Abgeben bordexterner elektrischer Leistung von dem HEV kann zu wiederholten, unerwünschten Batterielade- und -entladezyklen führen.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung bietet neue Fähigkeiten zu verbesserten Steuerung und Verwaltung von Batterielade- und -entlade-/-entleerungszyklen, wenn das HEV dazu konfiguriert ist, bordexterne elektrische Leistung zuzuführen. Die Innovation ermöglicht optimale und beschränkte Batterielade-/-entladezyklen während der Abgabe solcher bordexternen Leistung. Dieses verbesserte System und Betriebsverfahren richtet eine geschlossene Steuerfähigkeit sowohl der bordexternen Leistungsabgabe als auch der batterieladenden/-entladenden Antriebsstrangteilsysteme ein. Das HEV ist dazu konfiguriert, ein Fehlersignal zu erzeugen, das die Differenz zwischen der bordexternen Leistungsabgabe und der Kombination der M/G-Ausgabe und anderer Fahrzeugleistungslasten identifiziert. Dieses Fehlersignal wird kontinuierlich überwacht und die HEV-Komponenten werden eingestellt, um die Fehlersignaldifferenz zu minimieren. Die Minimierung der Leistungsdifferenz verhindert wiederholte und unerwünschte Batterielade- und -entleerungszyklen und Laden während der bordexternen Leistungsabgabe.
Das verbesserte HEV beinhaltet einen ICE und eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor/Generator (M/G), die an eine Batterie gekoppelt sind, ein bordexternes Leistungs(off-board power - OBP)-System und eine oder mehrere Steuerungen, die dazu konfiguriert sind, interne und externe elektrische Lasten mit Leistung zu versorgen. Die Steuerung(en) überwacht bzw. überwachen die internen und externen elektrischen Lasten und einen Ladezustand (state-of-charge - SoC) der Batterie, der abnehmen und ein Batterieladen erfordern kann. Die Steuerung(en) reagiert bzw. reagieren auf ein OBP-Signal, das eine externe elektrische Last identifiziert, und befiehlt bzw. befehlen dem ICE und M/G eine Leistung zu erzeugen, die größer oder gleich der internen, externen und den Batterieladelasten ist. Die Steuerung(en) ist bzw. sind dazu konfiguriert, den SoC aufrechtzuerhalten und eine Entleerung desselben zu verhindern, während den externen Lasten elektrische Leistung zugeführt wird, sodass ein unerwünschter Abbau der Batterielebensdauer verhindert wird, der eine Folge von wiederholten Batterielade-/-entladezyklen sein kann, die anderweitig in Zusammenhang mit der bordexternen Leistungsabgabe stehen.
Die Steuerung(en) erzeugt bzw. erzeugen zudem ein Leistungsdifferenzsignal, das eine Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten Leistung und der Leistung, die durch interne und externe elektrische Lasten verbraucht wird, elektrische Batterieladelasten identifiziert. Die Steuerung(en) kann bzw. können das Leistungsdifferenzsignal minimieren, indem die erzeugte Leistung des M/G derart eingestellt wird, dass die Batterielade-/-entladezyklen auch minimiert werden. Während der Abgabe von bordexterner Leistung können andere Komponenten und Systeme des HEV über ein durch den M/G aktuell erzeugtes Maß hinaus Leistung verbrauchen, die von der Batterie abgegeben werden kann. Die Steuerung(en) überwacht bzw. überwachen zudem den Batterie-SoC und befehlen dem M/G zusätzliche Leistung zu derjenigen zu erzeugen, die bordexternen elektrischen Lasten zugeführt wird, um die Batterie wiederaufzuladen, wenn der SoC unter einen Ladeschwellenwert fällt.
Zusätzlich dazu überwacht bzw. überwachen die Steuerung(en) in weiteren Variationen der Offenbarung das OBP-System, um Zu- und Abnahmen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen. Als Reaktion auf erkannte Zunahmen bei dem elektrischen Bedarf von bordexternen elektrischen Lasten kann bzw. können die Steuerung(en) dem M/G befehlen, zusätzliche Leistung zu erzeugen, und wenn der Bedarf die Kapazität des M/G übersteigt, kann der zusätzliche Bedarf von der Batterie abgegeben werden. Wenn der erhöhte Bedarf die Kapazität sowohl des M/G als auch der Batterie übersteigt, kann bzw. können die Steuerung(en) in weiteren Modifikationen ein Überschussbedarfssignal erzeugen, das eine Einstellung der an das OBP-System, die Batterie oder an beide abgegebenen Leistung befiehlt, und sie kann bzw. können zudem die Abgabe von Leistung an das OBP-System beenden, um das Wiederaufladen der Batterie zu priorisieren.
Die Steuerung(en) kann bzw. können zudem die kombinierten externen und internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs überwachen. Als Reaktion darauf, dass die kombinierten Lasten eine maximale elektrische Erzeugungskapazität des M/G übersteigen, kann bzw. können die Steuerung(en) die an die externen Lasten abgegebene Leistung reduzieren, während Leistung abgegeben wird, die durch eine oder mehrere der internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs angefordert wird, welche zum Beispiel den ICE, ein Kabinenkühlsystem, Fahrzeuglichter, eine hydraulische Druckpumpe und andere Fahrzeugkomponenten beinhalten können. Andere Modifikation, die durch diese Offenbarung in Betracht gezogen werden, beinhalten die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, Änderungen bei den internen elektrischen Lasten und den externen, bordexternen elektrischen Lasten (off-board loads - OBLs) zu erkennen und den ICE derart einzustellen, dass er jeweils und entsprechend die durch den M/G erzeugte Leistung entsprechend erhöht bzw. verringert.
Die Steuerung(en) empfängt bzw. empfangen als Reaktion ein Prioritätssignal, das mindestens eine oder mehrere mögliche Rekonfigurationen von Folgendem befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführten Leistung, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externen elektrischen Lasten abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern. In anderen Variationen, die eine Batterieentladung beinhalten, kann ein Signal für eine schwache Batterie erzeugt werden, wenn sich ein Ladezustand (SoC) der Batterie auf einen vorbestimmten Mindest-SoC- oder Ladeschwellenwert verringert, um die Abgabe von Leistung an eine oder mehrere der externen und/oder internen elektrischen Lasten einzustellen, zu reduzieren und/oder zu beenden, um das Wiederaufladen der Batterie zu ermöglichen.
Das HEV beinhaltet zudem Anordnungen, bei denen der ICE an den M/G, die Batterie und mindestens eine Steuerung gekoppelt ist, die dazu konfiguriert sind, die internen und externen elektrischen Lasten mit Leistung zu versorgen, und bei denen die Steuerung dazu konfiguriert ist, interne elektrische Lasten des Fahrzeugs, Batterieladung und externe elektrische Lasten zu überwachen und dem ICE und M/G zu befehlen, eine Leistung zu erzeugen, die gleich den Lasten ist oder diese übersteigt, und die an die externen Lasten Leistung abgibt, sodass ein Batterieladestatus unverändert bleibt. Wie bei anderen Variationen ist die mindestens eine Steuerung wieder dazu konfiguriert, das Leistungsdifferenzsignal zu erzeugen, das die Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten Leistung und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert, und die durch den M/G erzeugte Leistung einzustellen, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren.
Die Steuerungen sind zudem dazu konfiguriert, den Batterie-SoC zu überwachen und den M/G derart einzustellen, dass er zusätzliche Leistung erzeugt, um die Batterie als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter den Ladeschwellenwert verringert, zu laden. In dieser Anpassung kann zudem integriert sein, dass das OBP-System an die Steuerung und andere Komponenten gekoppelt ist und dass die Steuerungen ferner dazu ausgelegt sind, das OBP-System zu überwachen, um Erhöhungen oder Verringerungen bei den externen Lasten zu erkennen. Als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfs an das OBP-System durch die OBLs, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, erzeugen die Steuerungen ein Überschussbedarfssignal, das eine Unterbrechung der Abgabe von Leistung an das OBP-System befiehlt. Für verringerte und erhöhte Bedarfe der externen OBL, die nicht das Maximum übersteigen, sind die Steuerungen dazu konfiguriert, den ICE derart einzustellen, dass er die durch den M/G erzeugte Leistung entsprechend verringert bzw. erhöht, und Leistung an die externen elektrischen Lasten abzugeben. Wie bereits beschrieben, können die Steuerungen in dieser Variation zudem das Prioritätssignal und das Signal für eine schwache Batterie empfangen, die weitere modifizierte Konfigurationen befehlen und/oder ermöglichen.
Die Offenbarung ist zusätzlich auf Betriebsverfahren des HEV gerichtet, die das Bereitstellen des ICE und des M/G beinhalten, welcher mit der Batterie und dem OBP-System gekoppelt ist, die dazu konfiguriert sind, interne und externe elektrische Lasten mit Leistung zu versorgen. Das Verfahren ermöglicht zudem das Erzeugen durch die eine oder mehreren Steuerungen und als Reaktion auf das OBP-Signal einer Leistung, die gleich den Lasten ist oder diese übersteigt, sowie das Abgeben von Leistung an die externen Lasten, sodass der Batterie-SoC aufrechterhalten wird. Das Verfahren kann zudem das Erzeugen eines Leistungsdifferenzsignals durch die Steuerung, das die Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert, und das Einstellen der erzeugten Leistung beinhalten, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren. In modifizierten Anordnungen kann das Verfahren das Überwachen des SoC der Batterie durch die Steuerung und das Einstellen des M/G, zusätzliche Leistung zu erzeugen, in Betracht ziehen, um die Batterie als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter den Ladeschwellenwert verringert, zu laden.
In die Betriebsverfahren ist ferner Folgendes integriert: Überwachen des OBP-Systems durch die Steuerung, um Erhöhungen oder Verringerungen bei den elektrischen Lasten zu erkennen, und als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfs für das OBP-System, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals, das eine Unterbrechung der Abgabe von Leistung an das OBP-System befiehlt. Als Reaktion auf das erzeugte Überschussbedarfssignal sind die Steuerungen zudem ausgelegt, als Reaktion das Prioritätssignal zu empfangen, das eine oder mehrere Rekonfigurationen von Folgendem, wie angemerkt, befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführten Leistung, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externen elektrischen Lasten abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern.
Diese Kurzdarstellung der Umsetzungen und Konfigurationen der HEVs und beschriebenen Komponenten und Systeme stellt eine Auswahl von beispielhaften Umsetzungen, Konfigurationen und Anordnung in einer vereinfachten und weniger technisch detaillierten Anordnung vor, und solche sind ferner nachstehend in der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Veranschaulichungen und Zeichnungen sowie den darauffolgenden Patentansprüchen ausführlicher beschrieben.
Es ist weder beabsichtigt, dass diese Kurzdarstellung zentrale oder wesentliche Merkmale der beanspruchten Technik identifiziert, noch ist beabsichtigt, dass sie als Hilfsmittel bei der Bestimmung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen wird. Die hier erörterten Merkmale, Funktionen, Fähigkeiten und Vorteile können unabhängig voneinander in verschiedenen beispielhaften Umsetzungen erreicht werden oder in noch anderen beispielhaften Umsetzungen kombiniert werden, wie es hier an anderer Stelle genauer beschrieben ist und was zudem für den einschlägigen Fachmann unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen nachvollzogen werden kann.
Figurenliste
Ein umfassenderes Verständnis der beispielhaften Umsetzungen der vorliegenden Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Patentansprüche abgeleitet werden, wenn diese gemeinsam mit den folgenden Figuren betrachtet werden, in denen sich gleiche Bezugszeichen in allen Figuren auf ähnliche oder identische Elemente beziehen. Die Figuren und Anmerkungen darin werden zur Erleichterung des Verständnisses der Offenbarung bereitgestellt, ohne die Breite, den Schutzumfang, den Geltungsbereich oder die Anwendbarkeit der Offenbarung einzuschränken. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu.

1 ist eine Veranschaulichung gemäß der Offenbarung eines Hybridelektrofahrzeugs und seiner Systeme, Komponenten, Sensoren, Aktoren und Betriebsfunktionen; und
2 veranschaulicht bestimmte Aspekte der in 1 abgebildeten Offenbarung und beschreibt Beispiele und Verfahrensschritte, die andere Betriebsfähigkeiten der Offenbarung abbilden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden in dieser Schrift detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; möglicherweise werden manche Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hierin offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Der Durchschnittsfachmann sollte verstehen, dass verschiedene Merkmale, Komponenten und Prozesse, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen, Komponenten und Prozessen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen herzustellen, die dem Fachmann ersichtlich sein sollten, aber unter Umständen nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Bei den Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen handelt es sich um repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein und sollten ohne Weiteres im Bereich des Fachwissens, der Fertigkeiten und Fähigkeiten derer liegen, die auf den relevanten Fachgebieten tätig sind.
Unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren und Veranschaulichungen, welche 1 und 2 beinhalten, und insbesondere auf 1 ist ein Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 100 gezeigt und veranschaulicht repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten des HEV 100. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs 100 kann variieren. Das Fahrzeug 100 beinhaltet eine Kraftübertragung 105, die einen Antriebsstrang 110 aufweist, der einen Verbrennungsmotor (ICE) 115 und eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor-Startergenerator (M/G) 120 beinhaltet, die Leistung und Drehmoment erzeugen, um das Fahrzeug 100 anzutreiben. Der Motor 115 ist ein durch Benzin, Diesel, Biokraftstoff, Erdgas oder einen alternativen Kraftstoff angetriebener Motor oder eine Brennstoffzelle, der bzw. die zusätzlich zu anderen Formen von Elektro-, Kühl-, Heiz-, Vakuum-, Druck- und Hydraulikleistung mittels Frontend-Motornebenaggregaten, die hier an anderer Stelle beschrieben sind, ein Ausgangsdrehmoment erzeugt. Der Motor 115 ist mit einer Ausrückkupplung 125 an die elektrische Maschine oder den M/G 120 gekoppelt. Der Motor 115 erzeugt derartige Leistung und zugehöriges Motorausgangsdrehmoment zur Übertragung an den M/G 120, wenn die Ausrückkupplung 125 mindestens teilweise eingekuppelt ist.
Der M/G 120 kann ein beliebiger einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen sein und zum Beispiel ein permanenterregter Synchronmotor, Stromgenerator und Motorstarter 120 sein. Wenn die Ausrückkupplung 125 zum Beispiel mindestens teilweise eingekuppelt ist, können Leistung und Drehmoment von dem Motor 115 an den M/G 120, um den Betrieb mit negativem Drehmoment als elektrischer Generator zu ermöglichen, und an andere Komponenten des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Auf ähnliche Weise kann der M/G 120 bei Fahrzeugen, die einen unabhängigen Motorstarter 135 beinhalten oder nicht, als Starter für den Motor 115 betrieben werden, wenn die Ausrückkupplung 125 teilweise oder vollständig eingekuppelt ist, um Leistung und Drehmoment über Ausrückkupplungsantriebswellen 130 an den Motor 115 zu übertragen, um den Motor 115 zu starten.
Ferner kann der M/G oder die elektrische Maschine 120 den Motor 115 in einem „Hybridelektromodus“ oder einem „elektrisch unterstützten Modus“ durch das Übertragen von zusätzlicher Leistung und zusätzlichem Drehmoment an die Antriebswellen 130 und 140 unterstützen. Zudem kann der M/G 120 in einem rein elektrischen Modus betrieben werden, in dem der Motor 115 durch die Ausrückkupplung 125 entkoppelt und abgeschaltet wird, was ermöglicht, dass der M/G 120 positives oder negatives Drehmoment an die M/G-Antriebswelle 140 zum Vorwärts- und Rückwärtsantrieb überträgt. Im Generatormodus kann dem M/G 120 zudem befohlen werden, negatives Drehmoment (das nicht zum Antrieb an die Welle 140 übertragen wird) herzustellen und dadurch Elektrizität zum Laden von Batterien und Antreiben von elektrischen Systemen des Fahrzeugs zu erzeugen, während der Motor 115 Antriebsleistung für das Fahrzeug 100 erzeugt. Der M/G 120 kann zudem Nutzbremsen durch Umwandlung von kinetischer Rotationsenergie aus dem Antriebsstrang 110 und/oder den Rädern 154 während der Verzögerung in regenerierte elektrische Energie zur Speicherung in einer oder mehreren Batterien 175, 180 ermöglichen, was nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Die Ausrückkupplung 125 kann ausgekuppelt werden, um zu ermöglichen, dass der Motor 115 unabhängig anhält oder läuft, um Motornebenaggregate anzutreiben, während der M/G 120 Antriebsleistung und Drehmoment erzeugt, um das Fahrzeug 100 über eine M/G-Antriebswelle 140, Drehmomentwandlerantriebswelle 145 und Getriebeabtriebswelle 150 anzutreiben. In anderen Anordnungen können sowohl der Motor 115 als auch der M/G 120 betrieben werden, wenn die Ausrückkupplung 125 vollständig oder teilweise eingekuppelt ist, um das Fahrzeug 100 zusammenwirkend durch die Antriebswellen 130, 140, 150, ein Differential 152 und Räder 154 anzutreiben. Die Kraftübertragung 105 kann ferner modifiziert werden, um Nutzbremsen von einem oder einem beliebigen Rad 154 unter Verwendung einer auswählbaren und/oder steuerbaren Differenzmomentkapazität zu ermöglichen.
Die Antriebswelle 130 des Motors 115 und M/G 120 kann eine kontinuierliche, einzelne Durchgangswelle sein, die Teil der M/G-Antriebswelle 140 und mit dieser einstückig ist, oder für Antriebsstränge 110, die Konfigurationen mit mehreren in Reihe oder anderweitig gekoppelten M/G 120 beinhalten, eine separate, unabhängige Antriebswelle 130 sein, die dazu konfiguriert sein kann, sich unabhängig von der M/G-Antriebswelle 140 zu drehen. Das Schema aus 1 zieht zudem alternative Auslegungen mit mehr als einem Motor 115 und/oder M/G 120 in Betracht, die von den Antriebswellen 130, 140 versetzt sein können und bei denen einer oder mehrere der Motoren 115 und M/Gs 120 in Reihe und/oder parallel an anderer Stelle in der Kraftübertragung 105 positioniert sind, wie etwa zwischen oder als Teil von einem Drehmomentwandler und einem Getriebe, abseits der Achse der Antriebswellen und/oder an anderer Stelle und in anderen Anordnungen. Noch andere Variationen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Kraftübertragung 105 und der Antriebsstrang 110 beinhalten zudem einen Drehmomentwandler (torque convertor - TC) 155, der den Motor 115 und M/G 120 des Antriebsstrangs 110 mit einem und/oder an ein Getriebe 160 koppelt. Das Getriebe 160 kann ein mit mehreren Übersetzungsverhältnissen und/oder mehreren oder variablen Drehmomentverstärkungsverhältnissen ausgestattetes Automatik- und/oder Handschaltgetriebe oder Schaltgetriebe 160 sein, das eine Vielzahl von auswählbaren Gängen aufweist. Der TC 155 kann ferner eine Überbrückungskupplung und ein Kupplungsschloss 157 enthalten, die zudem als Anfahrkupplung betrieben werden kann, um weitere Steuerung und Konditionierung der Leistung und des Drehmoments, die von dem Antriebsstrang 110 an andere Komponenten des Fahrzeugs 100 übertragen werden, zu ermöglichen.
In anderen Variationen ist eine Getriebeölpumpe 165 enthalten und an den M/G 120 gekoppelt, um Hydrauliköldruck für eine beliebige Anzahl von Komponenten zu erzeugen, die zum Beispiel die Trenn- oder Ausrückkupplung 125, den Drehmomentwandler 155, die Überbrückungskupplung 157 und das Getriebe 160 beinhalten können, wenn der Motor 115 entkoppelt und/oder abgeschaltet wird. Eine elektrische Hilfsgetriebeölpumpe 170 kann ebenfalls zur Verwendung alleine oder in Kombination mit anderen Komponenten enthalten sein und um zudem Hydraulikdruck zuführen und/oder zu erzeugen, wenn sowohl der Motor 115 als auch der M/G 120 abgeschaltet sind oder anderweitig nicht dazu in der Lage sind, Hydraulikdruck herzustellen.
Der Antriebsstrang 110 und/oder die Kraftübertragung 105 beinhalten ferner eine oder mehrere Batterien 175, 180. Eine oder mehrere derartige Batterien können eine Gleichstrombatterie oder -batterien 175 mit höherer Spannung sein, die in Bereichen von etwa 48 bis 600 Volt und mitunter zwischen etwa 140 und 300 Volt oder mehr oder weniger betrieben wird/werden und die dazu verwendet wird/werden, Leistung für den M/G 120 und während des Nutzbremsens sowie für andere Komponenten und Nebenaggregate des Fahrzeugs zu speichern und zuzuführen. Andere Batterien können (eine) Gleichstrombatterie(n) 180 mit niedrigerer Spannung sein, die in dem Bereich zwischen etwa 6 und 24 Volt oder mehr oder weniger betrieben wird/werden und die dazu verwendet wird/werden, Leistung für den Starter 135 zum Starten des Motors 115 sowie für andere Komponenten und Nebenaggregate des Fahrzeugs zu speichern und zuzuführen.
Die Batterien 175, 180 sind durch verschiedene mechanische und elektrische Schnittstellen und Fahrzeugsteuerungen, wie sie hier an anderer Stelle beschrieben sind, jeweils an den Motor 115, M/G 120 und das Fahrzeug 100 wie in 1 dargestellt gekoppelt. Die Hochspannungs(high voltage - HV)-M/G-Batterie 175 ist zudem durch eines oder mehrere von einem Elektromotorsteuermodul (motor control module - MCM), einem Batteriesteuermodul (battery control module - BCM) und/oder Leistungselektronik 185, die dazu konfiguriert sind, durch die Hochspannungs(HV)-Batterie 175 für den M/G 120 bereitgestellte Gleichstromleistung (direct current - DC) zu konditionieren, an den M/G 120 gekoppelt. MCM/BCM/Leistungselektronik 185 sind zudem dazu ausgelegt, DC-Batterieleistung in Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) umzuwandeln, wie es typischerweise erforderlich ist, um die elektrische Maschine oder den M/G 120 anzutreiben. MCM/BCM/Leistungselektronik 185 sind zudem dazu ausgelegt, eine oder mehrere Batterien 175, 180 mit Energie aufzuladen, die durch den M/G 120 und/oder Komponenten des Frontend-Nebenaggregatantriebs erzeugt wird, und bei Bedarf anderen Fahrzeugkomponenten Leistung zuzuführen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Fahrzeug 100 ferner zusätzlich zu dem/der MCM/MCM/Leistungselektronik 185 eine oder mehrere Steuerungen und Rechenmodule und -systeme, die eine Vielfalt von Fahrzeugfähigkeiten ermöglichen. Zum Beispiel können in dem Fahrzeug 100 eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 200 und ein Fahrzeugrechensystem (vehicle computing system - VCS) und eine -steuerung 205 integriert sein, die mit dem MCM/BCM 185, anderen Steuerungen und einem Fahrzeugnetzwerk, wie etwa einem Controller Area Network (CAN) 210, und einem größeren Fahrzeugsteuersystem und anderen Fahrzeugnetzwerken, die andere mikroprozessorbasierte Steuerungen beinhalten, wie sie hier an anderer Stelle beschrieben sind, in Kommunikation stehen. Das CAN 210 kann zudem zusätzlich zu Kommunikationsverbindungen zwischen Steuerungen, Sensoren, Aktoren und Fahrzeugsystemen und -komponenten Netzwerksteuerungen beinhalten.
Während das MCM/BCM 185, die VSC 200 und das VCS 205 hier zu Beispielzwecken als diskrete einzelne Steuerungen veranschaulicht sind, können sie andere Steuerungen und andere Sensoren, Aktoren, Signale und Komponenten, die Teil der größeren Fahrzeug- und Steuersysteme und internen und externen Netzwerke sind, steuern, durch diese gesteuert werden, Signale zu und von diesen kommunizieren und Daten mit diesen austauschen. Die in Verbindung mit jeder beliebigen konkreten mikroprozessorbasierten Steuerung, die hier in Betracht gezogen wird, beschriebenen Fähigkeiten und Auslegungen können zudem in einer oder mehreren anderen Steuerungen ausgeführt sein und über mehr als eine Steuerung verteilt sein, sodass mehrere Steuerungen einzeln, gemeinsam, in Kombination und zusammenwirkend eine derartige Fähigkeit und Konfiguration ermöglichen. Dementsprechend soll sich eine Nennung „einer Steuerung“ oder „der Steuerung(en)“ auf derartige Steuerungen in der Konnotation sowohl des Singulars als ebenfalls des Plurals sowie einzeln, gemeinsam und in verschiedenen geeigneten zusammenwirkenden und verteilten Kombinationen beziehen.
Ferner soll Kommunikation über das Netzwerk und CAN 210 das Reagieren auf, Teilen, Übertragen und Empfangen von Befehlen, Signalen, Daten, Steuerlogik und Informationen zwischen Steuerungen und Sensoren, Aktoren, Steuereinrichtungen und Fahrzeugsystemen und -komponenten beinhalten. Die Steuerungen kommunizieren mit einer oder mehreren steuerungsbasierten Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Schnittstellen, die als einzelne integrierte Schnittstellen umgesetzt sein können, die eine Kommunikation von Rohdaten und Signalen und/oder Konditionierung, Verarbeitung und/oder Umwandlung von Signalen, Kurzschlussschutz, Schaltkreisisolierung und ähnliche Fähigkeiten ermöglichen. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmwarevorrichtungen, Steuerungen und Ein-Chip-Systeme (systems on a chip - SoCs) verwendet werden, um bestimmte Signale während der Kommunikation und vor und nach deren Kommunikation vorzukonditionieren und vorzuverarbeiten.
In weiteren Veranschaulichungen können das bzw. die MCM/BCM 185, VSC 200, VCS 205, CAN 210 und andere Steuerungen einen oder mehrere Mikroprozessoren oder Hauptprozessoren (central processing unit - CPU) in Kommunikation mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien beinhalten. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (read-only memory- ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und nichtflüchtigem Speicher oder Keep-Alive-Speicher (NVRAM oder KAM) beinhalten. NVRAM oder KAM ist ein Dauerspeicher oder nichtflüchtiger Speicher, der dazu verwendet werden kann, verschiedene Befehle, ausführbare Steuerlogik und -anweisungen sowie Code, Daten, Konstanten, Parameter und Variablen zu speichern, die zum Betreiben des Fahrzeugs und der Systeme notwendig sind, während das Fahrzeug und die Systeme und Steuerungen und CPUs abgeschaltet oder von der Stromzufuhr getrennt sind. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbare Festwertspeicher), EPROMs (elektronische PROM), EEPROMs (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder anderen elektronischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern und Kommunizieren von Daten in der Lage sind.
Das Augenmerk wird erneut auf 1 gerichtet, in der das Fahrzeug 100 zudem beinhalten kann, dass es sich bei dem VCS 205 um das bordeigene Fahrzeugrechensystem SYNC handelt, das durch die Ford Motor Company hergestellt wird (siehe zum Beispiel US-Pat. Nr. 9.080.668 ). Das Fahrzeug 100 kann zudem eine bzw. ein Antriebsstrangsteuereinheit/-modul (powertrain control unit/module - PCU/PCM) 215 beinhalten, die bzw. das an die VSC 200 oder eine andere Steuerung gekoppelt ist und an das CAN 210 und den Motor 115, M/G 120 und TC 155 gekoppelt ist, um jede Antriebsstrangkomponente zu steuern. Ein Motorsteuermodul (engine control module - ECM) oder eine Motorsteuereinheit (engine control unit - ECU) oder ein Energieverwaltungssystem (energy management system - EMS) 220 kann ebenfalls so beinhaltet sein, dass es bzw. sie jeweils integrierte Steuerungen aufweist und mit dem CAN 210 in Kommunikation steht und an den Motor 115 und die VSC 200 in Zusammenwirkung mit der PCU 215 und anderen Steuerungen gekoppelt ist. In dieser Anordnung verwalten und steuern die VSC 200 und das VCS 205 zusammenwirkend die Fahrzeugkomponenten und anderen Steuerungen, Sensoren und Aktoren. Zum Beispiel können die Steuerungen Steuerbefehle, -logik und -anweisungen sowie Code, Daten, Informationen und Signale an den Motor 115, die Ausrückkupplung 125, den M/G 120, den TC 155, das Getriebe 160, die Batterien 175, 180 und das bzw. die MCM/BCM/Leistungselektronik 185, die Bremsen 190 und andere Komponenten und Systeme und/oder von diesen kommunizieren. Die Steuerungen können zudem andere Fahrzeugkomponenten, die dem Fachmann bekannt sind, steuern und mit diesen kommunizieren, wenngleich diese nicht in den Figuren gezeigt sind. Die Ausführungsformen des Fahrzeugs 100 in 1 stellen zudem beispielhafte Sensoren und Aktoren in Kommunikation mit dem Fahrzeugnetzwerk und CAN 210 dar, die Signale zu der VSC 200, dem VCS 205 und anderen Steuerungen übertragen und von diesen empfangen können.
Als weiteres Beispiel können verschiedene andere Fahrzeugfunktionen, Aktoren und Komponenten durch die Steuerungen innerhalb der Fahrzeugsysteme und -komponenten gesteuert werden und Signale von anderen Steuerungen, Sensoren und Aktoren empfangen, die zu Zwecken der Veranschaulichung, aber nicht Einschränkung, Komponenten des Frontend-Nebenaggregatantriebs (front-end accessory drive - FEAD), wie etwa eine Getriebeölpumpe 165, eine FEAD-Lichtmaschine oder einen FEAD-Generator, einen M/G 120, Hoch- und Niederspannungsbatterien 175, 180 und verschiedene Sensoren und Komponenten zum Laden oder Entladen von Batterien (einschließlich Sensoren zum Bestimmen der maximalen Ladung, des Ladezustands (SoC) und von Entladeleistungsgrenzen), Temperaturen, Spannungen, Ströme und Batterieentladeleistung sowie andere Komponenten beinhalten. Sensoren, die mit den Steuerungen und dem CAN 210 kommunizieren, können als weiteres Beispiel unter anderem Motordrehzahl oder Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute - RPM), Raddrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeitserfassung (vehicle speed sensing - VSS), Zündschalterposition (ignition switch position - IGN) einrichten oder indizieren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 zieht die Offenbarung ein HEV 100 einschließlich eines mit einer elektrischen Maschine oder einem M/G 120 und einer Hochspannungs(HV)-Speicherbatterie 175 gekoppelten ICE 115 sowie verschiedenen Steuerungen in Betracht. (Eine) Derartige Steuerung(en) kann bzw. können zum Beispiel ein/eine MCM/BCM/Leistungselektronik 185, einen/ein PCU/PCM 215, eine VSC 200 und ein VCS 205 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, internen und externen elektrischen Lasten Leistung zuzuführen. Das HEV 100 beinhaltet interne elektrische Lasten für das ICE- 115, Beleuchtungs-, Klimasteuerungssystem, sowie eine Reihe von anderen elektrisch betätigten und betriebenen Vorrichtungen und Komponenten. Ein bordexternes Leistungssystem (OBP) 225 ist an die Steuerungen gekoppelt, einschließlich zum Beispiel der Leistungselektronik 185, und beinhaltet eine bordexterne Ausgabe (off-board output -OB) 230, bei der es sich um eine Verteilertafel von einer oder mehreren Buchsen für eine Vielzahl von möglichen bordexternen elektrischen Lasten (OBL) handeln kann. Derartige OBLs können eine beliebige Anzahl von elektrischen Lasten außerhalb des HEV 100, die dafür geeignet sein können, durch den M/G 120 und die Batterie(n) 175, 180 mit Leistung versorgt zu werden, wie etwa beispielsweise unter anderem Haushaltsgeräte und -anwendungen, Elektrowerkzeuge, personenbezogene Elektronik, audiovisuelle und Beleuchtungsausrüstung, für eine beliebige Anzahl von möglichen Leistungs-, Spannungs-, Strom- sowie Gleich- oder Wechselstromkonfigurationen beinhalten, einschließlich anderer Arten von Leistungswandlervorrichtungen, welche die Leistungszufuhr weiter umwandeln können. Diese Steuerung(en) ist bzw. sind dazu konfiguriert, die internen elektrischen Lasten und OBLs sowie einen Ladezustand (SoC) der Batterien 175, 180 zu überwachen, um zu erkennen, wann der SoC sich weit genug verringert hat, um ein Laden zu erfordern.
Die Steuerung(en), einschließlich des OBP-Systems 225, überwacht bzw. überwachen und erkennt bzw. erkennen externe elektrische Lasten, wenn solche mit der OB 230 verbunden sind. Das OBP-System 225 kann zudem dazu konfiguriert sein, die OB 230 mit Energie zu versorgen, indem einem Benutzer interaktiv ermöglicht wird, die OB 230 über eine Anzeige oder eine andere Benutzerschnittstelle, wie etwa das VCS 205, oder eine andere Schnittstelle oder einen manuellen Schalter mit Energie zu versorgen. Ferner ist in dem OBP-System 225 eine Leistungsüberwachungseinrichtung 235 integriert, die dazu konfiguriert ist, den Status jeder externen elektrischen Last zu erkennen und zu kommunizieren, wobei der Status zu einer Anzeige oder einer anderen Komponente kommuniziert werden kann, die auch als Teil des VCS 205 oder als eine andere der beschriebenen Steuerungen enthalten sein kann. Nach dem Erkennen einer externen Last oder der interaktiven Versorgung mit Energie kann bzw. können das OBP-System 225 und/oder andere Steuerungen, wie etwa (eine) eingebettete Steuerung oder Steuerungen, die einstückig mit der OB-Ausgabe 230 ausgebildet sind, ein OBP-Signal (OPS) 240 erzeugen. Das erkannte OPS 240 kann Informationen beinhalten, welche die erkannte externe Last identifizieren und betreffen, wie etwa einen Buchsenidentifikator für die OB-Ausgabe 230, sowie Spannung, Strom, Frequenz, Impedanz, Verbindungszeit, Leistungsübertragungseffizienz, im Laufe der Zeit verbrauchte Energie, Daten, die an und von der externen elektrischen Last kommuniziert werden können, sowie verwandte Informationen.
Das OBP-System 225 und/oder andere Steuerungen ist bzw. sind zudem dazu konfiguriert, auf das erkannte OPS 240 für die identifizierte externe elektrische Last zu reagieren und den ICE 115 und M/G 120 dazu zu befehlen und einzustellen, eine durch die OB 230 an die Last abzugebende Leistung zu erzeugen. Die Steuerungen überwachen weiterhin die identifizierte Last und den Leistungsverbrauch und um den ICE 115 und M/G 120 einzustellen, um eine Leistung zu erzeugen und abzugeben, welche die erkannte externe Last deckt oder übersteigt sowie größer oder gleich dieser ist. Das OBP 225 kommuniziert zudem mit anderen Steuerungen, wie etwa das/die MCM/BCM/Leistungselektronik 185 und den PCU 215 und andere, und überwacht diese, um elektrische Lasten von internen Komponenten und zum Batterieladen zu überwachen, und um ferner den ICE 115 und M/G 120 dazu zu befehlen und einzustellen, ausreichend Leistung zu erzeugen, um die kombinierten internen Fahrzeuglasten und externen OBLs zu decken oder zu übersteigen.
Ferner kann das OBP 225 zudem dazu konfiguriert sein, direkt mit verschiedenen Vorrichtungen und Komponenten des HEV 100 zu kommunizieren und zu überwachen, einschließlich zum Beispiel der HV-Batterie 175, um deren SoC zu überwachen. Auf diese Weise ist bzw. sind die Steuerung(en) dazu konfiguriert, den SoC aufrechtzuerhalten und dessen Entleerung zu verhindern, während elektrische Leistung an die externen Lasten abgegeben wird, und den ICE 115 und M/G 120 dazu zu befehlen und einzustellen, eine zusätzliche Leistung zum Verhindern der Entleerung der HV-Batterie 175 zu erzeugen, sodass der SoC während der Abgabe von Leistung an OBLs und andere Fahrzeugkomponenten unverändert bleibt. Die Steuerungen sind zudem in der Lage, Leistung von der Batterie 175 in bestimmten Konfigurationen zu nutzen, die eine an OBLs abzugebende zusätzliche Leistung erfordern.
Während der Abgabe der bordexternen Leistung an die OBLs können andere Komponenten und Systeme des HEV 100 dazu konfiguriert sein, Leistung in einem solchen Überschuss zu fordern und/oder zu verbrauchen, der aktuell durch den M/G 120 erzeugt werden kann. In bestimmten Situationen kann die Überschussanforderung von der Batterie 175 abgegeben werden. Es kann zum Beispiel gewünscht sein, mehr Leistung abzugeben, als durch den M/G 120 erzeugt werden kann. In diesem Fall kann bzw. können die Steuerung(en) bei einer solchen Konfiguration automatisch und/oder interaktiv als Reaktion auf das OPS 240 und eine Benutzerinteraktion den ICE 115 und M/G 120 dazu befehlen und einstellen, eine maximale Leistung zu erzeugen, sowie das/die BCM/Leistungselektronik 185, auch die HV-Batterie 175 zu entladen und die zusätzlich geforderte Leistung für einen Zeitraum an die OB-Ausgabe 230 und die OBLs abzugeben. Während einer derartigen kombinierten Leistungserzeugung und Abgabe des M/G 120 und der Batterie 175 überwacht bzw. überwachen die Steuerung(en) den SoC der HV-Batterie 175. Wenn sich der SoC der HV-Batterie 175 unter einen Ladeschwellenwert verringert, können die Steuerungen die Leistung, die an die OBLs und internen elektrischen Lasten abgegeben wird, einstellen, reduzieren und/oder beenden und dem M/G befehlen, eine maximale Leistung zu erzeugen und diese abzugeben, um die Leistungselektronik 185 zum Wiederaufladen der Batterie mit Leistung zu versorgen.
Die Offenbarung ist zudem auf Konfigurationen des HEV 100 gerichtet, bei denen die Steuerung(en) dazu ausgelegt ist bzw. sind, ein geschlossenes Leistungsdifferenzsignal (power-difference signal - PDS) 245 zu erzeugen, das in Informationen eingebettet ist, die eine Differenz zwischen der durch den M/G 120 erzeugten Leistung und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert, einschließlich gegebenenfalls der elektrischen Last, die zum Laden der HV-Batterie 175 verbraucht wird. Die Steuerung(en) ist bzw. sind dazu konfiguriert, das PDS 245 zu minimieren, indem die durch den M/G 120 erzeugte Leistungsausgabe eingestellt wird. In dem das PDS 245 minimiert wird, minimieren die Steuerungen auch die Lade-/Entladezyklen der HV-Batterie 175, während Leistung an OBLs sowie interne elektrische Lasten abgegeben wird.
Diese Offenbarung beinhaltet zudem Auslegungen der Steuerung(en) zum Überwachen des OBP-Systems 225, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen Lasten, OBLs, zu erkennen, und als Reaktion auf die erkannten Erhöhungen und Verringerungen bei den OBLs befehlen die Steuerungen den M/G 120 dazu und stellen ihn entsprechend ein, die Leistungserzeugung zu erhöhen oder zu verringern. Wie zuvor überwachen und erkennen die Steuerungen, ob der Bedarf der OBLs und/oder der internen elektrischen Lasten, einschließlich erhöhten Bedarfen, die Leistungserzeugungskapazität des M/G 120 übersteigt. Wenn derartige Bedarfe die Kapazität des M/G 120 und die kombinierte Kapazität des M/G 120 und der HV-Batterie 175 übersteigen, ist bzw. sind die Steuerung(en) dazu konfiguriert, ein Überschussbedarfssignal (excess-demand signal - EDS) 250 zu erzeugen. Zuerst können die Steuerungen das EDS 250 an eine Anzeige und/oder die VSC 200, das VCS 205 oder andere Steuerungen kommunizierten und ankündigen und eine Antwort empfangen.
Das EDS 250 kann Informationen beinhalten, wie etwa Befehle zum Einstellen des ICE 115 und M/G 120, zum Modifizieren der Leistung, die an das OBP-System 225, die internen elektrischen Lasten, die HV-Batterie 175 oder alle dieser und andere Komponenten abgegeben wird, die gewährleisten, dass die Bedarfe die Kapazität nicht übersteigen. Eine derartige Einstellung kann zudem, wie hier an anderer Stelle beschrieben, das Beenden der Leistungsabgabe an das OBP-System 225 und die OBLs und andere Komponenten des HEV 100 zum das Wiederaufladen der HV-Batterie 175 beinhalten. Als Reaktion auf das EDS 250 kann bzw. können zum Beispiel die Steuerung(en) automatisch mit einem Steuersignal reagieren, das eine vorbestimmte Konfigurationsänderung bei dem OBP-System 225 befiehlt, und kann bzw. können ein Prioritätssignal (PS) 255 empfangen.
Das PS 255 kann Informationen und Befehle beinhalten, die das HEV 100 und verschiedene Steuerungen, Komponenten und Systeme konfigurieren, sodass neben anderen möglichen Maßnahmen mindestens eine oder eine oder mehrere Rekonfigurationen der (a) Leistung von der Batterie zugeführt wird, um die erhöhte elektrische Last zu decken, (b) den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführten Leistung reduziert wird, um die anderen erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (c) an die externen OBLs abgegebenen Leistung reduziert wird, um eine Batterieentladung zu verhindern, und (d) der an die OBLs und andere elektrische Lasten abgegebenen Leistung beendet oder unterbrochen wird. Das PS 255 kann vorbestimmte Rekonfigurationen für jede der durch das EDS 250 angekündigten verschiedenen möglichen Bedingungen beinhalten. Das PS 255 kann ferner zudem interaktiv eingerichtete Rekonfigurationen beinhalten, die durch einen Benutzer, Hersteller, Händler oder einen anderen Techniker während der Herstellung und der Wartung des HEV 100 oder in Echtzeit, wenn das OBP-System 225 durch einen Benutzer genutzt wird, eingestellt werden/einstellbar sind, was mit dem VCS 205 und zugehörigen Anzeigen und/oder anderen Steuerungen des HEV 100 erreicht werden kann.
Während der Abgabe von Leistung, die das Entladen der HV-Batterie 175 beinhaltet, werden zudem die Steuerungen und Signale dazu konfiguriert, ein Signal für eine schwache Batterie (low-battery signal - LBS) 260 zu erzeugen, wenn sich ein Ladezustand (SoC) der Batterie auf einen vorbestimmten Ladeschwellenwert oder ein vorbestimmtes SoC-Minimum verringert, was wiederum eines der vorhergehenden Signale erzeugen kann, und wobei das LBS 260 Befehle und Informationen beinhalten kann, um eine reduzierte, eingestellte und/oder beendete Abgabe von Leistung an eine oder mehrere oder alle der externen OBLs und/oder internen elektrischen Lasten zu verursachen, was das Wiederaufladen der HV-Batterie 175 durch den M/G 120 ermöglicht.
In ähnlicher Weise kann bzw. können zudem die Steuerung(en) die kombinierten externen OBLs und die internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs überwachen. Als Reaktion auf das EDS 250 und/oder darauf, dass die kombinierten Lasten eine maximale elektrische Erzeugungskapazität des M/G 120 übersteigen, kann bzw. können die Steuerung(en) die an eine oder mehrere oder alle der externen OBLs abgegebene Leistung alternativ einstellen und reduzieren, während Leistung abgegeben wird, die durch eine oder mehrere der internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs angefordert wird, welche zum Beispiel den ICE 115, ein Kabinenkühlsystem, Fahrzeuglichter, eine hydraulische Druckpumpe und eine beliebige Anzahl anderer wesentlicher Fahrzeugkomponenten und Systeme beinhalten können.
Wie bei anderen Variationen ist die mindestens eine Steuerung wieder dazu konfiguriert, das PDS 245 zu erzeugen, um die Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten Leistung und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung zu identifizieren, und die durch den M/G erzeugte Leistung einzustellen, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren. Die Steuerungen sind zudem dazu konfiguriert, den SoC der HV-Batterie 175 zu überwachen und den M/G 120 derart einzustellen, dass er zusätzliche Leistung erzeugt, um die HV-Batterie 175 als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter den Ladeschwellenwert verringert, zu laden. Das OBP-System 225 und die gekoppelten Steuerungen können zudem dazu ausgelegt sein, das OBP-System 225 zu überwachen, um Erhöhungen oder Verringerungen bei den externen OBLs zu erkennen. Als Reaktion auf eine Erhöhung des OBL-Bedarfs, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, können die Steuerungen ein EDS 250 erzeugen, um eine unterbrochene Abgabe von Leistung an das OBP-System 225 und die OBLs zu befehlen.
Für OBL-Bedarfe, welche die maximale Kapazität nicht übersteigen, können die Steuerungen dazu ausgelegt sein, den ICE 115 anderweitig einzustellen, um die durch den M/G 120 erzeugte Leistung entsprechend zu erhöhen bzw. zu verringern. Wie bereits beschrieben, können die Steuerungen in dieser Variation zudem das PS 255 und das LBS 260 empfangen, die weitere modifizierte Konfigurationen befehlen und/oder ermöglichen. Jedes dieser und der anderen in Betracht gezogenen Signale, einschließlich unter anderem und als Beispiel das OPS 240, PDS 245, EDS 250 und andere, können dazu konfiguriert sein, andere Signale und Steuereinrichtungen zu erzeugen, und können zusätzlich zu den bereits erwähnten Steuerungen als Reaktion auf ein anderes Signal oder andere Steuereinrichtungen, einschließlich solcher, die von verschiedenen Sensoren und Komponenten des HEV 100 direkt empfangen werden, erzeugt werden. Als ein weiteres Beispiel und unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 versteht es sich, dass verschiedene Steuersignale (control signals - CS) 265 und sonstige Signale (other signals - OS) 270 von einer/einem beliebigen derartiger Steuereinrichtungen, Sensoren, Schalter, Melder, Komponenten, Systeme und Teilsysteme durch das CAN 210 und andere Netzwerke und Kommunikationssysteme, die in dem HEV 100 integriert sein können, empfangen oder an diese kommuniziert werden können.
Durch die Offenbarung werden zudem verschiedene Betriebsverfahren des HEV 100 gelehrt und unter weiterer Bezugnahme auf 1 und nun insbesondere auch auf 2 versteht es sich, dass die Verfahren das Bereitstellen des ICE 115 und M/G 120, die mit der HV-Batterie 175 und dem OBP-System 225 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, die internen elektrischen Lasten und die externen OBLs mit Leistung zu versorgen. Neben den vielen bereits beschriebenen Fähigkeiten ermöglicht das Verfahren das Erzeugen, durch eine oder mehrere Steuerungen, wie etwa das OBP-System 225 und andere, und als Reaktion auf das OPS 240 von Leistung, von Leistung, die gleich den internen und externen Lasten ist oder diese übersteigt, sowie das Abgeben von Leistung an die internen OBLs, sodass der SoC der HV-Batterie 175 aufrechterhalten wird. Neben anderen bei Schritt 300 aus 2 initiierten Schritten bestimmt das Verfahren bei Schritt 305, ob die HV-Batterie geladen ist oder unter einem vorbestimmten SoC-Minimum oder Ladeschwellenwert liegt, bei dem es sich um eine Mindestspannung („V min“, 2) oder ein anderes geeignetes Maß des SoC der HV-Batterie 175 handeln kann.
Wenn die HV-Batterie 175 unter einen Ladeschwellenwert oder SoC-Minimum entladen ist, können die Steuerungen bei Schritt 310 die Batterie laden, wie hier an anderer Stelle beschrieben ist, während der Batterie-SoC bei Schritt 315 überwacht wird, bis die HV-Batterie 175 wiederaufgeladen wurde. Während der SoC der HV-Batterie 175 überwacht wird und gegebenenfalls das Wiederaufladen erreicht wurde, können die Steuerungen zudem bei Schritt 320 gleichzeitig das HEV 100 auf ein OPS 240 überwachen. Bei einer Erkennung bestimmen die Steuerungen bei Schritt 325, ob das OBP-System 225 und die OBLs eine Abgabe von Leistung und eine elektrische Last fordern, welche die Kapazität des M/G 120 und möglicherweise des M/G kombiniert mit der HV-Batterie 175 übersteigt. Bei einer Übersteigung wird bei Schritt 330 ein EDS 250 erzeugt, das ein PS 255 erzeugen kann, welches eine oder mehrere der Rekonfigurationen veranlasst, wie bereits beschrieben wurde. Wenn die Kapazität nicht überstiegen wird, geht das Verfahren zu Schritt 335 über und stellt den ICE 115 und M/G 120 dazu ein, die geforderte Leistung zu erzeugen und sie an die OBLs sowie die internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs abzugeben, während der SoC der HV-Batterie 175 aufrechterhalten wird. Das Überwachen wird fortgesetzt, um bei Schritt 340 zu erkennen, ob das OBP-Signal, das OPS 240, weiterbesteht, und falls dem so ist, wird die Abgabe von bordexterner Leistung fortgesetzt. Falls dem nicht so ist, wird bei Schritt 345 der SoC der HV-Batterie 175 erneut überprüft.
Die Verfahren aus 2 ziehen zudem Folgendes in Betracht: Erzeugen des PDS 245 durch die Steuerungen bei Schritt 335 und Minimieren des Signals, sodass die Differenz zwischen der durch den M/G 120 erzeugten Leistung und der durch die internen elektrischen Lasten und die externen OBLs verbrauchten Leistung minimiert wird und so nahe wie möglich bei null liegt. Dies führt dazu, dass die Steuerungen die erzeuge Leistung einstellen, um das Leistungsdifferenzsignal zu minimieren, was den SoC der HV-Batterie 175 aufrechterhält, wobei unnötige Batterielade-/-entladezyklen verhindert werden. Das Verfahren kann so verstanden werden, dass es das Überwachen des SoC der HV-Batterie 175 und zudem das Einstellen des M/G 120 in den verschiedenen erwähnten Schritten ermöglicht, um zusätzliche Leistung zu erzeugen, um die -Batterie 175 als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter den Ladeschwellenwert verringert, zu laden.
In den Betriebsverfahren kann ferner zwischen den Schritten 325, 330, 335 und 340 Folgendes integriert sein: Überwachen des OBP-Systems 225 durch die Steuerungen, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen OBLs zu erkennen. Als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfs für das OBP-System 225, welche die maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und möglicherweise auch der Batterie 175 übersteigt, wird bei Schritt 330 ein EDS 250 erzeugt, das eine unterbrochene Abgabe von Leistung an das OBP-System 225 und die OBLs befehlen kann oder eine beliebige der anderen erwähnten Rekonfigurationen befehlen. Als Reaktion auf das erzeugte EDS 250 werden die Steuerungen zudem modifiziert, um als Reaktion das PS 255 zu empfangen, welches das OBP-System 225 und andere Komponenten des HEV 100 rekonfiguriert und mindestens eines von oder eines oder mehrere von Folgendem befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie 175 um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführten Leistung, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externe elektrische OBL abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern und den SoC aufrechtzuerhalten.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. 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 Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich dazu können die Merkmale unterschiedlicher umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9080668 [0031]

Claims

Hybridelektrofahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor (ICE); einen Elektromotor/Generator (M/G), der an eine Batterie gekoppelt ist; ein bordexternes Leistungs(OBP)-System; und Eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf ein Signal von dem OBP-System dem ICE und M/G zu befehlen, Leistung zu erzeugen, die gleich den Lasten ist oder diese übersteigt, und Leistung an die externen Lasten abzugeben und einen Ladezustand der Batterie aufrechtzuerhalten.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Erzeugen eines Leistungsdifferenzsignals, das eine Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert; und Einstellen der erzeugten Leistung, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen des Ladezustands (SoC) der Batterie; und Einstellen des M/G dazu, dass er zusätzliche Leistung erzeugt, um die Batterie als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter einen Ladeschwellenwert verringert, zu laden.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen des OBP-Systems, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; und als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfs für das OBP-System, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals, das eine unterbrochene Abgabe von Leistung an das OBP-System befiehlt.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen der kombinierten externen und internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs; und als Reaktion darauf, dass die kombinierten Lasten eine maximale elektrische Erzeugungskapazität des M/G übersteigen, Reduzieren der an die externen Lasten abgegebenen Leistung und Abgeben der Leistung, die durch die internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs, einschließlich eines oder mehrere von dem ICE, einem Kabinenkühlsystem, Fahrzeuglichtern, einer hydraulischen Druckpumpe und anderen Fahrzeugkomponenten, angefordert wird.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen des OBP-Systems, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; und Einstellen des ICE dazu, die durch den M/G erzeugte Leistung entsprechend zu erhöhen bzw. zu verringern.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen des OBP-Systems, um Erhöhungen und Verringerungen bei den internen elektrischen Lasten zu erkennen; als Reaktion auf eine Erhöhung bei den externen elektrischen Lasten auf das OBP-System, die eine maximale Leistungskapazität des M/G übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals; und Empfangen als Reaktion eines Prioritätssignals, das eines von Folgendem befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der Leistung, die den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführt wird, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externen elektrischen Lasten abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Überwachen des OBP-Systems, um Erhöhungen und Verringerungen bei den internen elektrischen Lasten zu erkennen; als Reaktion auf eine Erhöhung bei den elektrischen Lasten auf das OBP-System, die eine maximale Leistungskapazität des M/G übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals; Empfangen als Reaktion eines Prioritätssignals, welches das Abgeben von Leistung von dem M/G und der Batterie befiehlt, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken; Erzeugen eines Signals für eine schwache Batterie, wenn sich ein Ladezustand (SoC) der Batterie auf ein vorbestimmtes SoC-Minimum verringert; Beenden der Abgabe von Leistung an die externen elektrischen Lasten; und Wiederaufladen der Batterie.
Verfahren zum Steuern eines Hybridelektrofahrzeugs, umfassend: Bereitstellen eines Verbrennungsmotors (ICE) und eines Elektromotors/Generators (M/G), die an eine Batterie und ein bordexternes Leistungs(OBP)-System gekoppelt sind, die dazu konfiguriert sind, interne und externe elektrische Lasten mit Leistung zu versorgen; Erzeugen, durch eine Steuerung und als Reaktion auf ein OBP-Signal, einer Leistung die gleich der Lasten ist oder diese übersteigt; und Abgeben von Leistung an die externen Lasten, sodass ein Batterieladestatus aufrechterhalten wird.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Erzeugen eines Leistungsdifferenzsignals durch die Steuerung, das eine Differenz zwischen der durch den M/G erzeugten und der durch die internen und externen elektrischen Lasten verbrauchten Leistung identifiziert; und Einstellen der erzeugten Leistung, um das Leistungsdifferenzsignal und die Batterielade-/-entladezyklen zu minimieren.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Überwachen des Ladezustands (SoC) der Batterie durch die Steuerung; und Einstellen des M/G dazu, dass er zusätzliche Leistung erzeugt, um die Batterie als Reaktion darauf, dass sich der SoC unter einen Ladeschwellenwert verringert, zu laden.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Überwachen des OBP-Systems durch die Steuerung, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; und als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedarfs für das OBP-System, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals, das eine unterbrochene Abgabe von Leistung an das OBP-System befiehlt.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Überwachen des OBP-Systems durch die Steuerung, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; als Reaktion auf eine Erhöhung bei den externen elektrischen Lasten auf das OBP-System, die eine maximale kombinierte Leistungskapazität des M/G und der Batterie übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals; und Empfangen als Reaktion eines Prioritätssignals, das eines von Folgendem befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der Leistung, die den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführt wird, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externen elektrischen Lasten abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Überwachen des OBP-Systems durch die Steuerung, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; und Einstellen des ICE dazu, die durch den M/G erzeugte Leistung entsprechend zu erhöhen bzw. zu verringern.
Verfahren zum Steuern des Hybridelektrofahrzeugs nach Anspruch 9, ferner umfassend: Überwachen des OBP-Systems, um Erhöhungen und Verringerungen bei den externen elektrischen Lasten zu erkennen; als Reaktion auf eine Erhöhung bei den externen elektrischen Lasten auf das OBP-System, die eine maximale Leistungskapazität des M/G übersteigt, Erzeugen eines Überschussbedarfssignals; und Empfangen als Reaktion eines Prioritätssignals, das eines von Folgendem befiehlt: (a) Zuführen von Leistung von der Batterie, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, (b) Reduzieren der Leistung, die den internen elektrischen Lasten des Fahrzeugs zugeführt wird, um die erhöhten elektrischen Lasten zu decken, und (c) Beschränken der Leistung, die an die externen elektrischen Lasten abgegeben wird, um eine Batterieentladung zu verhindern.