DE102018115261B4

DE102018115261B4 - Verfahren zum Verwalten der elektrischen Aufladung einer Batterie und Hybrid-Antriebsstrangsystem für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102018115261B4
Application number: DE102018115261.2A
Authority: DE
Inventors: Wei Liu; Pablo Valencia Jr.; Leng Mao; Sudhakar INGUVA; Rayn B. Moulliet
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: US20180370520A1; CN109131308B; US10343673B2; DE102018115261A1; CN109131308A

Abstract

Verfahren zum Verwalten der elektrischen Aufladung einer Batterie (25), die so angeordnet ist, dass sie elektrische Energie an eine elektrische Maschine (34, 36) eines Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) für Zugkraft liefert, wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) in einem Ladungserhaltungsmodus und einem Ladungsverarmungsmodus in Bezug auf einen Ladezustand (SOC) der Batterie (25) arbeitet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Bestimmen der Parameter für den Beginn der Lebensdauer der Batterie (25), einschließlich eines anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts und eines anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwerts;dynamisches Überwachen der mit der Batterie (25) verbundenen Parameter, einschließlich einer Umgebungstemperatur, einer Vorrichtungstemperatur und des SOC der Batterie (25);dynamisches Überwachen einer Position, eines Betriebszeitpunkts und eines mit der Batterie (25) verbundenen Lebensdauerzustands (SOL);Bestimmen einer Anpassung an einen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert basierend auf der Umgebungstemperatur, der Vorrichtungstemperatur und dem SOC der Batterie (25);Bestimmen eines aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts basierend auf der Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und den anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert;Bestimmen eines elektrischen Energieausgleichsfaktors α basierend auf der Position, dem Betriebszeitpunkt und dem SOL, wobei der Energieausgleichsfaktor α Unterschiede in der Energiekapazität und Energiedichte bei hohen SOC-Werten im Vergleich zur Energiekapazität und Energiedichte bei niedrigen SOC-Werten berücksichtigt;Bestimmen eines aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwerts basierend auf dem elektrischen Energieausgleichsfaktor α, dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und dem anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert; undSteuern der Aufladung der Batterie (25) basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert;ferner umfassend einen Befehlssatz, der den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) basierend auf dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert steuert;wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) eine elektrische Maschine (34, 36) und einen Verbrennungsmotor (40) beinhaltet, und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) und den Verbrennungsmotor (40) so zu steuern, dass sie zusammenwirken, um in Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung im Ladungserhaltungsmodus, wenn der SOC kleiner als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist, ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen; undwobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) so zu steuern, dass sie in Reaktion auf die Ausgangsdrehmomentanforderung ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, wenn der SOC größer als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist.

Description

EINLEITUNG
Hybrid-Antriebsstrangsysteme erzeugen aus zwei oder mehr Energiequellen, z. B. Kraftstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis durch einen Verbrennungsmotor, und elektrische Energie durch einen oder mehrere elektrische Maschinen mit elektrischer Energie, die in einer Batterie gespeichert ist.
DE 10 2013 016 569 A1 offenbart ein Betriebsverfahren für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Plug-In-Hybrid- oder Range-Extender-Fahrzeugs, der mit mehreren Betriebsmodi betrieben werden kann. Hierbei ist ein Betriebsverfahren zur Auswahl optimaler Betriebsmodi des Hybridantriebs entlang einer Fahrtroute umfasst, welches die Schritte Aufteilen einer Fahrtroute in eine Abfolge von Streckenabschnitten, Bestimmen wenigstens einer prädizierten Zielgröße für jeden der Betriebsmodi des Hybridantriebs auf jedem Streckenabschnitt entlang der Fahrtroute, und Bestimmen eines optimalen Pfades für die Fahrtroute, wobei ein Pfad eine Abfolge von Betriebsmodi entlang der Fahrtroute ist, derart, dass jedem Streckenabschnitt ein Betriebsmodus zugeordnet ist und der optimale Pfad derjenige ist, der einen optimalen Wert für die mindestens eine Zielgröße aufweist, umfasst. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2015 007 913 A1 , DE 10 2005 023 365 A1 und US 2010 / 0 292 047 A1 bekannt.
KURZDARSTELLUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Verwalten der elektrischen Aufladung einer Batterie und ein verbessertes Hybrid-Antriebsstrangsystem für ein Hybridfahrzeug bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Hybrid-Antriebsstrangsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Ein Hybrid-Antriebsstrangsystem für ein Fahrzeug wird beschrieben, einschließlich einer elektrischen Maschine, die zum Erzeugen und Übertragen von mechanischer Energie auf einen Antriebsstrang angeordnet ist, wobei eine Batterie angeordnet ist, um die elektrische Maschine mit elektrischer Energie zu versorgen, sowie eine Steuerung. Die Steuerung kommuniziert mit der elektrischen Maschine und der Batterie und beinhaltet einen Befehlssatz, der zum Verwalten der elektrischen Aufladung der Batterie dient. Der Befehlssatz implementiert ein Verfahren zum Verwalten der elektrischen Ladung der Batterie, welches das Bestimmen der mit der Batterie verbundenen Parameter zum Beginn der Nutzungsdauer beinhaltet, einschließlich eines anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts und eines anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert. Die mit der Batterie assoziierten Parameter werden dynamisch überwacht, einschließlich Umgebungstemperatur, Vorrichtungstemperatur und SOC der Batterie. Parameter, die mit einem Standort, einem Betriebsdatum und einem Zustand (SOL) für die Batterie assoziiert sind, werden ebenfalls überwacht. Eine Anpassung an einen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert wird basierend auf der Umgebungstemperatur, der Vorrichtungstemperatur und dem SOC der Batterie bestimmt, und ein aktualisierter Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert wird basierend auf der Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und den ursprünglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert bestimmt. Ein elektrischer Energieausgleichsfaktor α wird ermittelt, und ein aktualisierter Ladeschluss-SOC-Sollwert kann basierend auf dem elektrischen Energieausgleichsfaktor α, dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und dem anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert bestimmt werden. Das Aufladen der Batterie wird basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert gesteuert. Ferner umfasst das Verfahren das Steuern des Hybrid-Antriebsstrangsystems basierend auf dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert. Zudem umfasst das Hybrid-Antriebsstrangsystem eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor gesteuert werden, um in Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung im Ladungserhaltungs-Modus zusammenzuwirken, wenn der SOC kleiner als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist. Ferner wird die elektrische Maschine zum Erzeugen des Ausgangsdrehmoments in Reaktion auf die Anforderung des Ausgangsdrehmoments, wenn der SOC größer als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist, gesteuert.
Ein Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen des elektrischen Energieausgleichsfaktors α basierend auf dem Standort, dem Zeitpunkt des Betriebs und dem SOL.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Steuern der Aufladung der Batterie auf den aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Steuern der Aufladung der Batterie auf den aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert während eines Ladeereignisses ohne Kabel.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert, der ein minimaler SOC-Zustand ist, der mit dem Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems in einem Ladungsverarmungsmodus verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert, der ein maximaler SOC ist, der mit dem Aufladen der Batterie assoziiert wird.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen gilt:

1 veranschaulicht schematisch ein Hybrid-Antriebsstrangsystem, das einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und elektrische Maschinen beinhaltet, die gemäß der Offenbarung an einen Antriebsstrang gekoppelt sind;
2 stellt grafisch eine Vielzahl von SOC-Sollwerten dar, die mit einer Ausführungsform einer Batterie verbunden sind, die in einer Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangsystems verwendet wird, die mit Bezug auf 1 gemäß der Offenbarung beschrieben ist;
3 stellt schematisch, in Form eines Blockdiagramms, ein Flussdiagramm dar, das mit dem Bestimmen und Steuern eines SOC-Sollwerts für die Batterie verbunden ist, der in einer Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangsystems verwendet wird, das mit Bezug auf 1 gemäß der Offenbarung beschrieben ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen des Hybrid-Antriebsstrangsystems können ein Verbrennungsmotor und eine oder mehrere elektrische Maschinen sein, die entsprechend angeordnet sind, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen und auch um elektrische Energie zu erzeugen, können stattdessen im Rahmen dieser Offenbarung eingesetzt werden. Obwohl die nachstehende Beschreibung im Zusammenhang mit einem exemplarischen Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) mit einer reichweitenverlängernden Serienhybridkonfiguration vorgesehen ist, ist zu beachten, dass das vorliegende Verfahren bei verschiedenen Hybridfahrzeugkonfigurationen eingesetzt werden kann und nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt ist. Darüber hinaus wird die nachstehende Beschreibung im Zusammenhang mit einem Hybrid-Antriebsstrangsystem mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen bereitgestellt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes System zur Veranschaulichung der hierin beschriebenen und beanspruchten Konzepte handelt.
Steuerungssysteme für den Betrieb von Hybrid-Antriebsstrangsystemen steuern die Drehmomentabgaben des Motors und der elektrischen Maschine(n) und wenden Drehmomentübertragungselemente im Getriebe an, um das Drehmoment in Reaktion auf vom Fahrer angewiesene Ausgangsdrehmomentanforderungen unter Berücksichtigung von Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Fahrbarkeit und anderen Faktoren zu übertragen. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingaben des Fahrzeugs und des Fahrers und ermöglicht die betriebliche Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangs, einschließlich der Steuerung des Getriebebetriebsmodus und der Gangschaltung, der Steuerung der Drehmomentausgänge des Motors und der elektrischen Maschine(n) sowie der Regelung des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der elektrischen Batterie und den elektrischen Maschinen, um die Getriebeausgänge einschließlich Drehmoment und Drehzahl zu steuern.
Hybridantriebsstrangsysteme können in einem Elektrofahrzeugmodus (EV) betrieben werden, wobei das gesamte Antriebsdrehmoment durch die elektrische Maschine(n) mit dem Verbrennungsmotor in einem AUS-Zustand und elektrisch veränderbare Betriebsarten (EVT) erzeugt wird, worin der Verbrennungsmotor in einem EIN-Zustand ist und ein Teil oder das gesamte Antriebsdrehmoment erzeugen kann oder auf eine elektrische Maschine übertragen werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen, die auf die elektrische Maschine(n) übertragbar ist, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
Der Betrieb eines Hybrid-Antriebsstrangsystems im EV-Modus kann die Kundenzufriedenheit erhöhen. Jedoch kann der Betrieb in dem EV-Modus bei oder nahe an den Systemgrenzen für einen derartigen Betrieb die Kundenzufriedenheit verringern, die sich auf die Motorstartbarkeit und die Tip-In-Antwort bezieht.
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur der Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen dienen, was jedoch nicht als Beschränkung auf diese zu werten ist, veranschaulicht 1 schematisch ein Hybridfahrzeug 100, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 beinhaltet, das mit einem Antriebsstrang 60 verbunden ist und durch ein Steuersystem 10 gesteuert wird. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich über die gesamte Beschreibung auf gleiche Elemente. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 kann mehrere drehmomenterzeugende Vorrichtungen beinhalten, darunter einen Verbrennungsmotor (Motor) 40 und einen Rädertrieb 50, und eine erste und zweite elektrisch angetriebene Drehmomentmaschine (elektrische Maschinen) 34, 36, die drehbar einen Rädertrieb 50 koppeln. Ein Abtriebselement 62 koppelt zwischen dem Rädertrieb 50 und einem Antriebsstrang 60. Daher sind der Motor 40 und die erste sowie zweite elektrische Maschine 34, 36 mit dem Rädertrieb 50 verbunden und sind steuerbar zur Erzeugung eines Ausgabedrehmoments, das zum Antriebsstrang 60 als Vortriebsdrehmoment für das Hybridfahrzeug 100 übertragen wird. Zur Definition bezieht sich ,Ausgabedrehmoment' auf ein positives (ziehendes) Drehmoment und ein negatives (bremsendes) Drehmoment, das vom Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 erzeugt wird und zum Abtriebselement 62 geleitet werden kann. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 ist „Hybrid“, da es zwei oder mehr gespeicherte Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs nutzt. Die dargestellte Anordnung in Bezug auf 1 ist in Form eines leistungsverzweigten, elektrisch verstellbaren Getriebes und ist eine nicht einschränkende Ausführungsform.
Eine Ausführungsform des Motors 40 und des Getriebes und der ersten und zweiten elektrischen Maschine 34, 36, die mit dem Rädertrieb 50 koppeln und ein Abtriebsdrehmoment erzeugen, das auf den Antriebsstrang 60 zum Erzeugen des Antriebsdrehmoments übertragen wird, wird nun beschrieben. Eine Kurbelwelle 44 des Motors 40 ist mit einem Eingabebauteil 41 verbunden, das mit einem Rotor der ersten elektrischen Maschine 34 über eine dritte Kupplung 55 verbunden ist. Ein Abtriebselement des Rotors der ersten elektrischen Maschine 34 ist über eine zweite Kupplung 53 mit einem Hohlrad 56 des Rädertriebs 50 verbunden. Der zweite Elektromotor 36 ist drehbar mit einem Sonnenrad 52 des Rädertriebs 50 verbunden. Ein Planetenradträger 54 des Rädertriebs 50 ist über ein Abtriebselement 62 mit dem Antriebsstrang 60 verbunden. Das Hohlrad 56 kann über eine erste Kupplung/Bremse 51 mit einer Karosseriemasse gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist der Rädertrieb 50 ein einfacher Planetenrädertriebsatz, der ein Sonnenrad 52, einen Planetenradträger 54 sowie ein Hohlrad 56 beinhaltet. Eine Übersetzungssteuerung (TCM) 57 überwacht die Rotationsgeschwindigkeiten verschiedener rotierender Bauteile und steuert die Aktivierungen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 51, 53 und 55.
Der Motor 40 kann als ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor integriert sein, der Kraftstoff durch ein thermodynamisches Verfahren in ein mechanisches Drehmoment umwandelt. Der Motor 40 ist mit mehreren Aktoren und Sensorvorrichtungen zur Betriebsüberwachung und zur Kraftstoffzuleitung zum Bilden von zylinderinternen Verbrennungsladungen zum Erzeugen einer sich ausdehnenden Kraft ausgestattet, welche über Kolben und Pleuelstangen auf die Kurbelwelle 44 zum Erzeugen von Drehmoment übertragen wird. Der Betrieb des Motors 40 wird über eine Motorsteuerung (ECM) 45 gesteuert. Der Motor 40 kann einen elektromagnetbetätigten elektrischen Niederspannungsstarter 42 zum Starten des Motors als Reaktion auf das mit einem Schlüssel durchgeführte Anlassereignis in einer Ausführungsform beinhalten. Der Motor 40 ist ausgeführt, um Motorstart- und Stoppvorgänge einschließlich der Ausführungsform von Autostart- und Autostopproutinen während des Fahrzeugbetriebs auszuführen. Der Motor 40 kann zum Ausführen von Autostart- und Autostopp-Steuerprogrammen, Kraftstoffabschaltungs-Steuerprogrammen und Zylinderdeaktivierungs-Steuerprogrammen während des laufenden Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 konfiguriert sein. Der Motor 40 wird als ausgeschaltet betrachtet, wenn er sich nicht dreht. Der Motor 40 ist eingeschaltet, wenn er sich dreht, einschließlich einem oder mehrerer FCO-Zustände, in denen er sich ohne eine Zufuhr von Kraftstoff dreht. Das Getriebe kann eine geeignete Vorrichtung sein und ist ein Stufengetriebe, das konfiguriert ist, um Motordrehzahl und Drehmoment bei einer von mehreren festen Übersetzungsverhältnissen in Reaktion auf Bedienereingaben in einer Ausführungsform zu übertragen.
Die erste und zweite elektrische Maschine 34, 36 können als Hochspannungs-Mehrphasen-Elektromotor/Generatoren ausgeführt werden, die über das erste und zweite Wechselrichtermodul 33, 35 elektrisch an eine Hochspannungs-Gleichstromquelle (Batterie) 25 angeschlossen werden. Der Begriff „Batterie“ wird in der Spezifikation austauschbar mit dem Begriff „Gleichstromquelle“ verwendet. Die erste und zweite elektrische Maschine 34, 36 sind zum Umwandeln der gespeicherten elektrischen Energie in mechanische Energie und der mechanischen Energie in elektrische Energie konfiguriert, die in der Batterie 25 gespeichert werden kann. Die Batterie 25 kann ein Hochspannungsgleichstrom-Energiespeicher sein, z. B. eine mehrzellige Lithium-Ionen-Vorrichtung, ein Ultrakondensator oder eine andere uneingeschränkte passende Vorrichtung sein. Die Leistungsfähigkeit der Batterie 25 kann im Zusammenhang mit gespeicherter Energie und Leistungsfähigkeit beschrieben werden, worin sich die Leistungsfähigkeit auf Arbeit oder übertragene Energie bezieht (in Watt-Einheiten = Joule/Sekunde), und die gespeicherte Energie bezieht sich auf die Leistungsfähigkeit (in Joule-Einheiten = Wattsekunden). Somit bezieht sich die Leistungsfähigkeit auf die Leistungsfähigkeit des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs, z. B. Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit, und die gespeicherte Energie bezieht sich auf den Betriebsbereich, d. h. die zurückgelegte Fahrstrecke. In einer Ausführungsform kann die Batterie 25 mittels eines eingebauten Batterieladers 24 mit einer nicht eingebauten, entfernten elektrischen Energiequelle verbunden werden, um das Hybridfahrzeug 100 im Stehen aufzuladen. Die Batterie 25 ist elektrisch über die Hochspannungsgleichstromleitung 29 mit dem ersten Wechselrichtermodul 33 verbunden, um Hochspannungsgleichstromenergie als Reaktion zum Steuern der Signale aus dem Steuersystem 10 an die erste elektrische Maschine 34 zu übertragen. Ebenso ist die Batterie 25 elektrisch über die Hochspannungsgleichstromleitung 29 mit dem zweiten Wechselrichtermodul 35 verbunden, um Hochspannungsgleichstromenergie als Reaktion zum Steuern der Signale aus dem Steuersystem 10 an den zweiten Elektromotor 36 zu übertragen.
Jede der ersten und der zweiten elektrischen Maschine 34, 36 beinhaltet den Rotor und einen Stator und ist jeweils elektrisch über das entsprechende erste und zweite Wechselrichtermodul 33, 35 und die Hochspannungsgleichstromleitung 29 mit der Batterie 25 verbunden. Das erste und zweite Wechselrichtermodul 33, 35 sind beide mit geeigneten Steuerschaltungen konfiguriert, die Leistungstransistoren umfassen, d. h. IGBTs zum Umwandeln von Hochspannungsgleichstromenergie in Hochspannungswechselstromenergie und zum Umwandeln von Hochspannungswechselstromenergie in Hochspannungsgleichstromenergie. Jedes des ersten und zweiten Wechselrichtermoduls 33, 35 kann eine Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuerung einsetzen, um gespeicherte elektrische Gleichstromenergie, die aus der Batterie 25 stammt, in elektrische Wechselstromenergie umzuwandeln, um die jeweilige erste und zweite elektrische Maschine 34, 36 anzutreiben, um Drehmoment zu erzeugen. Ähnlich wandelt das erste und das zweite Wechselrichtermodul 33, 35 mechanische Energie, die an die jeweilige erste und zweite elektrische Maschine 34, 36 übertragen wird, in Gleichstromenergie zum Erzeugen von elektrischer Energie um, die in der Batterie 25 gespeichert werden kann, einschließlich als Teil einer regenerativen Energiesteuerungsstrategie. Das erste und zweite Wechselrichtermodul 33, 35 sind beide konfiguriert, um Motorsteuerungsbefehle zu erhalten, und steuern die Wechselrichterzustände, um den Motorantrieb und die regenerative Fahrzeugbremsfunktionalität bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist ein elektrischer Gleichstrom/Gleichstrom-Energiewandler 23 elektrisch mit einer Niederspannungsleitung 28, einer Niederspannungsbatterie 27 und mit der Hochspannungsgleichstromleitung 29 verbunden. Derartige elektrische Stromanschlüsse sind bekannt und werden nicht näher erläutert. Die Niederspannungsbatterie 27 stellt eine elektrische Verbindung zu einem zusätzlichen Netzsystem 26 her, um elektrischen Strom niedriger Spannung Niederspannungssystemen des Fahrzeugs bereitzustellen, zu denen unter anderem z.°B. elektrische Fenster, HVAC-Lüfter, Sitze und der elektromagnetbetätigte elektrische Niederspannungsstarter 42 gehören.
Der Antriebsstrang 60 kann eine Differentialgetriebevorrichtung 65 beinhalten, die mechanisch mit einer Achse, einer Transachse oder einer Halbwelle 64 verbunden ist, die in einer Ausführungsform mechanisch mit einem Rad 66 verbunden ist. Der Antriebsstrang 60 überträgt Antriebsdrehmoment zwischen dem Rädertrieb 50 und einer Fahrbahnoberfläche.
Eine Bedienerschnittstelle 14 des Hybridfahrzeugs 100 beinhaltet eine Steuerung, die signalführend mit einer Vielzahl von Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen verbunden ist, durch welche der Bediener den Betrieb des Hybridfahrzeugs 100 bedient. Die Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen beinhalten z. B. ein Gaspedal 15, ein Bremspedal 16, einen Getriebemoduswähler (PRNDL) 17. Weitere Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen können einen Zündschalter beinhalten, um es einem Bediener zu ermöglichen den Motor 40 anzulassen und zu starten, ein Lenkrad, und einen Scheinwerferschalter. Das Gaspedal 15 stellt eine Signaleingabe bereit, die eine Gaspedalposition angibt und das Bremspedal 16 stellt eine Signaleingabe bereit, die eine Bremspedalposition angibt. Die Getriebebereichsauswahleinrichtung 17 stellt eine Signaleingabe bereit, die eine Richtung der vom Bediener beabsichtigten Bewegung des Fahrzeugs angibt, einschließlich einer diskreten Anzahl an vom Bediener auswählbaren Positionen, die eine Drehrichtung des Abtriebselements 62 in entweder einer Vorwärts- oder einer Rückwärtsrichtung angeben. Wie dargestellt, kann die Getriebebereichsauswahleinrichtung 17 auch in der Lage sein, einen bevorzugten Antriebsstrangbetriebsmodus, wie einen normalen Modus, einen Sportmodus, einen Bergmodus oder einen anderen geeigneten Antriebsstrangbetriebsmodus auszuwählen. Die Antriebsstrangbetriebsmodi werden verwendet, um Bedienerpräferenzen für die Steuerung 12 bereitzustellen, wobei derartige Vorlieben eines von einer Vielzahl an gewünschten Getriebeschaltmustern und eines aus einer Vielzahl an bevorzugten Batterie-SOC-Niveaus beinhalten. Eines der Vielzahl von gewünschten Getriebeschaltmustern kann basierend auf bevorzugten Schaltmustern ausgewählt werden, die mit der Geschwindigkeit und Last verbunden sind, wie zum Beispiel ein aggressives Schaltmuster oder ein Schaltmuster, das die Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert. Eine aus einer Vielzahl von gewünschten Batterie-SOC-Niveaus kann in Abhängigkeit von dem erwarteten Betrieb des Fahrzeugs, wie zum Beispiel dem Klettern einer Klasse oder dem Entladen ausgewählt werden, um einen minimalen SOC in Erwartung des Erreichens eines Zielpunkts zu erreichen.
Das Steuersystem 10 beinhaltet eine Steuerung 12, die signaltechnisch mit der Bedienerschnittstelle 14 verbunden wird. Die Steuerung 12 kann eine Vielzahl von diskreten Vorrichtungen beinhalten, die zusammen mit den individuellen Elementen des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 zum Bewirken einer Betriebssteuerung der einzelnen Elemente des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 als Reaktion auf Bediener- und Antriebsstrangbefehle angeordnet sind. Die Steuerung 12 kann auch eine Steuervorrichtung beinhalten, die eine hierarchische Steuerung sonstiger Steuervorrichtungen bereitstellt. Die Steuerung 12 ist kommunikativ mit sowohl der Batterie 25, dem ersten und zweiten Wechselrichtermodul 33, 35, der Motorsteuerung 45 und der Übersetzungssteuerung 57 entweder direkt oder über eine Kommunikationsleitung 18 verbunden, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern.
Die Steuerung 12 befiehlt den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20, einschließlich dem Auswählen und dem Steuern des Betriebs in einem von mehreren Betriebsmodi zum Erzeugen von Drehmoment und zwischen den drehmomenterzeugenden Vorrichtungen zu übertragen, z. B. zwischen dem Motor 40 und der ersten und zweiten elektrischen Maschine 34, 36 und dem Antriebsstrang 60. Die Betriebsmodi können einen oder mehrere Elektrofahrzeugmodi (EV) beinhalten, worin der Motor 40 ausgeschaltet ist und die erste und/oder zweite elektrische Maschine 34, 36 Antriebsdrehmoment erzeugt. Die Betriebsmodi können auch einen elektrisch variablen Modus beinhalten, in dem sich der Motor 40 und eine der beiden oder beide der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine 34, 36 Antriebsdrehmoment erzeugen. Die Betriebsmodi können auch einen Modus zur Elektrofahrzeugreichweitenverlängerung beinhalten, in dem der Motor 40 angeschaltet ist und durch die erste elektrische Maschine 34 elektrische Energie erzeugt und der zweite Elektromotor 36 Antriebsdrehmoment erzeugt. Der Modus zur Elektrofahrzeugreichweitenverlängerung, der Elektrofahrzeug-Modus und der elektrisch variable Modus haben jeweils einen ihnen zugehörigen Batterielademodus, der entweder ein Ladungshaltemodus oder Ladungsentleerungsmodus sein kann. Der Ladungsverarmungsmodus und der Ladungserhaltungsmodus beziehen sich auf Steuerroutinen zum Verwalten eines Ladungszustands (SOC) der Batterie 25. Der Modus, der die Ladung verringert, kann den Betrieb des Motors 40 im AUS-Zustand beinhalten und der Modus, der die Ladung hält, kann den Betrieb des Motors 40 im AN-Zustand beinhalten.
Der Ladungsverarmungsmodus zeigt den Betrieb des Antriebsstrangs an, worin der SOC der Batterie 25 mit einer vorbestimmten Rate entleert ist. In einer Ausführungsform beinhaltet dies den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 im EV-Modus. Im Ladungsverarmungsmodus steuert die Steuerung 12 den Antriebsstrangbetrieb derart, dass der SOC der Batterie 25 während einer Fahrzeugauslösung oder eines Anfahrzyklus einen minimalen SOC-Zustand erreicht, und es verwaltet das Drehmoment vom Motor 40 und von den elektrischen Maschinen 34, 36 basierend darauf.
Der Ladungshalte-(CS)-Modus veranlasst einen Antriebsstrangbetrieb, in dem ein Ladezustand (SOC) der Batterie 25 bevorzugt auf einem vorbestimmten Niveau gehalten wird, mit einer Möglichkeit kurzzeitiger Abweichungen, die sich aus dem Fahrzeugbetrieb ergeben. In einem Ladungserhaltungsmodus steuert die Steuerung 12 den Antriebsstrangbetrieb derart, dass der SOC der Batterie 25 am Ende einer Fahrzeugfahrt, wie er zu Beginn der Fahrzeugfahrt war, auf oder nahe demselben SOC ist und das Drehmoment verwaltet vom Motor 40 und der elektrischen Maschinen 34, 36, basierend darauf.
Die Begriffe „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Steuermodul, Modul, Steuern, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), zentraler Verarbeitungseinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordnete nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichervorrichtungen (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Ein- und Ausgabevorrichtungen und Schaltungen gehören Analog-/Digitalwandler und ähnliche Vorrichtungen, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt eine oder mehrere Steuerroutinen aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen und Stellgliedern und/oder Sensoren können über eine direkte Drahtverbindung, einen vernetzten Kommunikationsbus, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
Der Begriff Modell' bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff ,dynamisch' Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind. Die Begriffe „Kalibrierung“, „Kalibrieren“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder ein Verfahren, das eine tatsächliche oder Standardmessung, die mit einer Vorrichtung verbunden ist, mit einer wahrgenommenen oder beobachteten Messung oder einer befohlenen Position vergleicht. Eine hierin beschriebene Kalibrierung kann auf eine speicherbare parametrische Tabelle, mehrere ausführbare Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden. Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft einer Vorrichtung oder eines anderen Elements darstellt, die durch einen oder mehrere Sensoren und/oder ein physikalisches Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert aufweisen, z. B. „1“ oder „0“, oder kann stufenlos eingestellt werden.
Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 beinhaltet ein Kommunikationsschema, das die Kommunikationsleitung 18 beinhaltet, um die Kommunikationen in der Form von Sensorsignalen und Stellgliedbefehlssignalen zwischen dem Steuersystem 10, dem Hybridfahrzeug 100 und dem Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 zu beeinflussen. Das Kommunikationsschema verwendet eines oder mehrere Kommunikationssysteme und - vorrichtungen, einschließlich z.°B. der Kommunikationsleitung 18, einer direkten Verbindung, einem LAN-Bus, einem Serial Peripheral Interface Bus und drahtlosen Kommunikationen, um Informationsübertragung zu bewirken. Kommunikation zwischen Steuerungen und Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann unter Verwendung einer direkten verdrahteten Verbindung, einer vernetzten Kommunikationsbusverbindung, einer drahtlosen Verbindung oder einer anderen geeigneten Kommunikationsverbindung erreicht werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff ,dynamisch' Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.
Verfahren und Systeme in Form von Steuerroutinen und zugehörigen Kalibrierungen können verwendet werden, um eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit des Hybrid-Antriebsstrangsystems für Bedienerbefehle, wie beispielsweise Beschleunigerpedalspitzenereignisse, bereitzustellen. Eine derartige Ansprechempfindlichkeit kann eine verbesserte Bedienerwahrnehmung, die mit dem Antriebsstrangbetrieb im EV-Modus verbunden ist, einschließlich des Betriebs, der einen aus einer Vielzahl von vom Bediener auswählbaren Betriebsarten beinhaltet, bereitstellen. Dies beinhaltet eine Steuerroutine, die die Motordrehzahl und das Motordrehmoment bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Achsdrehmomentbefehlen basierend auf verschiedenen vom Bediener auswählbaren Betriebsarten so manipulieren kann, dass der Bediener weniger wahrscheinlich den Motorbetrieb wahrnimmt. Die Steuerroutine steuert den Motor, um auf der Basis des Ladezustands, der wählbaren Betriebsart, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Achsdrehmomentbefehle unterschiedlich zu wirken, während ein Ausgangsdrehmoment erzeugt wird, das auf die Ausgangsdrehmomentanforderung anspricht.
Die mit der Batterie 25 assoziierten Parameter beinhalten eine Vielzahl von Lebensdaueranfangs-(BOL)-Zuständen, einschließlich eines SOC-Sollwerts für den anfänglichen Ladungsschluss (CT) und eines SOC-Sollwerts für die anfängliche Ladungserhaltung (CS), der während der Fahrzeug- und/oder Batterieentwicklung bestimmt werden kann. Der anfängliche Ladungsschluss-SOC-Sollwert und ein anfänglicher ladungserhaltender SOC-Sollwert können auf Niveaus voreingestellt werden, die eine konstante Betriebsleistung bei kalten Witterungsbedingungen gewährleisten. Der anhaltende Betrieb mit den voreingestellten Werten für den anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert und den anfänglichen ladungserhaltenden SOC-Sollwert kann jedoch die Lebensdauer der Batterie 25 negativ beeinflussen.
2 stellt grafisch eine Vielzahl von SOC-Sollwerten dar, die mit einer Ausführungsform einer Batterie 25 assoziiert sind, die in einer Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 verwendet wird, die mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Die SOC-Werte (%) werden auf der vertikalen Achse 202 und die verstrichene Zeit (Std.) auf der horizontalen Achse 204 angezeigt. Eine Vielzahl von SOC-Bereichen werden angezeigt, einschließlich eines unbrauchbaren Bereichs 211, der dem SOC nahe einem maximal erreichbaren SOC zugeordnet ist, eines Ladestromrampen-Ausgangsbereichs 212, der dem Überladungspuffer zugeordnet ist, eines erweiterbaren Energiebereichs 213, der den zulässigen Schwankungen im Aufladebereich zugeordnet ist, eines Ladungsverarmungsbereichs 214, eines Ladungserhaltungspuffers 215, eines Entladungsabschnitts 216 des Kaltwetterpuffers, der zum Erleichtern des Kaltstarts des Motors reserviert ist, eines Entladungsleistungsrampenauslaufbereichs 217 und eines anderen unbrauchbaren Bereichs 218, der mit dem SOC nahe einem Minimalwert assoziiert ist und unzureichende Leistung bereitstellt, um den Betrieb zu ermöglichen. Der Ladungserhaltungspuffer 215 stellt einen Entladungspuffer zur Aufnahme eines Entladungsüberschwingens während des Betriebs zur Verfügung. Der Entladungsabschnitt 216 reserviert einen Teil der gespeicherten Batterieleistung, um das Kaltstarten des Motors auch bei kalten Umgebungsbedingungen zu ermöglichen.
Ein anfänglicher Ladeschluss-SOC-Sollwert wird durch die Linie 220 angezeigt und stellt einen maximalen SOC-Zustand dar, bei welchem der Ladevorgang beendet wird, wenn die Batterie 25 bei 100% ihres Lebenszyklus, d. h. neu, ist und unter nominal normalen Temperaturbedingungen arbeitet. Ein anfänglicher Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert wird durch die Linie 222 angezeigt und stellt einen minimalen SOC-Zustand dar, bei welchem der Entladevorgang beendet wird, wenn die Batterie 25 bei 100% ihres Lebenszyklus, d. h. neu, ist und unter nominal normalen Temperaturbedingungen arbeitet. Linie 224 zeigt ein Entladeprofil für die Batterie 25 an, wenn das Hybrid-Antriebsstrangsystem im Ladungsverarmungsmodus arbeitet. Linie 226 beinhaltet einen Ladeschluss-SOC-Sollwert 227, der kleiner ist als der anfängliche Ladeschluss-SOC-Sollwert 222. Linie 228 beinhaltet einen Ladeschluss-SOC-Sollwert 229, der kleiner ist als der anfängliche Ladeschluss-SOC-Sollwert 222 und der Ladeschluss-SOC-Sollwert 227, der mit der Linie 226 assoziiert ist. Mit den Linien 226 und 228 werden mögliche Ladestrategien und Entladestrategien vorgestellt, die implementiert werden können, wenn der Entladungsabschnitt 216 aufgrund von Umgebungstemperaturen, die höher sind als die mit der Kälte einhergehenden Umgebungstemperaturen, z. B. höher als 15 °C, nicht benötigt wird.
3 stellt schematisch einen Prozess 300 dar, der in einer mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsform des Hybridfahrzeugs 100 und des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 realisiert werden kann, wobei eine Ausführungsform der Vielzahl von SOC-Sollwerten verwendet wird, die mit einer Ausführungsform einer Batterie assoziiert sind, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Der Prozess 300 kann als eine oder mehrere Steuerroutinen in dem Steuersystem 10 ausgeführt werden, um einen aktualisierten ladungserhaltenden SOC-Sollwert und einen aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert in Echtzeit basierend auf Fahrzeugbetriebsdaten, einer Umgebungstemperatur und eines Lebenszustands der Batterie 25 dynamisch zu ermitteln. Ein derartiger Betrieb kann eine Auswirkung auf die Lebensdauer der Batterie 25 minimieren, die mit einem anhaltenden Betrieb bei den voreingestellten Niveaus für den anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert verbunden sein kann, und der anfängliche Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert kann die Lebensdauer der Batterie 25 negativ beeinflussen. Insbesondere können der aktualisierte Ladungserhaltungs-Sollwert und der aktualisierte Ladeschluss-SOC-Sollwert vorteilhaft reduziert werden, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug einem Kaltstart oder einem anderen damit zusammenhängenden Betriebszustand aufgrund von Umgebungsbedingungen oder anderen Bedingungen ausgesetzt wird, gering oder gar nicht gegeben ist. Damit erübrigt sich die Reservierung eines Teils der gespeicherten Batterieleistung, d. h. des mit Bezug auf 2 beschriebenen Entladungsabschnitts 216.

Tabelle 1 wird als ein Schlüssel bereitgestellt, worin die nummerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen folgendermaßen nach dem Verfahren 300 dargelegt werden. Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
302	Kalibrieren des anfänglichen CS-Sollwerts, Ladeschluss-Sollwert
304	Informationen sammeln: Position, Datum, Zeit, Lebenszustand, usw.
306	Überwachung der Batteriebedingungen: Umgebungstemperatur, Batterietemperatur, SOC
310	Berechnen von ΔSOCCS_SP
312	Bestimmen des aktualisierten CS SOC-Sollwerts
314	Berechnen des elektrischen Energieausgleichsfaktors α
316	Bestimmen des aktualisierten CT SOC-Sollwerts
318	Ausführen aktualisierter CS, CT SOC-Sollwerte
320	Analysieren von Echtzeit-Fahrzeugbetriebsinformationen mit aktualisierten CS, CT SOC-Sollwerten
322	Bestimmen der Batterieleistungsfähigkeit bei aktualisiertem CS SOC-Sollwert, Batterietemperatur
324	Bestimmen der Reichweite des Fahrzeugs bei aktualisierten CS, CT SOC-Sollwerten und der Batterietemperatur

Die Ausführung des Prozesses 300 fährt wie folgt fort. Die Schritte des Prozesses 300 können in einer geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden und sind nicht auf die Reihenfolge, die mit Bezug auf 3 beschrieben ist, beschränkt.
Anfangswerte können in einer Fahrzeugentwicklungsphase ermittelt und in das Steuersystem 10 (302) eingemessen werden, wobei die Anfangswerte einen Ladeschluss-(CT)-SOC-Sollwert und einen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert zu Beginn des Lebenszyklus (BOL) des Hybridfahrzeugs 100 und/oder der Batterie 25 beinhalten. Darüber hinaus kann der Ladeschluss-SOC-Sollwert schrittweise auf einen End-of-life-(EOL)-Punkt erweitert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann in einer Ausführungsform bei BOL der Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert auf 16% SOC und der Ladeschluss-SOC-Sollwert auf 90 % und der EOL-Ladeschluss-SOC-Sollwert auf 96,5 % eingestellt werden, um dem Kapazitätsabfall der Batterie entgegenzuwirken. Das Grundprinzip beim Bestimmen des Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts ist, dass die Batterie 25 bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, wie beispielsweise -30 °C, das Kaltstarten unterstützen kann und die Batterie 25 bei Umgebungstemperaturen, die über -10 °C liegen, eine wesentlich höhere Kurbelfähigkeit aufweisen kann. Darüber hinaus kann die Batterie 25 genügend Leistung am Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert bereitstellen, um den Fahrzeugbetrieb zu unterstützen, einschließlich einer akzeptablen Anfahrleistung des Fahrzeugs. Zudem kann die Batterie 25 über einen Energiepuffer verfügen, der den Start-/Stopp-Betrieb des Motors und den Bergaufbetrieb unterstützt, z. B. den Ladungserhaltungspuffer 215, der in Bezug auf 2 beschrieben ist. Der Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert des BOL ist der in der Fahrzeugentwicklungsphase ermittelte Standard-SOC-Sollwert für den Batteriebetrieb.
Fahrzeuginformationen werden gesammelt, einschließlich Fahrzeugstandort, Datum, Zeit, Zustand der Batterielebensdauer, usw. (304) und Batteriebedingungen einschließlich Umgebungstemperatur, Batterietemperatur und SOC werden überwacht (306). Diese Informationen werden zum Berechnen einer Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert (ΔSOCCS_SP) herangezogen.
Die Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert (ΔSOCCS_SP) wird basierend auf der Batteriekaltstartfähigkeit für die Umgebungs- und Batterietemperaturen, Leistungskapazität der Batterie 25 zum Betriebszeitpunkt (310) ermittelt.
Der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert wird wie folgt ermittelt in Gl. 1 (312). $S O C_{CS_SP} = S O C_{CS_SP_BOL} - Δ S O C_{CS_SP} (O p e r a t i o n_d a t e, T e m p, S O L)$
Der Begriff SOCCS_SP_BOL bezeichnet den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert zu Beginn der Lebensdauer und ΔSOC_{CS_SP}(Operation_{_}date,Temp,SOL) die Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert, der die Batteriekaltstartfähigkeit und die Leistungskapazität zum Betriebszeitpunkt ermittelt.
Zusätzlich wird ein elektrischer Energieausgleichsfaktor α ermittelt (314). Der elektrische Energieausgleichsfaktor α berücksichtigt gerätespezifische Fähigkeiten, die mit der Batterieleistung assoziiert sind und Unterschiede in der Energiekapazität und Energiedichte bei hohen SOC-Werten im Vergleich zur Energiedichte bei niedrigen SOC-Werten beinhalten, und wird so gewählt, dass die Batterie 25 eine ausreichende Menge an gespeicherter Energie aufweist, um einen bestimmten Betriebsbereich zu erreichen, während das Hybrid-Antriebsstrangsystem im EV-Modus betrieben wird. Damit wird der elektrische Energieausgleichsfaktor α ermittelt, um die Energiemenge in der oberen und unteren SOC-Zone auszugleichen. Damit kann der Ladeschluss-SOC-Sollwert so aktualisiert werden, dass die Batterie 25 über ihre Lebensdauer eine gleichbleibende Menge an elektrischer Energie speichert, die der vorgesehenen Menge an BOL der Batterie 25 entspricht.
Ein aktualisierter Ladeschluss-SOC-Sollwert wird basierend auf dem Ladeschluss-SOC-Sollwert zu Beginn der Lebensdauer, der Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerteinstellung und dem elektrischen Energieausgleichsfaktor α wie folgt ermittelt in Gl. 2 (316). $S O C_{chg_term_s p} = S O C_{chg_term_s p_BOL} - α \cdot Δ S O C_{C S_S P} (O p e r a t i o n_d a t e, T e m p, S O L)$
Der Begriff SOCchg_term_sp bezeichnet den aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert und der Begriff SOCchg_term_sp_BOL bezeichnet den Ladeschluss-SOC-Sollwert Lebensdaueranfang. Das Grundprinzip beim Bestimmen des aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwerts besteht darin, eine ausreichende Menge an gespeicherter Energie in der Batterie bereitzustellen, um einen vorbestimmten Betriebsbereich im EV-Modus zu unterstützen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein Ladeschluss-SOC-Sollwert auf 90% eingestellt werden, sodass die Batterie 25 eine elektrische Energie von 14,2kWh liefern kann, um 53 EV-Meilen zu Beginn der Lebensdauer zu unterstützen. Um in den ersten Betriebsjahren eine gleichbleibende Reichweite der EV-Meile zu erreichen, kann der Batterie-Ladeschluss-Sollwert auf einen maximal zulässigen Wert ansteigen, z. B. einen Ladeschluss-SOC-Sollwert von 96,5 %. Somit kann entweder der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert oder der aktualisierte Ladeschluss-SOC-Sollwert in Echtzeit basierend auf dem Fahrzeug-Betriebsdatum, der Umgebungstemperatur und dem Zustand der Batterielebensdauer bestimmt werden, um den Batterieabbau mit der Betriebszeit zu minimieren. Der Fahrzeugbetrieb wird mit dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert und dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert (318) durchgeführt.
Die mit dem Fahrzeugbetrieb, dem Batteriebetrieb, den Umgebungs- und Batterietemperaturen assoziierten Daten werden dynamisch überwacht und in Echtzeit während des Fahrzeugbetriebs mit dem Ladeschluss-SOC-Sollwert und dem Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert (320) analysiert. Diese Daten werden zum Bestimmen einer Batterieleistungsfähigkeit am Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und der Umgebungstemperatur (322) und eines Fahrzeugantriebsbereichs für den Ladeschluss-SOC-Sollwert und den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert unter Berücksichtigung der Umgebungs- und Batterietemperatur (324) herangezogen. Diese Ergebnisse werden als Rückmeldung zum Bestimmen der Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert (ΔSOCCS_SP) (310) und zum Bestimmen des elektrischen Energieausgleichsfaktors α während des Betriebs (314) bereitgestellt.
Die Batterie-SOC-Betriebssteuerstrategien können angepasst werden, um Änderungen der SOC- und Kaltstartfähigkeit, der Betriebstemperatur und des Batterieabbaus, die während des Betriebs und/oder im Laufe der Zeit auftreten können, zu berücksichtigen. Die Batterie 25 kann während ihrer Lebensdauer an niedrigeren SOC-Abschlusspunkten als ein Standard-SOC-Abschlusspunkt geladen werden, was zu einer Verlängerung ihrer Lebensdauer führen kann.
Wenn das Hybridfahrzeug 100 als PHEV konfiguriert ist, kann die Aufladung der Batterie während eines Ladeereignisses ohne Kabel durchgeführt werden, wobei als Wert, bei dem die Aufladung beendet wird, der aktualisierte SOC-Sollwert verwendet wird.
Das Flussdiagramm in 3 veranschaulicht eine Ausführungsform des Verfahrens, die durch ein fahrzeugseitiges Computersystem ausgeführt werden kann, das Anweisungen von einem oder mehreren Modulen in Verbindung mit dem System empfängt. Diese können durch einen Computeralgorithmus, einen maschinenlesbaren Code, ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium oder Softwareanweisungen implementiert werden, die in eine geeignete programmierbare logische Vorrichtung(en) des Fahrzeugs programmiert sind, wie etwa das eine oder mehrere Module, ein Server, der in Verbindung mit dem Fahrzeug-Computersystem steht, ein Mobilgerät, das mit dem Fahrzeug-Computersystem und/oder dem Server, einer anderen Steuerung im Fahrzeug oder einer Kombination derselben in Verbindung steht. Obwohl die verschiedenen im Flussdiagramm dargestellten Schritte scheinbar in zeitlicher Abfolge erfolgen, können mindestens einige der Schritte in einer unterschiedlichen Reihenfolge und einige Schritte gleichzeitig oder gar nicht erfolgen.

Claims

Verfahren zum Verwalten der elektrischen Aufladung einer Batterie (25), die so angeordnet ist, dass sie elektrische Energie an eine elektrische Maschine (34, 36) eines Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) für Zugkraft liefert, wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) in einem Ladungserhaltungsmodus und einem Ladungsverarmungsmodus in Bezug auf einen Ladezustand (SOC) der Batterie (25) arbeitet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen der Parameter für den Beginn der Lebensdauer der Batterie (25), einschließlich eines anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts und eines anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwerts; dynamisches Überwachen der mit der Batterie (25) verbundenen Parameter, einschließlich einer Umgebungstemperatur, einer Vorrichtungstemperatur und des SOC der Batterie (25); dynamisches Überwachen einer Position, eines Betriebszeitpunkts und eines mit der Batterie (25) verbundenen Lebensdauerzustands (SOL); Bestimmen einer Anpassung an einen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert basierend auf der Umgebungstemperatur, der Vorrichtungstemperatur und dem SOC der Batterie (25); Bestimmen eines aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts basierend auf der Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und den anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert; Bestimmen eines elektrischen Energieausgleichsfaktors α basierend auf der Position, dem Betriebszeitpunkt und dem SOL, wobei der Energieausgleichsfaktor α Unterschiede in der Energiekapazität und Energiedichte bei hohen SOC-Werten im Vergleich zur Energiekapazität und Energiedichte bei niedrigen SOC-Werten berücksichtigt; Bestimmen eines aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwerts basierend auf dem elektrischen Energieausgleichsfaktor α, dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und dem anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert; und Steuern der Aufladung der Batterie (25) basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert; ferner umfassend einen Befehlssatz, der den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) basierend auf dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert steuert; wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) eine elektrische Maschine (34, 36) und einen Verbrennungsmotor (40) beinhaltet, und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) und den Verbrennungsmotor (40) so zu steuern, dass sie zusammenwirken, um in Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung im Ladungserhaltungsmodus, wenn der SOC kleiner als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist, ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen; und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) so zu steuern, dass sie in Reaktion auf die Ausgangsdrehmomentanforderung ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, wenn der SOC größer als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) für ein Hybridfahrzeug (100), umfassend: eine elektrische Maschine (34, 36), die angeordnet ist, um mechanische Energie zu erzeugen und an einen Antriebsstrang (60) zu übertragen; eine Batterie (25), die angeordnet ist, um elektrische Energie an die elektrische Maschine (34, 36) zu liefern; ein Steuersystem (10), das in Verbindung mit der elektrischen Maschine (34, 36) und der Batterie (25) steht, wobei das Steuersystem (10) einen Befehlssatz beinhaltet, der zum Verwalten der elektrischen Aufladung der Batterie (25) angeordnet ist, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Bestimmen der Parameter für den Beginn der Lebensdauer der Batterie (25), einschließlich eines anfänglichen Ladungserhaltungszustands-SOC-Sollwerts und eines anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwerts; dynamisches Überwachen der mit der Batterie (25) verbundenen Parameter, einschließlich einer Umgebungstemperatur, einer Vorrichtungstemperatur und des SOC der Batterie (25); dynamisches Überwachen einer Position, eines Betriebszeitpunkts und eines mit der Batterie (25) verbundenen Lebensdauerzustands (SOL); Bestimmen einer Anpassung an einen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert basierend auf der Umgebungstemperatur, der Vorrichtungstemperatur und dem SOC der Batterie (25); Bestimmen eines aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwerts basierend auf der Anpassung an den Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und den anfänglichen Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert; Bestimmen eines elektrischen Energieausgleichsfaktors α basierend auf der Position, dem Betriebszeitpunkt und dem SOL, wobei der Energieausgleichsfaktor α Unterschiede in der Energiekapazität und Energiedichte bei hohen SOC-Werten im Vergleich zur Energiekapazität und Energiedichte bei niedrigen SOC-Werten berücksichtigt; Bestimmen eines aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwerts basierend auf dem elektrischen Energieausgleichsfaktor α, dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert und dem anfänglichen Ladeschluss-SOC-Sollwert; und Steuern der Aufladung der Batterie (25) basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert; ferner umfassend den Befehlssatz, der den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) basierend auf dem aktualisierten Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert steuert; wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) eine elektrische Maschine (34, 36) und einen Verbrennungsmotor (40) beinhaltet, und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) und den Verbrennungsmotor (40) so zu steuern, dass sie zusammenwirken, um in Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung im Ladungserhaltungsmodus, wenn der SOC kleiner als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist, ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen; und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um die elektrische Maschine (34, 36) so zu steuern, dass sie in Reaktion auf die Ausgangsdrehmomentanforderung ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, wenn der SOC größer als der aktualisierte Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert ist.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) nach Anspruch 2, wobei der Befehlssatz, der zum Steuern des Ladens der Batterie (25) basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert ausgeführt werden kann, den Befehlssatz umfasst, der zum Aufladen der Batterie (25) auf den aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert ausgeführt werden kann.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) nach Anspruch 2, wobei der Befehlssatz, der zum Steuern des Ladens der Batterie (25) basierend auf dem aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert ausgeführt werden kann, den Befehlssatz umfasst, der zum Steuern des Ladens der Batterie (25) auf den aktualisierten Ladeschluss-SOC-Sollwert während eines Ladeereignisses ohne Kabel ausgeführt werden kann.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) nach Anspruch 2, wobei der anfängliche Ladungserhaltungs-SOC-Sollwert einen minimalen SOC-Zustand umfasst, der mit dem Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems (20) in einem Ladungsverarmungsmodus verbunden ist.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) nach Anspruch 2, wobei der anfängliche Ladeschluss-SOC-Sollwert einen maximalen SOC umfasst, der mit dem Laden der Batterie (25) verbunden ist.
Hybrid-Antriebsstrangsystem (20) nach Anspruch 2, wobei der elektrische Energieausgleichsfaktor α bestimmt ist, um den Ladeschluss-SOC-Sollwert für die Batterie (25) anzupassen, was zur Folge hat, dass die Batterie (25) eine Menge an elektrischer Energie speichert, die gleich einer Menge an gespeicherter Energie am Lebensdaueranfang (BOL) der Batterie (25) ist, basierend auf der Position, dem Betriebszeitpunkt und dem SOL.