DE102019116955A1

DE102019116955A1 - Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102019116955A1
Application number: DE102019116955.0A
Authority: DE
Inventors: Xiaohong Nina Duan; Yanan Zhao
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US20190389452A1; CN110641452A; US10800398B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Hybridfahrzeug bereit. Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie, einen Kühler und eine Steuerung. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie ist dazu konfiguriert, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen. Der Kühler ist dazu konfiguriert, die Batterie zu kühlen. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Standort auf einer vorbestimmten Route fährt, die elektrische Maschine derart zu betreiben, dass die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine minimale Batterieladungsgrenze bei Ankunft an dem zweiten Standort erschöpft wird. Die Steuerung ist ebenfalls dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Standort auf einer vorbestimmten Route fährt, den Kühler derart zu betreiben, dass sich die Batterietemperatur von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine Batterieausschalttemperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Elektro- und Hybridfahrzeuge und Steuersysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektro- und Hybridfahrzeuge können mindestens eine elektrische Leistungsquelle, wie etwa eine elektrische Maschine, nutzen, um das Fahrzeug anzutreiben.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie, einen Kühler und eine Steuerung. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie ist dazu konfiguriert, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen. Der Kühler ist dazu konfiguriert, die Batterie zu kühlen. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Standort auf einer vorbestimmten Route fährt, die elektrische Maschine derart zu betreiben, dass die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine minimale Batterieladungsgrenze bei Ankunft an dem zweiten Standort erschöpft wird. Die Steuerung ist ebenfalls dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug von einem ersten zu einem zweiten Standort auf einer vorbestimmten Route fährt, den Kühler derart zu betreiben, dass sich die Batterietemperatur von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine Batterieausschalttemperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Ein Fahrzeug beinhaltet eine Batterie, eine elektrische Maschine einen Batteriekühler und eine Steuerung. Die Batterie versorgt die elektrische Maschine mit Leistung, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route zu einem Ziel fährt, die elektrische Maschine und den Kühler derart zu betreiben, dass die Batterieladung auf eine untere Ladegrenze erschöpft ist und sich die Batterietemperatur bei Ankunft am Ziel auf eine obere Temperaturgrenze erhöht.
Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie, ein Kühlsystem und eine Steuerung. Die Batterie ist dazu konfiguriert, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen. Das Kühlsystem ist dazu konfiguriert, der Batterie Wärme zu entziehen, die durch Entladen der Batterie erzeugt wird. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route von einem ersten zu einem zweiten Standort fährt, das Fahrzeug über die elektrische Maschine anzutreiben und das Kühlsystem derart zu betreiben, dass sich die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine reduzierte Ladung an dem zweiten Standort verringert, und derart, dass sich die Batterietemperatur monoton von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines repräsentativen Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs;
2 ist eine graphische Veranschaulichung einer beispielhaften optimalen Temperaturkurve für die Batterietemperatur relativ zu der Entfernung, die entlang einer vorbestimmten Route zurückgelegt wurde;
3 ist ein Graph, der einen Wärmekonvektionskoeffizienten der Batterie relativ zu der zum Kühlen der Batterie genutzten Leistung veranschaulicht;
4 ist ein Steuerdiagramm, das ein Steuersystem zum Einstellen der Ausgabe eines Batteriekühlsystems darstellt;
5 ist ein Steuerdiagramm, das eine alternative Ausführungsform eines Steuersystems zum Einstellen der Ausgabe eines Batteriekühlsystems darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein schematisches Diagramm eines schematischen Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle - HEV) 10, das einen Parallelhybridantriebsstrang aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen unter den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet einen Motor 14, der ein Getriebe 16 antreibt, das als modulares Hybridgetriebe (modular hybrid transmission - MHT) bezeichnet werden kann. Das Getriebe 16 kann über einen Getriebebereichsschalthebel in PRNDSL (park, reverse, neutral, drive, sport, low - Parken, Rückwärts, Leerlauf, Dauerbetrieb, Sport, Niedrig) geschaltet werden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, beinhaltet das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie etwa einen elektrischen Motorgenerator (electric motor/generator - M/G) 18, eine zugehörige Traktionsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufig übersetztes Automatikgetriebe oder Schaltgetriebe 24.
Der Motor 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10, die dazu konfiguriert sind, das HEV 10 anzutreiben. Der Motor 14 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, bei welcher es sich um eine Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einen Benzin-, Diesel- oder Erdgasmotor, oder eine Brennstoffzelle handeln kann. Der Motor 14 erzeugt eine Motorleistung und ein entsprechendes Motordrehmoment, welches dem M/G 18 bereitgestellt wird, wenn eine Ausrückkupplung 26 zwischen dem Motor 14 und dem M/G 18 zumindest teilweise eingekuppelt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem M/G 18 um einen Permanentmagnet-Synchronmotor handeln. Die Leistungselektronik passt den Gleichstrom (direct current - DC), welcher von der Batterie 20 bereitgestellt wird, an die Anforderungen des M/G 18 an, wie nachstehend beschrieben. Beispielsweise kann die Leistungselektronik dem M/G 18 einen Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) bereitstellen.
Wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist, ist Leistungsfluss von dem Motor 14 zu dem M/G 18 oder von dem M/G 18 zu dem Motor 14 möglich. Zum Beispiel kann die Ausrückkupplung 26 eingekuppelt sein und kann der M/G 18 als Generator arbeiten, um Drehenergie, die durch eine Kurbelwelle 28 und eine M/G-Welle 30 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Die Ausrückkupplung 26 kann zudem ausgekuppelt sein, um den Motor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, sodass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das HEV 10 fungieren kann. Eine Welle 30 erstreckt sich durch den M/G 18. Der M/G 18 ist durchgehend antriebsfähig mit der Welle 30 verbunden, wohingegen der Motor 14 nur dann antriebsfähig mit der Welle 30 verbunden ist, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Daher ist der Drehmomentwandler 22 mit dem Motor 14 verbunden, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Der Drehmomentwandler 22 beinhaltet ein an der M/G-Welle 30 befestigtes Pumpenrad und ein an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigtes Turbinenrad. Der Drehmomentwandler 22 stellt somit eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Leistung von dem Pumpenrad auf das Turbinenrad, wenn sich das Pumpenrad schneller als das Turbinenrad dreht. Die Größe des Turbinenraddrehmoments und des Pumpenraddrehmoments hängt im Allgemeinen von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis von Pumpenraddrehzahl zu Turbinenraddrehzahl ausreichend hoch ist, ist das Turbinenraddrehmoment ein Vielfaches des Pumpenraddrehmoments. Zudem kann eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung (auch als Drehmomentwandler-Sperrkupplung bekannt) 34 bereitgestellt sein, die im eingekuppelten Zustand das Pumpenrad und das Turbinenrad des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch aneinanderkoppelt, wodurch eine effizientere Leistungsübertragung ermöglicht wird. Die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34 kann als Anfahrkupplung betrieben werden, um eine sanfte Anfahrt des Fahrzeugs bereitzustellen. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann eine Anfahrkupplung ähnlich der Ausrückkupplung 26 zwischen dem M/G 18 und dem Schaltgetriebe 24 für Anwendungen bereitgestellt werden, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34 beinhalten. Bei einigen Anwendungen wird die Ausrückkupplung 26 im Allgemeinen als vorgeschaltete Kupplung bezeichnet und die Anfahrkupplung 34 (bei der es sich um eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung handeln kann) wird im Allgemeinen als nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Schaltgetriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch selektives Einkuppeln von Reibungselementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), selektiv in unterschiedliche Getriebeübersetzungen gebracht werden, um die gewünschten mehreren einzelnen oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Die Reibungselemente können über einen Schaltzeitplan gesteuert werden, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um die Übersetzung zwischen einer Getriebeausgangswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 zu steuern. Das Schaltgetriebe 24 wird auf Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit - PCU), automatisch aus einem Übersetzungsverhältnis in ein anderes geschaltet. Leistung und Drehmoment sowohl von dem Motor 14 als auch von dem M/G 18 können dem Schaltgetriebe 24 zugeführt und von diesem aufgenommen werden. Das Schaltgetriebe 24 stellt dann der Ausgangswelle 36 Antriebsstrangausgangsleistung und -drehmoment zur Verfügung.
Es versteht sich, dass das hydraulisch gesteuerte Schaltgetriebe 24, das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur ein Beispiel einer Schaltgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; jedes Mehrfachübersetzungsschaltgetriebe, das (ein) Eingangsdrehmoment(e) von einem Motor und/oder einem Elektromotor annimmt und dann einer Ausgangswelle ein Drehmoment bei unterschiedlichen Übersetzungen bereitstellt, ist für eine Verwendung in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung annehmbar. Zum Beispiel kann das Schaltgetriebe 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (automated mechanical transmission - AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren beinhaltet, um Schaltgabeln entlang einer Schaltstange zu verschieben/drehen, um eine gewünschte Übersetzung auszuwählen. Nach der allgemeinen Auffassung des Durchschnittsfachmanns kann ein AMT beispielsweise bei Anwendungen mit einem höheren Drehmomentbedarf verwendet werden.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 36 mit einem Differential 40 verbunden. Das Differential 40 treibt über entsprechende mit dem Differential 40 verbundene Achsen 44 ein Paar Antriebsräder 42 an. Das Differential überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 42, während es leichte Drehzahlunterschiede erlaubt, wie etwa, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um das Drehmoment von dem Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung variieren, beispielsweise je nach konkretem Betriebsmodus oder konkreter Betriebsbedingung.
Der Antriebsstrang 12 beinhaltet außerdem eine zugehörige Steuerung 50, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU). Wenngleich sie als eine Steuerung veranschaulicht ist, kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC), gesteuert werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie etwa Starten/Stoppen des Motors 14, Betreiben des M/G 18 zum Bereitstellen von Raddrehmoment oder Laden der Batterie 20, Auswählen oder Planen von Gangwechseln usw., zu steuern. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (central processing unit - CPU) beinhalten, der mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtigen und nicht flüchtigen Arbeitsspeicher, beispielsweise in Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM), beinhalten. Bei einem KAM handelt es sich um einen dauerhaften oder nicht flüchtigen Speicher, der zum Speichern unterschiedlicher Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU heruntergefahren wird. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung beliebiger einer Reihe von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmable read-only memory - programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung beim Steuern des Motors oder Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und -betätigungselemente über eine Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Schnittstelle (einschließlich eines Eingabe- und eines Ausgabekanals), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder - umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese der CPU zugeführt werden. Wie im Allgemeinen in der repräsentativen Ausführungsform in 1 veranschaulicht, kann die Steuerung 50 Signale an den und/oder von dem Motor 14, an die und/oder von der Ausrückkupplung 26, an den und/oder von dem M/G 18, an die und/oder von der Batterie 20, an die und/oder von der Anfahrkupplung 34, an das und/oder von dem Schaltgetriebe 24 und an die und/oder von der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Wenngleich nicht ausdrücklich veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten, die jeweils innerhalb der vorstehend genannten Teilsysteme durch die Steuerung 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik und/oder Algorithmen, die von der Steuerung ausgeführt werden, direkt oder indirekt betätigt werden können, beinhalten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -rate und -dauer, Drosselventilposition, Zündzeitpunkt der Zündkerze (bei fremdgezündeten Motoren), Ansteuerung und Dauer für Einlass- und Auslassventil, Komponenten des Front-End-Nebenaggregatantriebs (front end accessory Drive - FEAD), wie etwa eine Lichtmaschine, einen Klimakompressor, Laden oder Entladen der Batterie (einschließlich Bestimmen der Ober- und Untergrenzen für Lade- und Entladeleistung), regeneratives Bremsen, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für Ausrückkupplung 26, Anfahrkupplung 34 und Schaltgetriebe 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können dazu verwendet werden, beispielsweise Ladedruck eines Turboladers, Kurbelwellenposition (PIP), Motordrehzahl (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Ansaugkrümmerdruck (MAP), Gaspedalposition (PPS), Zündschalterposition (IGN), Drosselventilposition (TP), Lufttemperatur (TMP), Sauerstoffgehalt des Abgases (EGO) oder Konzentration oder Vorhandensein eines anderen Bestandteils des Abgases, Ansaugluftstrom (MAF), Gang, Übersetzung oder Modus des Getriebes, Getriebeöltemperatur (TOT), Drehzahl des Turbinenrads des Getriebes (TS), Status der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34 (TCC), Verzögerungs- oder Gangwechselmodus (MDE), Temperatur, Spannung, Strom oder Ladezustand (SOC) der Batterie anzugeben.
Die Steuerlogik oder Funktionen, die durch die Steuerung 50 ausgeführt werden, können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich sie nicht immer ausdrücklich veranschaulicht sind, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine/r oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 50, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach der konkreten Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder - medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen wiedergeben, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder von dessen Teilsystemen ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder - medien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Vorrichtungen beinhalten, die elektronischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
Ein Gaspedal 52 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs dazu verwendet, dem Antriebsstrang 12 (oder konkreter dem Motor 14 und/oder dem M/G 18) ein angefordertes Drehmoment, eine geforderte Leistung oder einen geforderten Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Durchdrücken und Freigeben des Gaspedals 52 ein Gaspedalpositionssignal, das durch die Steuerung 50 als Anforderung einer höheren Leistung bzw. niedrigeren Leistung ausgelegt werden kann. Ein Bremspedal 58 wird zudem durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein angefordertes Bremsmoment zum Verlangsamen des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Durchdrücken und Freigeben des Bremspedals 58 ein Bremspedalpositionssignal, das durch die Steuerung 50 als Anforderung des Verringerns der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelegt werden kann. Auf Grundlage von Eingaben von dem Gaspedal 52 und dem Bremspedal 58 weist die Steuerung 50 das Drehmoment und/oder die Leistung zum Motor 14, zum M/G 18 und zu Reibungsbremsen 60 an. Die Steuerung 50 steuert zudem die zeitliche Abfolge von Gangwechseln innerhalb des Schaltgetriebes 24 sowie das Einkuppeln oder Auskuppeln der Ausrückkupplung 26 und der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34. Wie die Ausrückkupplung 26 kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34 über einen Bereich zwischen der eingekuppelten und der ausgekuppelten Position moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zum variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad erzeugt wird. Alternativ kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34 verriegelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden, was von der konkreten Anwendung abhängt.
Um das Fahrzeug mit dem Motor 14 anzutreiben, ist die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt, um mindestens einen Teil des Motordrehmoments über die Ausrückkupplung 26 auf den M/G 18 und anschließend von dem M/G 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Schaltgetriebe 24 zu übertragen. Der M/G 18 kann den Motor 14 dadurch unterstützen, dass er zusätzliche Leistung zum Drehen der Welle 30 bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“ oder „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug mithilfe des M/G 18 als einziger Leistungsquelle anzutreiben, bleibt der Leistungsfluss gleich, mit der Ausnahme, dass die Ausrückkupplung 26 den Motor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 trennt. Während dieses Zeitraums kann die Verbrennung in dem Motor 14 deaktiviert oder anderweitig abgeschaltet sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie über Kabel 54 an die Leistungselektronik 56, die beispielsweise einen Wechselrichter beinhalten kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in Wechselspannung zur Verwendung durch den M/G 18 um. Die Steuerung 50 veranlasst die Leistungselektronik 56 zum Umwandeln der Spannung von der Batterie 20 in eine Wechsel Spannung, die dem M/G 18 bereitgestellt wird, um der Welle 30 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen.
Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer“ oder „EV“-Betriebsmodus bezeichnet werden.
In jedem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 18 als Elektromotor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als Generator fungieren und kinetische Energie von dem Antriebsstrang 12 in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umwandeln. Der M/G 18 kann beispielsweise als Generator fungieren, während der Motor 14 Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zusätzlich während Zeiträumen des regenerativen Bremsens als Generator fungieren, in dessen Verlauf Drehmoment und Rotationsenergie (oder kinetische Energie) oder -leistung von den sich drehenden Rädern 42 durch das Schaltgetriebe 24, den Drehmomentwandler 22 (und/oder die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 34) zurück übertragen und in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umgewandelt werden.
Das HEV 10 kann ebenfalls ein globales Positionierungssystem (GPS) 62 beinhalten, das in Kommunikation mit der Steuerung 50 steht. Das GPS 62 kann dazu konfiguriert sein, die globalen Koordinaten des HEV 10 zu bestimmen. Das GPS 62 kann dazu konfiguriert sein, den aktuellen Standort des HEV 10 zu bestimmen und anzuzeigen. Das GPS 62 kann eine Straßenkarte und einen Algorithmus beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Richtungsangaben von dem gegenwärtigen Standort (der ein Startstandort sein kann) zu einem gewünschten Ziel bereitzustellen. Das GPS 62 kann eine vorbestimmte Route von dem aktuellen Standort zu dem gewünschten Ziel erzeugen. Alternativ kann der Fahrzeugführer eine gewünschte vorbestimmte Route von dem aktuellen Standort zu dem gewünschten Ziel manuell auswählen und in das GPS 62 eingeben. Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - HMI) kann dazu konfiguriert sein, die gewünschte vorbestimmte Route und/oder ein gewünschtes Ziel zu empfangen, das von einem Fahrzeugführer eingegeben ist. Die Eingabe kann eine Adresse des gewünschten Ziels oder ein allgemeiner geografischer Bereich sein. Die HMI kann einen Anzeigeschirm beinhalten, der den gegenwärtigen Standort und die vorbestimmte Route zu dem gewünschten Ziel ausgibt.
Das HEV 10 kann ebenfalls einen Batteriekühler oder ein Kühlsystem 64 beinhalten, das zum Kühlen der Traktionsbatterie 20 konfiguriert ist. Das Batteriekühlsystem 64 kann ein elektrisch mit Leistung versorgtes Kühlsystem sein, das einen Lüfter 65 beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, Luft über die Batterie 20 zu leiten, um der Batterie 20 Wärme zu entziehen und diese zu kühlen. Das Batteriekühlsystem 64 kann ein elektrisch mit Leistung versorgtes Kühlsystem sein, das eine elektrische Pumpe beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, ein flüssiges Kühlmittel oder Kältemittel über die Batterie 20 zu leiten, um der Batterie 20 Wärme zu entziehen und diese zu kühlen. Ein Temperatursensor (nicht gezeigt) kann dazu konfiguriert sein, die gegenwärtige Temperatur der Batterie 20 zu detektieren und die gegenwärtige Temperatur der Batterie 20 an die Steuerung 50 weiterzuleiten. Die Steuerung 50 kann dann dazu konfiguriert sein, die Betriebsparameter auf Grundlage der gegenwärtigen Temperatur der Batterie 20 und einer gewünschten Temperatur der Batterie einzustellen. Wenn eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, kann die Steuerung 50 die Leistung des Kühlsystems 64 erhöhen, was wiederum die zum Betreiben des Kühlsystems 64 erforderliche elektrische Leistung erhöht. Wenn weniger Kühlung erforderlich ist, kann die Steuerung 50 die Leistung des Kühlsystems 64 verringern, was wiederum die zum Betreiben des Kühlsystems 64 erforderliche elektrische Leistung verringert.
Die Steuerung 50 kann dazu konfiguriert sein, über elektrische Signale verschiedene Zustände oder Bedingungen der verschiedenen in 1 veranschaulichten Fahrzeugkomponenten zu empfangen. Die elektrischen Signale können der Steuerung 50 über Eingabekanäle von den verschiedenen Komponenten zugeführt werden. Zusätzlich können die von den verschiedenen Komponenten empfangenen elektrischen Signale auf eine Anforderung oder einen Befehl zum Verändern oder Abändern eines Zustands einer oder mehrerer der jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs 10 hindeuten. Die Steuerung 50 beinhaltet Ausgabekanäle, die dazu konfiguriert sind, Anforderungen oder Befehle (über elektrische Signale) an die verschiedenen Fahrzeugkomponenten zu übertragen. Die Steuerung 50 beinhaltet eine Steuerlogik und/oder Algorithmen, die dazu konfiguriert sind, die über die Ausgabekanäle übertragenen Anforderungen oder Befehle auf der Grundlage von den Anforderungen, Befehlen, Bedingungen oder Zuständen der verschiedenen Fahrzeugkomponenten zu erzeugen.
Die Eingabekanäle und Ausgabekanäle sind in 1 als gepunktete Linien veranschaulicht. Es versteht sich, dass eine einzelne gestrichelte Linie sowohl einen Eingabekanal als auch einen Ausgabekanal in ein einzelnes oder aus einem einzelnen Element darstellen kann. Darüber hinaus kann ein Ausgabekanal in ein Element als ein Eingabekanal zu einem anderen Element fungieren und umgekehrt.
Es versteht sich, dass das in 1 veranschaulichte Schema lediglich repräsentativ und nicht als Einschränkung gedacht ist. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, die ein selektives Ineingriffnehmen sowohl eines Motors als auch eines Elektromotors zum Übertragen von Leistung durch das Getriebe nutzen. Beispielsweise kann der M/G 18 gegenüber der Kurbelwelle 28 versetzt sein und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Schaltgetriebe 24 bereitgestellt sein. Andere Konfigurationen werden in Erwägung gezogen, ohne dabei vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Es versteht sich, dass die hierin beschriebene Fahrzeugkonfiguration lediglich beispielhaften Charakters ist und nicht einschränkend sein soll.
Es versteht sich ferner, dass die hierin beschriebene Fahrzeugkonfiguration lediglich beispielhaften Charakters ist und nicht einschränkend sein soll. Andere hybride oder elektrische Fahrzeugkonfigurationen sollten so betrachtet werden, dass sie hier offenbart sind. Zu anderen Fahrzeugkonfigurationen können unter anderem Folgende gehören: Reihenhybridfahrzeuge, Parallelhybridfahrzeuge, Reihen-Parallel-Hybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) oder eine beliebige andere einem Durchschnittsfachmann bekannte Fahrzeugkonfiguration.
Bestimmte Arten von Fahrzeugen, wie Fahrzeuge, die für die Postzustellung verwendet werden, Schulbusse, öffentliche Transportfahrzeuge, Leistungsfahrzeuge, die unter Rennbedingungen auf Rennstrecken gefahren werden, usw., können entlang vorbestimmter Fahrrouten betrieben werden. Die vorbestimmten Fahrrouten können vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen, vorbestimmte Haltepunkte (z. B. Stoppschilder, Abhol- und Absetzstellen für Fahrgäste), vorbestimmte Beschleunigungssegmente (z. B. nach einer scharfen Kurve oder Beschleunigung nach Erreichen eines Stoppschildes oder Ampel) und Abbremssegmente (z. B. scharfe Kurve oder Annäherung an ein Stoppschild oder eine rote Ampel) aufweisen.
Bei leistungsstarken Hybrid- oder Elektrofahrzeugen kann die Leistung aus der Hochspannungstraktionsbatterie während der Fahrt entladen werden, um die Antriebsleistung zu steigern (d. h. die Batterie kann Leistung an eine elektrische Maschine leiten, um das Antreiben des Fahrzeugs zu unterstützen). Die Traktionsbatterie kann über regeneratives Bremsen oder über den Motor geladen werden. Sowohl beim Laden als auch beim Entladen erzeugt die Traktionsbatterie Wärme, was ein Ansteigen der Temperatur der Batterie verursacht. Wenn die Batterietemperatur einen Grenzwert erreicht, T_{power_cutoff}, wird die zulässige (oder maximale) Batterieleistungsausgabe begrenzt (d. h. verringert). Wenn sich die Batterietemperatur weiter über den Grenzwert, T_{power_cutoff}, erhöht, verringert sich die zulässige Batterieleistungsausgabe weiterhin allmählich auf Null, sobald die Batterietemperatur einen Abschaltschwellenwert erreicht, der über dem Grenzwert, T_{power_cutoff}, liegt. Die zulässige Batterieleistung kann sich linear verringern, wenn sich die Batterietemperatur von dem Grenzwert, T_{power_cutoff}, auf den Abschaltschwellenwert erhöht.
Um sicherzustellen, dass die Traktionsbatterie unterhalb der Temperatur des Leistungsgrenzwerts (T_bat < T_{power_cutoff}) bleibt, muss die Batterie gekühlt werden. Das Kühlen der Batterie erfordert einen Energieverbrauch zu Lasten einer Verringerung der Antriebsenergie des Fahrzeugs, da die Batterieleistung oder die Motorleistung umgeleitet werden muss, um ein Kühlsystem der Batterie zu betreiben. Bei leistungsstarken Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ist es wünschenswert, die Batterietemperatur unter dem Grenzwert T_{power_cutoff} zu halten, während gleichzeitig die Energie, die durch das Kühlsystem der Batterie genutzt wird, minimiert wird, um die verfügbare Antriebsenergie zu maximieren, um das Leistungsziel des Fahrzeugs zu erreichen.
Bei Leistungsfahrzeugen, die unter Rennbedingungen betrieben werden, können die thermischen Probleme je nach Art des Rennens (Hot Lap oder Langstrecke) unterschiedlich sein. Beispielsweise während eines Hot-Lap-Rennens (bei dem das Leistungsziel die schnellste Zeit für eine einzelne Runde ist), wenn die Batterie sehr aggressiv verwendet wird und wenn die Temperatur der Umgebung, die die Batterie umgibt, hoch ist, ist die Rate, mit der das Kühlsystem der Batterie die Wärme entziehen kann, niedriger als die Rate, mit der die Batterie Wärme erzeugt, was dazu führt, dass sich die Batterietemperatur schnell erhöht und den Grenzwert, T_{power_cutoff}, erreicht, bevor das Rennen endet. Um die Batterietemperatur zu steuern und zu verringern (z. B. durch Erhöhen der Luftströmungsrate durch die Batterie oder der Strömungsrate eines flüssigen Kühlmittels oder Kältemittels durch die Batterie), muss das Kühlsystem mit einer hohen Leistung arbeiten, was zusätzliche elektrische Leistung verbraucht, die möglicherweise zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wurde, was sich auf die Rennleistung auswirkt, indem die Menge der Antriebsleistung verringert wird. Bei einem Langstreckenrennen (bei dem das Leistungsziel die schnellste Zeit für mehrere Runden ist, die ein einzelner Kraftstofftank, der einen Motor mit Leistung versorgt, schaffen kann), kann es wünschenswert sein, dass die Batterie eine gleichbleibende Leistung liefert, um die Antriebsleistungsausgabe des Fahrzeug während des gesamten Rennens zu erhöhen, um eine gleichbleibende Leistung zu erreichen. Die Batterieleistung und der Bereich der Temperaturerhöhung müssen über jede Runde angemessen geplant werden, um eine gleichmäßige Leistungsausgabe der Batterie während des gesamten Rennens zu erreichen.
Um die Batteriekühlenergie zu minimieren, während gleichzeitig die Batterietemperatur innerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs (d. h. unterhalb des Grenzwerts, T_{power_cutoff}) gehalten wird, wird eine Batterietemperaturschwankungskurve gegenüber der zurückgelegten Entfernung (oder gegenüber einem Standort) auf einer vorbestimmten Fahrroute erzeugt. Die Batterietemperaturschwankungskurve gegenüber der zurückgelegten Entfernung (oder gegenüber einem Standort) auf der vorbestimmten Fahrroute kann auch als optimale Batterietemperaturkurve bezeichnet werden. Die optimale Batterietemperaturkurve begrenzt den Batterietemperatur-Betriebsbereich, sodass die Batterietemperatur von einer anfänglichen Batterietemperatur auf eine vordefinierte Temperaturgrenze am Ende einer vorbestimmten Route oder an einem Standort auf der vorbestimmten Route erhöht wird, an der die Batterie erschöpft sein wird. Die optimale Batterietemperaturkurve ist nach einer Kostenfunktion optimiert, um die Batteriekühlenergie zu minimieren, die auf der vorbestimmten Fahrroute genutzt wird.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Graph 100 einer beispielhaften optimalen Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , für die Batterietemperatur, Tbat, relativ zu der zurückgelegten Entfernung, s, entlang einer vorbestimmten Route dargestellt. Die optimale Batterietemperaturkurve, T_opt(S) , kann in der Steuerung 50 gespeichert sein. Die Steuerung 50 ist dann dazu konfiguriert, den M/G 18, die Traktionsbatterie 20 und das Batteriekühlsystem 64 gemäß der optimalen Batterietemperaturkurve, T_opt(S) , zu betreiben, um die elektrische Antriebsleistung des HEV 10 entlang der vorbestimmten Route zu maximieren (d. h. um die elektrische Ausgangsleistung der Batterie 20 zu maximieren, die zum Antreiben des HEV 10 zum M/G 18 übertragen wird), und um die elektrische Leistung zu minimieren, die von dem Batteriekühlsystem 64 verbraucht wird.
Um die von dem Batteriekühlsystem 64 verbrauchte elektrische Leistung zu minimieren, wird der Batterietemperatur, Tbat, ermöglicht, sich monoton entlang der optimalen Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , von einer Starttemperatur, T_start , an einem ersten Standort, s_first , auf der vorbestimmten Route zu dem Grenzwert, T_{power_cutoff} , an einem zweiten Standort, s_second , auf der vorbestimmten Route zu erhöhen. Der Unterschied zwischen dem ersten Standort, s_first , und dem zweiten Standort, s_second , auf der vorbestimmten Route ist repräsentativ für eine zurückgelegte Entfernung entlang der vorbestimmten Route. Alternativ kann sich die Batterietemperatur, Tbat, entlang der optimalen Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , monoton von einer Starttemperatur, T_start , am ersten Standort, s_first , auf einen Versatzwert, T_offset , etwas unter des Grenzwerts, T_{power_cutoff} , an einem zweiten Standort, s_second , erhöhen. Der erste Standort, s_first , kann einer Startposition auf der vorbestimmten Route entsprechen. Der zweite Standort, s_second , kann einer Endposition auf der vorbestimmten Route und/oder einer Position auf der vorbestimmten Route entsprechen, an der die Batterie 20 auf eine minimale Ladegrenze entladen wird, an der die Batterie 20 daran gehindert wird, weitere elektrische Leistung zu entladen.
Um die elektrische Antriebsausgabe des HEV 10 entlang des vorbestimmten Wegs zu maximieren, wird die Gesamtleistung der Batterie 20 bestimmt, die in Antriebsleistung umgewandelt werden kann. Die Gesamtleistung der Batterie 20, die in Antriebsleistung umgewandelt werden kann, beinhaltet die Menge von gespeicherter Batterieleistung an dem ersten Standort, s_first , an der vorbestimmten Route, plus eine beliebige zusätzliche Batterieleistung, die über regeneratives Bremsen zwischen dem ersten Standort, s_first , und dem zweiten Standort, s_second , wiedergewonnen wird und minus die Leistung der Batterie 20, die genutzt werden wird, um die Batterie gemäß der optimalen Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , zu kühlen. Die Gesamtleistung der Batterie 20, die in Antriebsleistung umgewandelt werden kann, wird dann entlang der vorbestimmten Route eingeplant, um das Fahrzeug anzutreiben, sodass die Batterie 20 an dem zweiten Standort, s_second , auf der vorbestimmten Route vollständig erschöpft ist, oder sodass die Batterieleistung, die in Antriebsleistung umgewandelt ist, bei Erreichen des zweiten Standorts, s_second , auf der vorbestimmten Route maximiert ist, falls der zweite Standort die Endposition auf der vorbestimmten Route ist.
Der Algorithmus zur Bestimmung der optimalen Temperaturkurve, T_opt(s) , kann als Steuerlogik innerhalb der Steuerung 50 gespeichert sein. Insbesondere kann die optimale Temperaturkurve, T_opt(s) , auf den Gleichungen (1) und (2) beruhen: $T_{b a t} = T_{s t a r t} + \frac{1}{a} {\int_{0}^{S_t o t a l} I^{2} R (S o C) d s - \int_{0}^{S_t o t a l} h (P_c o o l i n g) (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s}$
$E_{c o o l i n g} = \int_{0}^{S_t o t a l} P_c o o l i n g d s$
wobei Tbat die Temperatur der Batterie 20 ist, T_start Start- oder anfängliche Temperatur der Batterie 20 ist, α die Wärmekapazität der Batterie 20 ist, S_total die Gesamtentfernung, die auf der vorbestimmten Route zurückgelegt werden muss, ist, / der Stromfluss der Batterie ist, R(SoC) der Innenwiderstand der Batterie 20 ist, der eine Funktion des Ladezustands, SoC der Batterie 20 ist, h der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie 20 ist, P_cooling, die Leistung ist, die genutzt wird, um die Batterie 20 zu kühlen, T_environment die Umgebungstemperatur (z. B. die Umgebungslufttemperatur) ist und E_cooling die Energie ist, die verwendet wird, um die Batterie 20 entlang der vorbestimmten Route zu kühlen. Es ist zu beachten, dass der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, eine Funktion der Leistung ist, die zum Kühlen der Batterie genutzt wird, P_cooling in Gleichung (1). Es ist ferner anzumerken, dass das Integral in den Gleichungen (1) und (2) von dem ersten Standort, s_first , und dem zweiten Standort, s_second entlang der vorbestimmten Route genommen werden kann, anstatt von der auf der vorbestimmten Route zurückgelegten Gesamtentfernung, S_total , und Null genommen zu werden.
Die in Gleichung (1) bestimmte Änderung der Batterietemperatur beruht auf dem Energieaustausch innerhalb der Batterie 20. Die durch den Energieaustausch innerhalb der Batterie 20 erzeugte Wärme, die zu einer Temperaturänderung der Batterie 20 führt, wird durch die Gleichung (3) dargestellt: $\begin{array}{r} H_{b a t t T e m p C h g} = {(E n e r g y i n - E n e r g y o u t) - (i n t e r n a l E n e r g y C h a n g e)} - \\ H e a t o u t} \end{array}$
wobei H_battTempChg die durch den Energieaustausch in der Batterie 20 erzeugte Wärme ist, die zu einer Temperaturänderung der Batterie 20 führt, Energy in die elektrische Energie ist, die zum Laden der Batterie 20 genutzt wird, Energy out die elektrische Energie ist, die aus der Batterie 20 entladen wird, internal Energy Change die interne Energieänderung der Batterie ist, ausgedrückt durch eine Änderung des Ladezustands, SoC der Batterie 20 und Heat out die Menge an Wärmeenergie ist, die durch das Batteriekühlsystem 64 aus der Batterie 20 an die äußere Umgebung übertragen wird.
Der Teil von Gleichung (3), der alle internen Energieaustausche innerhalb der Batterie enthält, die die Menge an Wärmeenergie ignorieren, die von der Batterie 20 an die externe Umgebung übertragen wird, d. h. (Energy in - Energy out) - (internal Energy Change), kann ferner durch die Gleichung (4) ausgedrückt werden: $\begin{matrix} (E n e r g y i n - E n e r g y o u t) - (i n t e r n a l E n e r g y C h a n g e) = (E n e r g y i n - E n e r g y o u t) \\ - (I n t e r n a l E n e r g y (S o C_{s t a r t}) - I n t e r n a l E n e r g y (S o C)) = \int_{0}^{S} I^{2} R (S o C) d s \end{matrix}$
wobei SoC der Ladezustand der Batterie 20 ist, SoC_start der Ladezustand der Batterie 20 an einer Startposition entlang der vorbestimmten Route (oder der Ladezustand der Batterie 20 an der Startposition an dem ersten Standort, s_first , entlang der vorbestimmten Route ist), s die zurückgelegte Entfernung entlang der vorbestimmten Route ist, internal Energy (SoC_start ) die interne Energie ist, die auf dem Ladezustand der Batterie 20 an der Startposition entlang der vorbestimmten Route (oder dem Ladezustand der Batterie 20 an dem ersten Standort, s_first , entlang der vorbestimmten Route) beruht, und Internal Energy (SoC) die interne Energie ist, die auf dem Ladezustand der Batterie 20 an einer zweiten Position beruht, die der zurückgelegten Entfernung, s, entlang der vorbestimmten Route entspricht.
Der Teil der Gleichung (3), der die Wärmeenergie enthält, die von der Batterie 20 an die äußere Umgebung, Heat out, übertragen wird, kann durch Gleichung (5) dargestellt werden: $H e a t o u t = \int_{0}^{S} h \times (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s$
Heat out ist abhängig von der Ausgestaltung des Batteriekühlsystems 64. Zum Beispiel ist Heat out abhängig von der anfänglichen (oder Einlass-) Temperatur eines Fluids (z. B Luft in einem luftgekühlten System oder ein flüssiges Kühlmittel in einem flüssigkeitsgekühlten System), das zum Kühlen der Batterie 20 genutzt wird. Der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, ist eine Funktion der Leistung, die zum Kühlen der Batterie genutzt wird, P_cooling. Insbesondere ist der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, eine Funktion der Strömungsrate des Fluids, das die Batterie kühlt, die mit zunehmender Strömungsrate zunimmt. Insbesondere der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, kann sich proportional oder ungefähr proportional relativ zu einer Zunahme der Strömungsrate des Fluids, das die Batterie 20 kühlt, innerhalb eines spezifischen Bereichs der Strömungsrate erhöhen. Der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, sättigt schließlich die spezifische Strömungsrate (d. h. hält einen relativ konstanten Wert darüber aufrecht). Dies ist in 3 dargestellt, die den Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, gegen die genutzte Leistung, P_cooling, veranschaulicht, um die Batterie 20 zu kühlen.Die Strömungsrate kann durch eine Drehzahl für einen Lüfter bestimmt werden, der Luft über die Batterie 20 in einem luftgekühlten System lenkt, oder durch eine Drehzahl einer Pumpe, die ein flüssiges Kühlmittel über oder durch Leitungen benachbart zu der Batterie 20 in einem flüssigkeitsgekühlten System lenkt. Die Strömungsrate erhöht sich mit zunehmender Drehzahl des Lüfters oder der Pumpe.
Auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Wärmekonvektionskoeffizienten der Batterie, h, und der zum Kühlen der Batterie genutzten Leistung, P_cooling, führt ein kleinerer Wert des Wärmekonvektionskoeffizients der Batterie, h, zu einer geringeren Wärmeverteilung, was zu einem stärkeren Anstieg der Temperatur der Batterie 20 führt. Falls der Temperatur der Batterie 20 ermöglicht wird, sich so hoch wie möglich zu erhöhen, ist die zum Kühlen verwendete Energie geringer.
Unter Verwendung der Gleichungen (3)-(5), kann die Wärme, die durch den Energieaustausch innerhalb der Batterie 20 erzeugt ist, die zu einem Wärmetausch der Batterie, H_battTempChg , führt, ferner durch die Gleichung (6) dargestellt sein $H_{b a t t T e m p C h g} = \int_{s}^{s + Δ s} I^{2} R (S o C) d s - \int_{s}^{s + Δ s} h \times (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s$
wobei Δs die Entfernung ist, die entlang einer vorbestimmten Route zurückgelegt wird.
Die Wärme, die durch den Energieaustausch innerhalb der Batterie 20 erzeugt ist, die zu einem Wärmetausch der Batterie, H_battTempChg , führt, kann ebenfalls durch die Gleichung (7) dargestellt sein: $H_{b a t t T e m p C h g} = a Δ T_{b a t}$
wobei ΔT_bat eine Änderung der Batterietemperatur ist.
Die Beziehungen zwischen den Gleichungen (6) und (7) können dann genutzt werden, um die Gleichungen (8) und (9) abzuleiten: $a Δ T_{b a t t} = \int_{s}^{s + Δ s} I^{2} R (S o C) d s - \int_{s}^{s + Δ s} h \times (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s$
$Δ T_{b a t t} = \frac{1}{a} {\int_{s}^{s + Δ s} I^{2} R (S o C) d s - \int_{s}^{s + Δ s} h \times (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s}$
Die Gleichung (8) kann dann so eingestellt werden, dass der Wärmekonvektionskoeffizient der Batterie, h, als eine Funktion der zum Kühlen der Batterie genutzten Leistung ausgedrückt ist, P_cooling, und ΔT_batt kann zur anfänglichen Temperatur der Batterie addiert werden, T_start , um die aktuelle oder tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, zu erhalten, was zu Gleichung (1) führt: $T_{b a t} = T_{s t a r t} + \frac{1}{a} {\int_{0}^{S_t o t a l} I^{2} R (S o C) d s - \int_{0}^{t o t a l} h (P_c o o l i n g) (T_{b a t} - T_{e n v i r o n m e n t}) d s}$
Um ein gewünschtes Leistungsziel (z. B. eine Zielfahrtzeit von einem ersten zu einem zweiten Standort auf der vorbestimmten Route) zu erhalten, die die elektrische Antriebsleistung des HEV 10 entlang der vorbestimmten Route maximiert (d. h. um die elektrische Leistungsausgabe von der Batterie 20, die zum Antreiben des HEV 10 an den M/G 18 übertragen wird, zu maximieren), während auch die von dem Batteriekühlsystem 64 verbrauchte elektrische Leistung minimiert wird, kann die optimale Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , auf Grundlage des Anwendens der Bedingungen der Gleichungen (1)-(9) bestimmt werden. Die Einschränkungen können Folgendes beinhalten: 1. Verwenden der in der Batterie 20 gespeicherten Energie, um den M/G 18 dazu zu betreiben, das HEV 10 derart anzutreiben, dass der Ladezustand, SoC, der Batterie 20 von einem gegenwärtigen Wert, SoC_current (der ein maximaler Ladezustandswert, SoC_max , sein kann), an dem ersten Standort, s_first , entlang der vorbestimmten Route zu einem minimalen Ladezustandswert, SoC_min , an dem zweiten Standort, s_second , entlang der vorbestimmten Route verringert wird; 2. Minimieren der Energie, die zum Kühlen der Batterie 20 entlang der vorbestimmten Route genutzt wird, E_cooling ; 3. Betreiben des Batteriekühlsystems 64 derart, dass die Temperatur der Batterie, Tbat, den Grenzwert, T_{power_cutoff} (oder einen Versatzwert, T_offset , etwas unter dem Grenzwert, T_{power_cutoff} ) nicht erreicht, bevor der Ladezustand, SoC, der Batterie 20 den minimalen Ladezustandswert, SoC_min , erreicht und bevor das HEV 10 den zweiten Standort,s_second , entlang der vorbestimmten Route (die dem Ende der vorbestimmten Route entsprechen kann, wo die zurückgelegte Gesamtentfernung, S_total , erhalten wird) erreicht; und 4. Maximieren der Kraftstoffmenge, die von dem Motor 14 genutzt wird, um das Antreiben des Fahrzeugs zu unterstützen (dies kann die vollständige Verwendung eines vollen Kraftstofftanks beinhalten). Der maximale Ladezustandswert SoC_max kann der maximalen Menge an elektrischer Energie entsprechen, die in der Batterie 20 gespeichert werden kann. Der minimale Ladezustandswert, SoC_min , kann entweder einem vollständigen Erschöpfen der Batterie oder einem Verringern der Batterie auf eine minimale Ladung entsprechen, wobei die Steuerung 50 ein weiteres Entladen der Batterie 20 verhindert.
Wenn die Einschränkungen berücksichtigt werden, die auf die Fragen (1)-(9) angewendet werden, wird die Energie, die zum Antreiben des HEV 10 verwendet wird, derart eingeplant, dass der für das Fahrzeug an bestimmten Standorten erforderliche Batteriestromfluss und der Effektivwert des Stroms (IRMS) entlang der vorbestimmten Route sowie der Wert der erforderlichen Leistung der Traktionsbatterie und I²R(SoC) entlang der vorbestimmten Route geschätzt werden können. Die optimale Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , kann dann durch Minimieren der Gleichung (2) bestimmt werden, d. h. der Energie, die genutzt wird, um die Batterie 20 entlang der vorbestimmten Route, E_cooling , von dem ersten Standort, s_first , zu dem zweiten Standort, s_second , zu kühlen und indem die Gleichung (1) derart gesetzt wird, dass die Batterietemperatur den Temperaturgrenzwert, T_{power_cutoff} , (oder einen Versatzwert, T_offset , unterhalb des Grenzwerts, T_{power_cutoff} ) beim Erreichen des zweiten Standorts, s_second , von der anfänglichen Temperatur der Batterie, T_start , an dem ersten Standort, s_first , erreicht. Die Gleichungen (2) und (1), sobald sie dazu eingestellt sind, die optimale Batterietemperaturkurve, T_opt(s) , zu erzeugen, können durch die Gleichungen (10) bzw. (11) dargestellt werden: $J = min (E_{c o o l i n g} = \int_{0}^{S_t o t a l} P_c o o l i n g d s)$
$\begin{array}{r} T_{p o w e r_c u t o f f} = T_{s t a r t} + \frac{1}{a} {\int_{0}^{S_t o t a l} I^{2} R (S o C) d s - \int_{0}^{S_t o t a l} h (P_c o o l i n g) (T_{b a t} - \\ T_{e n v i r o n m e n t}) d s} \end{array}$
wobei J der minimierte Wert der Energie ist, die genutzt wird, um die Batterie 20 entlang der vorbestimmten Route, E_cooling , von dem ersten Standort, s_first , zu dem zweiten Standort, s_second , zu kühlen. Es ist anzumerken, dass die Integrale in den Gleichungen (10) und (11) von dem ersten Standort, s_first , und dem zweiten Standort, s_second , entlang der vorbestimmten Route genommen werden können, anstatt von der Gesamtentfernung, die auf der vorbestimmten Route, S_total , gefahren werden soll, und Null genommen zu werden.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Steuerdiagramm veranschaulicht, das ein Steuersystem 200 zum Einstellen des Ausgangs des Batteriekühlsystems 64 veranschaulicht. Das Steuersystem 200 kann als Steuerlogik innerhalb einer Steuerung (z. B. der Steuerung 50) gespeichert und von dieser umgesetzt werden. Das Steuersystem 200 kann dazu konfiguriert sein, die Drehzahl des Lüfters 65 einzustellen, der Luft über die Batterie 20 leitet. Alternativ kann das Steuersystem 200 dazu konfiguriert sein, die Drehzahl einer Pumpe einzustellen, die ein flüssiges Kühlmittel über oder durch Leitungen benachbart zu der Batterie 20 leitet. Das Steuersystem 200 in 4 ist dazu konfiguriert, die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) kontinuierlich einzustellen. Das Steuersystem wird durch Bestimmen der Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 gestartet. Die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 kann der optimalen Temperaturkurve, T_opt(s) , entsprechen, um den Grenzwert, T_{power_cutoff} , beim Erreichen des zweiten Standorts, s_second , entlang der vorbestimmten Route gemäß den vorstehenden Gleichungen (1)-(11) zu erhalten. Alternativ kann die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 dem Erzeugen einer versetzten optimalen Temperaturkurve, T_{offset_opt(s)} (siehe 2) entsprechen, um den Versatzwert, T_offset , zu erhalten, der gemäß den vorstehenden Gleichungen (1)-(11) unter dem Grenzwert, T_{power_cutoff} , an dem zweiten Standort, s_second , entlang der vorbestimmten Route liegt. Die optimale versetzte Temperaturkurve, T_{offset_opt(s)} , kann als Begrenzungsschutz genutzt werden, um sicherzustellen, dass die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 bei oder innerhalb einer zulässigen Toleranz, T_tolerance (siehe 2), bei oder unter der optimalen Temperaturkurve, T_opt(s) , bleibt.
Die anfängliche Temperatur der Batterie, T_start , und die Gesamtentfernung, die auf der vorbestimmten Route, S_total zurückgelegt werden muss (was der Differenz zwischen dem ersten Standort, s_first , und dem zweiten Standort, s_second , entlang der vorbestimmten Route entsprechen kann) werden in den Optimierungsberechnungsblock 202 eingegeben. Der Optimierungsberechnungsblock 202 gibt dann die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 aus. Eine tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, wird von der Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 bei Block 204 abgezogen. Die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, wird dem Block 204 von der Batterie 20 durch eine Rückkopplungsschleife zugeführt. Die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, kann durch einen Temperatursensor bestimmt werden. Ein Fehler (oder eine Differenz), T_error , zwischen der Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 und der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20, Tbat, wird dann in die Steuerung 206 eingegeben. Die Steuerung 206 kann eine Proportional-Integral-Differential-Steuerung (proportional-integral-derivative - PID-Steuerung), eine prädiktive Steuerung oder irgendeine andere Art von Rückkopplungs-Einstellsteuerung sein, die einem Fachmann bekannt ist.
Die Steuerung 206 gibt dann eine gewünschte Drehzahl, V_des , des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) aus, um die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, zu der Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 zu steuern, um den Fehler (oder die Differenz), T_error , zwischen der Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 und der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20 zu reduzieren oder zu entfernen. Die gewünschte Drehzahl, V_des , des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) wird dann in die Anlage 208 (die den Lüfter 65 oder alternativ eine Pumpe beinhaltet) eingegeben, um die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) auf die gewünschte Drehzahl, V_des , einzustellen. Die Anlage 208 beinhaltet auch die Batterie 20, die die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, an Block 204 über die Rückkopplungsschleife liefert. Falls die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 und die tatsächliche Temperatur der Batterie 20 gleich sind, ändert sich die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) nicht , falls die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 größer ist als die tatsächliche Temperatur der Batterie 20, verringert sich die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen), falls die Zieltemperatur, T_target , der Batterie 20 niedriger ist als die tatsächliche Temperatur der Batterie 20, erhöht sich die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen).
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Steuerdiagramm veranschaulicht, das eine alternative Ausführungsform eines Steuersystems 300 zum Einstellen der Ausgabe eines Batteriekühlsystems 64 veranschaulicht. Das Steuersystem 300 kann als Steuerlogik innerhalb einer Steuerung (z. B. der Steuerung 50) gespeichert und von dieser umgesetzt werden. Das Steuersystem 300 kann dazu konfiguriert sein, die Drehzahl des Lüfters 65 einzustellen, der Luft über die Batterie 20 leitet. Alternativ kann das Steuersystem 300 dazu konfiguriert sein, die Drehzahl einer Pumpe einzustellen, die ein flüssiges Kühlmittel über oder durch Leitungen benachbart zu der Batterie 20 leitet. Das Steuersystem 300 in 5 ist dazu konfiguriert, die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) stufenartig einzustellen. Die stufenartige Einstellung ist derart konfiguriert, dass eine tatsächliche Temperatur, Tbat, der Batterie, die nahe an, jedoch etwas unterhalb der optimalen Temperaturkurve, T_opt(s) , liegt, beibehalten wird.
Das Steuersystem 300 beginnt bei Block 302, wo die Steuerparameter, einschließlich der anfänglichen Temperatur der Batterie, T_start , der Temperaturgrenzwert, T_{power_cutoff} , der Batterie 20, der erste Standort, s_first , auf der vorbestimmten Route, der zweite Standort, s_second , auf der vorbestimmten Route, die benötigte Leistungsausgabe der Traktionsbatterie, I²R(SoC), die anfängliche Batterieladung (d. h. die Menge an elektrischer Energie, die in der Batterie 20 an dem ersten Standort, s_first , gespeichert ist) und alle anderen vorstehend erörterten Steuerparameter in eine Steuerung (z. B. Steuerung 50) eingegeben werden, um die optimale Temperaturkurve, T_opt(S) , zu bestimmen. Als nächstes fährt das Steuersystem 300 mit Block 304 fort, in dem die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, bestimmt wird. Die tatsächliche Temperatur der Batterie, Tbat, kann durch einen Temperatursensor bestimmt werden. Als nächstes geht das Verfahren zu Block 306 über, in dem ein Fehler (oder eine Differenz), T_error , zwischen der optimalen Temperatur, T_opt(s) , der Batterie 20 und der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20, Tbat, eine Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
und eine Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
alle bestimmt werden.
Das Steuersystem 300 geht als nächstes von Block 306 zu Block 308 über, wo bestimmt wird, ob der Fehler (oder die Differenz), T_error , zwischen der optimalen Temperatur, T_opt(s) , der Batterie 20 und der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20, Tbat, größer als ein erster Schwellenwert ist. Falls der Fehler, T_error , nicht größer als der erste Schwellenwert ist, geht das Steuersystem zu Block 310 über, wo bestimmt wird, ob die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t} .$
Falls die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
nicht größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
geht das Steuerverfahren 300 zu Block 312 über, wo das Steuerverfahren 300 die gegenwärtige Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) beibehält. Falls die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
nicht größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
geht das Steuerverfahren 300 zu Block 314 über, wo das Steuerverfahren 300 die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) erhöht.
Erneut in Block 308, falls der Fehler, T_error , größer als der erste Schwellenwert ist, geht das Steuersystem zu Block 316 über, wo bestimmt wird, ob die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
oder ob der Fehler (oder die Differenz), T_error , zwischen der optimalen Temperatur, T_opt(S) , der Batterie 20 und der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20, Tbat, größer ist als eine zweite Schwelle. Falls die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
oder falls der Fehler, T_error größer ist als der zweite Schwellenwert bei Block 316, geht das Steuerverfahren 300 zu Block 318 über, wo das Steuerverfahren 300 die Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) verringert. Falls die Änderungsrate der optimalen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{o p t (s)}}{d t},$
nicht größer ist als die Änderungsrate der tatsächlichen Temperatur gegenüber der Zeit, $\frac{d T_{b a t}}{d t},$
oder falls, T_error , nicht größer ist als der zweite Schwellenwert bei Block 316, geht das Steuerverfahren 300 zu Block 312 über, wo das Steuerverfahren 300 die gegenwärtige Drehzahl des Lüfters 65 (oder alternativ einer Pumpe in flüssigkeitsgekühlten Systemen) beibehält.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen; einen Kühler, der dazu konfiguriert ist, die Batterie zu kühlen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route von einem ersten zu einem zweiten Standort fährt, die elektrische Maschine derart zu betreiben, dass die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine Mindestbatterieladungsgrenze bei Ankunft an dem zweiten Standort erschöpft wird, und den Kühler derart zu betreiben, dass sich die Batterietemperatur von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform erhöht sich die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort gemäß einer optimalen Temperaturkurve, die die Energie, die durch den Kühler genutzt wird, von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort minimiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Energie, die durch den Kühler von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve minimiert, die auf der anfänglichen Temperatur, der oberen Temperaturgrenze und erwarteten Wärme, die durch die Batterie von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort erzeugt wird, beruht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Kühler einen Lüfter, der Luft über die Batterie leitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Drehzahl des Lüfters einzustellen, um die Batterietemperatur an oder innerhalb einer erlaubten Toleranz unter der optimalen Temperaturkurve zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Batterie, die eine elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um das Fahrzeug anzutreiben; einen Batteriekühler; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route zu einem Ziel fährt, die elektrische Maschine und den Kühler derart zu betreiben, dass die Batterieladung auf eine untere Ladegrenze erschöpft ist und sich die Batterietemperatur bei Ankunft am Ziel auf eine obere Temperaturgrenze erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform erhöht sich die Batterietemperatur monoton entlang der vorbestimmten Route von einer anfänglichen Temperatur auf die obere Temperaturgrenze an dem Ziel gemäß einer optimalen Temperaturkurve, die die Energie minimiert, die durch den Kühler entlang der vorbestimmten Route genutzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Energie, die durch den Kühler entlang der vorbestimmten Route genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve auf Grundlage einer anfänglichen Batterietemperatur an einem Anfang der Route, der oberen Temperaturgrenze und einer erwarteten Wärme, die durch die Batterie entlang der vorbestimmten Route erzeugt wird, minimiert.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Batterie einen Lüfter, der Luft über die Batterie leitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Drehzahl des Lüfters einzustellen, um die Batterietemperatur an oder innerhalb einer erlaubten Toleranz unter der optimalen Temperaturkurve zu halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen; ein Kühlsystem, das dazu konfiguriert ist, der Batterie Wärme zu entziehen, die durch das Entladen der Batterie erzeugt wird; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route von einem ersten zu einem zweiten Standort fährt, das Fahrzeug über die elektrische Maschine anzutreiben und das Kühlsystem derart zu betreiben, dass sich die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine reduzierte Ladung an dem zweiten Standort verringert, und derart, dass sich die Batterietemperatur monoton von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform erhöht sich die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort gemäß einer optimalen Temperaturkurve, die die Energie, die durch das Kühlsystem genutzt wird, von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort minimiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Energie, die durch das Kühlsystem von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve minimiert, die auf der anfänglichen Temperatur, der oberen Temperaturgrenze und erwarteten Wärme, die durch die Batterie von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort erzeugt wird, beruht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Kühlsystem einen Lüfter, der Luft über die Batterie leitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine Drehzahl des Lüfters einzustellen, um die Batterietemperatur an oder innerhalb einer erlaubten Toleranz unter der optimalen Temperaturkurve zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der erste Standort einem Anfang der vorbestimmten Route.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der zweite Standort einem Ende der vorbestimmten Route.
Gemäß einer Ausführungsform ist die reduzierte Ladung eine minimale Batterieladungsgrenze.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obere Temperaturgrenze eine Batteriegrenztemperatur, wo eine Batterieleistungsausgabe verringert ist.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen; einen Kühler, der zum Kühlen der Batterie konfiguriert ist; und eine Steuerung, die als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug von einem ersten Standort zu einem zweiten Standort auf einer vorbestimmten Route fährt, zu Folgendem programmiert ist, Betreiben der elektrischen Maschine derart, dass die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine minimale Batterieladungsgrenze bei Ankunft an dem zweiten Standort erschöpft wird, und Betreiben des Kühlers derart, dass sich die Batterietemperatur von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort gemäß einer optimalen Temperaturkurve erhöht, die die Energie, die durch den Kühler genutzt wird, von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort minimiert.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Energie, die durch den Kühler von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve minimiert wird, die auf der anfänglichen Temperatur, der oberen Temperaturgrenze und erwarteten Wärme, die durch die Batterie von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort erzeugt wird, beruht.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie, die eine elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um das Fahrzeug anzutreiben; einen Batteriekühler; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route zu einem Ziel fährt, die elektrische Maschine und den Kühler derart zu betreiben, dass die Batterieladung auf eine untere Ladegrenze erschöpft ist und sich die Batterietemperatur bei Ankunft am Ziel auf eine obere Temperaturgrenze erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei sich die Batterietemperatur monoton entlang der vorbestimmten Route von einer anfänglichen Temperatur auf die obere Temperaturgrenze an dem Ziel gemäß einer optimalen Temperaturkurve erhöht, die die Energie minimiert, die durch den Kühler entlang der vorbestimmten Route genutzt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Energie, die durch den Kühler entlang der vorbestimmten Route genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve auf Grundlage einer anfänglichen Batterietemperatur an einem Anfang der Route, der oberen Temperaturgrenze und einer erwarteten Wärme, die durch die Batterie entlang der vorbestimmten Route erzeugt wird, minimiert wird.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine elektrische Maschine; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen; ein Kühlsystem, das dazu konfiguriert ist, der Batterie Wärme zu entziehen, die durch Entladen der Batterie erzeugt wird; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug auf einer vorbestimmten Route von einem ersten zu einem zweiten Standort fährt, das Fahrzeug über die elektrische Maschine anzutreiben und das Kühlsystem derart zu betreiben, dass sich die Batterieladung von einer anfänglichen Ladung an dem ersten Standort auf eine reduzierte Ladung an dem zweiten Standort verringert, und derart, dass sich die Batterietemperatur monoton von einer anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf eine obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei sich die Batterietemperatur monoton von der anfänglichen Temperatur an dem ersten Standort auf die obere Temperaturgrenze an dem zweiten Standort gemäß einer optimalen Temperaturkurve erhöht, die die Energie, die durch das Kühlsystem genutzt wird, von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort minimiert.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Energie, die durch das Kühlsystem von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort genutzt wird, gemäß der optimalen Temperaturkurve minimiert wird, die auf der anfänglichen Temperatur, der oberen Temperaturgrenze und erwarteten Wärme, die durch die Batterie von dem ersten Standort zu dem zweiten Standort erzeugt wird, beruht.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Kühlsystem einen Lüfter beinhaltet, das Luft über die Batterie lenkt, und wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Drehzahl des Lüfters einzustellen, um die Batterietemperatur an oder innerhalb einer erlaubten Toleranz unter der optimalen Temperaturkurve zu halten.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der erste Standort einem Anfang der vorbestimmten Route entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der zweite Standort einem Ende der vorbestimmten Route entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die reduzierte Ladung eine Mindestbatterieladungsgrenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die obere Temperaturgrenze eine Batteriegrenztemperatur ist, wo eine Batterieleistungsausgabe verringert ist.