DE102019132640A1 - Batteriepaketausgleichssysteme und steuerlogik für mehrteilige, elektrisch angetriebene kraftfahrzeuge - Google Patents

Batteriepaketausgleichssysteme und steuerlogik für mehrteilige, elektrisch angetriebene kraftfahrzeuge Download PDF

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Shaochun Ye
Daniel P. Grenn
Shifang Li
Russell K. Steele
Garrett M. Seeman
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Abstract

Vorgestellt werden Traktions-Batteriepaket-Ausgleichssysteme, Verfahren zur Herstellung/Betrieb solcher Systeme und mehrteilige, elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge mit Batteriepaket-Ausgleichsmöglichkeiten. Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Kraftfahrzeugs beinhaltet eine Fahrzeugsteuerung: Empfangen eines Key-Off-Befehlssignals zum Abschalten des Kraftfahrzeugs, Bestimmen, ob eine Differenz zwischen den entsprechenden elektrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete größer ist als ein kalibrierter charakteristischer Differenzschwellenwert; Bestimmen, ob eine Differenz zwischen den entsprechenden Batteriepaketkapazitäten der ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete größer ist als ein kalibrierter Kapazitätsdifferenzschwellenwert; und als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz nicht größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und die Kapazitätsdifferenz größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist, Übertragen eines Key-On-Befehlssignals zum Einschalten des Kraftfahrzeugs und eines Paketausgleichs-Befehlssignals zum Reduzieren der Kapazitätsdifferenz auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Hybrid- und Elektrofahrzeuge („Elektroantrieb“). Genauer gesagt, beziehen sich die Aspekte dieser Offenbarung auf die Ausgleichsprotokolle für Batteriepakete für Fahrzeuge mit Mehrfachpaketen und Elektroantrieb.
  • Aktuelle Serienfahrzeuge, wie das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs antreibt. In Automobilanwendungen beispielsweise wird der Fahrzeugantriebsstrang im Allgemeinen durch einen Antriebsmotor charakterisiert, der die Antriebskraft über ein manuell oder automatisch geschaltetes Mehrganggetriebe an das Achsantriebssystem des Fahrzeugs (z.B. Differential, Achswellen, Straßenräder usw.) abgibt. Automobile wurden in der Vergangenheit aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit und der relativ günstigen Kosten, des geringen Gewichts und des Gesamtwirkungsgrades von einer ICE-Baugruppe (Hubkolben-Verbrennungsmotor) angetrieben. Zu diesen Motoren gehören Zwei- und Viertakt-Dieselmotoren mit Kompressionszündung (CI), Viertakt-Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Sechstaktarchitekturen und Drehmotoren als einige nicht einschränkende Beispiele. Hybrid- und Vollelektrofahrzeuge hingegen nutzen alternative Energiequellen, um das Fahrzeug anzutreiben und so die Abhängigkeit von einem Motor auf Basis fossiler Brennstoffe für die Zugkraft zu minimieren oder zu eliminieren.
  • Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Art von elektrisch angetriebener Fahrzeugkonfiguration, die den Verbrennungsmotor und die dazugehörigen peripheren Komponenten vollständig aus dem Antriebsstrang entfernt und sich ausschließlich auf elektrische Traktionsmotoren für den Antrieb und die Aufnahme von Zusatzlasten stützt. Motor, Kraftstoffsystem und Abgassystem eines ICE-basierten Fahrzeugs werden durch einen Elektromotor, eine Traktionsbatterie sowie eine Batteriekühl- und Ladeelektronik in einem FEV ersetzt. Hybridfahrzeugantriebe hingegen nutzen mehrere Zugkraftquellen zum Antreiben des Fahrzeugs und betreiben meist eine Verbrennungsmotoranordnung in Verbindung mit einem batteriebetriebenen oder brennstoffzellenbetriebenen Elektromotor. So ist beispielsweise ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) im Allgemeinen mit einer ICE-Baugruppe und einer Elektromaschine (E-Maschine), oft in Form einer Motor-Generator-Einheit (MGU), ausgestattet, die einzeln oder kooperativ zur Erzeugung von Zugkraft arbeiten. Da Hybridfahrzeuge in der Lage sind, ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor zu beziehen, können Motoren in HEVs ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug von den Elektromotoren angetrieben wird.
  • Während unzählige Optionen zur Verfügung stehen, gibt es drei Haupttypen von hybriden Antriebsarchitekturen, die in modernen Fahrzeugen zum Einsatz kommen: Parallelhybrid, Serienhybrid und seriell-parallele („power-split“) Hybridkonfigurationen. So beziehen beispielsweise Hybridarchitekturen der Baureihe die gesamte Zugkraft von Elektromotoren und eliminieren so jede mechanische Verbindung zwischen Motor und Achsantriebselementen. In diesem Fall fungiert der Motor ausschließlich als regenerative Energiequelle und treibt einen elektrischen Generator an, der den fahrzeugseitigen Traktionsbatteriesatz auflädt. In parallelen Hybridarchitekturen haben Motor und Motor/Generatoreinheiten jeweils eine treibende mechanische Verbindung zur Kraftübertragung und damit zu den Straßenrädern des Fahrzeugs. Wie der Name schon sagt, kombinieren serienparallele Hybridarchitekturen Merkmale von parallelen Hybrid- und Serienhybridantrieben. Bei den Betriebsarten Gas, Elektrik und Motorassistenz arbeiten Motor und Motor unabhängig oder gemeinsam - parallel oder in Reihe - je nach gewünschter Fahrzeuggeschwindigkeit, Gesamtfahrzeugleistungsbedarf und Ladezustand (SOC) der Batterie.
  • Die meisten handelsüblichen Hybrid- und Elektrofahrzeuge verwenden ein wiederaufladbares Traktionsbatteriepaket(Elektrofahrzeugbatterie (EVB)), um die für den Betrieb der Motor-Generator-Einheit(en) des Antriebsstrangs erforderliche Energie zu speichern und bereitzustellen. Ein Traktionsbatteriepaket, das wesentlich größer, leistungsfähiger und kapazitätsstärker ist als eine 12-Volt-Batterie (SLI), besteht im Allgemeinen aus einem großen Stapel von Batteriezellen, die zu mehreren Batteriemodulen zusammengefasst sind, die über ein Batteriegehäuse oder eine Tragschale am Fahrzeugchassis montiert werden. Einige Fahrzeugbatteriesysteme verwenden mehrere unabhängig voneinander funktionierende Hochspannungs-Batteriepakete, um eine höhere Spannungsversorgung und eine größere Systemkapazität durch höhere Amperestunden zu gewährleisten. Die Verwendung zahlreicher Akkupakete führt jedoch naturgemäß zu Unterschieden in Kapazitäten, Ladezuständen, Entladeraten, Impedanzen und/oder Spannungen zwischen den einzelnen Akkupositionen. Mehrere Akkupakete, die elektrisch parallel geschaltet sind, können aufgrund dieses Unterschieds im SOC zwischen den Akkupaketen ein Problem für die Systemsteuerung darstellen. So kann beispielsweise das Laden/Entladen der Batterie automatisch beendet werden, wenn ein Batterieabschnitt mit der geringsten Kapazität gefüllt bzw. verbraucht ist, unabhängig davon, ob ein anderer Batterieabschnitt über genügend Kapazität für ein dauerhaftes Laden/Entladen verfügt. Dieses Verhalten kann zu unerwünschten Beeinträchtigungen des Batteriesystems und Ineffizienzen führen.
  • BESCHREIBUNG
  • Hierin offenbart sind Batteriepaket-Ausgleichssysteme mit zugehöriger Steuerlogik für Multipaket- und Elektrofahrzeuge, Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb solcher Systeme sowie Multipaket- und Elektrofahrzeuge mit Batteriepaket-Ausgleichsmöglichkeiten. Als Beispiel werden Methoden der Paketausgleichssteuerung für Dual/Multiple Traktionsbatteriepakete in Hybrid- und Elektrofahrzeuganwendungen vorgestellt. Ein repräsentativer Regelalgorithmus „weckt“ das Fahrzeug periodisch beim Ausschalten und gleicht die Traktionsbatteriepakete vor einem vorhergesagten Fahrereignis aus. Das Ausgleichen von Paketen kann das selektive Anlegen einer Hochspannungslast an ein Paket mit der höchsten Kapazität, das selektive Laden eines Pakets mit der niedrigsten Kapazität und/oder das direkte Verbinden der Pakete parallel zur Umverteilung der Paketladung beinhalten. Eine in das Paketausgleichssteuerungsschema eingebettete Lernfunktion mit geschlossenem Regelkreis leitet Ausgleichszeiten, -frequenzen und -dauern ab. Die für den Batterieausgleich entnommene Energie kann verwendet werden, um das Fahrzeug vorzubereiten (z.B. Maschine, Motor und/oder Fahrgastraum zu erwärmen) und den Betrieb des Batteriesystems zu regeln (z.B. Diagnose laufen lassen und/oder die Temperatur der Batteriezelle regeln). Das Ausgleichen von Batterieabschnitten eines Batteriesystems kann durch Anlegen einer Last an oder Übertragen von Energie auf ein oder mehrere einzelne Akkus erreicht werden, bis ein Ladezustand eines Abschnitts mit der geringsten Kapazität gleich oder im Wesentlichen gleich einem Ladezustand des Batteriesystems ist. Um einen einzelnen Abschnitt eines Batteriepakets auszugleichen, können eine oder mehrere der in dem Abschnitt enthaltenen Batteriezellen auszugleichen.
  • Begleitende Vorteile für mindestens einige der offenbarten Konzepte sind eine Architektur des Batteriesystems mit elektrischem Antrieb und ein Protokoll zum Ausgleichen des Pakets, das den sicheren Anschluss und Betrieb von zwei oder mehreren Traktionsbatteriepakets parallel ermöglicht, wenn es einen Unterschied in den Paketspannungen, dem SOC, den Entladeraten, den Kapazitäten usw. gibt. Für schwere Elektrofahrzeuge (z.B. zulässiges Gesamtgewicht (GVW) von mindestens 7.000 lbs, entspricht 3.175 kg.) können mehrere Batteriepakete erforderlich sein, um einen kalibrierten elektrischen Bereich unter Einhaltung von Fertigungstoleranzen und Montagebeschränkungen zu erreichen. Offenbarte Akkupaket-Ausgleichsprotokolle tragen dazu bei, dass diese verschiedenen Akkupakete vor einem Startereignis ausgewogen sind - die verfügbare Kapazität des Akkusystems wird maximiert. Zusätzliche Vorteile können die Eliminierung von elektrischer Hardware für den Paketausgleich sein, die für den Ausgleich eines Batteriesystems vorgesehen ist. Offenbarte Paket-Ausgleichsprotokolle können auch dazu beitragen, die Effizienz des Batteriesystems zu verbessern und die Lebensdauer des Akkupakets zu verlängern.
  • Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf die Steuerungslogik des Batteriepaket-Ausgleichs, Softwarealgorithmen und computerlesbare Medien für Fahrzeuge mit Mehrfachpaketen und Elektroantrieb. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Kraftfahrzeugs vorgestellt. Das Kraftfahrzeug beinhaltet mehrere Straßenräder und eine elektrische Maschine (z.B. eine oder mehrere Motor-Generator-Einheiten), die betreibbar ist, um die Räder anzutreiben und dadurch das Fahrzeug anzutreiben. Zwei oder mehr Traktionsbatterienpakete an Bord versorgen die elektrische Maschine einzeln und/oder gemeinsam. Eine Fahrzeugsteuerung, die in der Art eines Getriebeleistungswechselrichters (TPIM), eines Batteriepaket-Steuermoduls (BPCM) und/oder eines Hybrid-Steuermoduls (HCP) sein kann, steuert die elektrische Maschine und die Batteriepakete. Für hybride Elektroantriebsarchitekturen ist das Fahrzeug zusätzlich mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet.
  • Die vorstehende repräsentative Methode umfasst in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten aufgeführten Optionen und Funktionen:
    • Empfangen eines Key-Off-Befehlssignals über die Fahrzeugsteuerung, um das Kraftfahrzeug in einen Key-Off-Zustand zu versetzen; Bestimmen über die Fahrzeugsteuerung, ob eine Eigenschaftsdifferenz zwischen den entsprechenden elektrischen Eigenschaften der ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete größer als ein kalibrierter Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ist; Bestimmen über die Fahrzeugsteuerung, ob eine Kapazitätsdifferenz zwischen den Batteriepakete-Kapazitäten der Traktionsbatteriepakete größer als ein kalibrierter Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist; und als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz nicht größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzdifferenzschwellenwert und die Kapazitätsdifferenz größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist, schaltet sich die Fahrzeugsteuerung ein und sendet ein Paketausgleichsbefehlssignal, das die Kapazitätsdifferenz auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert reduziert.
  • Andere Aspekte der Offenbarung richten sich an mehrteilige, elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge mit Batteriepaket-Ausgleichsfähigkeiten. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Kraftfahrzeug“ jede relevante Fahrzeugplattform umfassen, wie z.B. Personenkraftwagen (HEV, PHEV, FEV, BEV, REEV, etc.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Kettenfahrzeuge, Gelände- und Geländefahrzeuge (ATV), Motorräder, Landmaschinen, Boote, Flugzeuge, etc. In einem Beispiel beinhaltet ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit vorderen und hinteren Straßenrädern und optional in einer Verbrennungsmotoranordnung. Ein Paar elektrische Fahrmotoren ist an der Fahrzeugkarosserie montiert und arbeitet einzeln oder kooperativ (z.B. in einer vollelektrischen Fahrzeug-(FEV)-Anwendung) oder in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor (z.B. in einer Hybrid-Elektrofahrzeug-(HEV)-Anwendung), um eines oder mehrere der Fahrzeugräder anzutreiben, um dadurch das Fahrzeug anzutreiben. Ein Paar Traktionsbatterienpakete ist an der Fahrzeugkarosserie montiert und kann zum Betreiben der Fahrmotoren verwendet werden (z.B. ein erstes Paket versorgt unabhängig einen ersten Motor und ein zweites Paket versorgt unabhängig einen zweiten Motor).
  • Das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug im obigen Beispiel beinhaltet auch eine residierende Fahrzeugsteuerung oder ein Netzwerk von Steuerungen oder Modulen, das kommunikativ mit den Fahrmotoren und Batteriepaketen verbunden ist. Die Fahrzeugsteuerung ist programmiert, um ein Key-Off-Befehlssignal, z.B. von einem Fahrer über einen elektronischen Zündschalter, zu empfangen, und versetzt das Kraftfahrzeug in einen Key-Off-Zustand, z.B. beim Ausschalten der Fahrzeugelektronik, der Motoren und der Batteriepakete. Im ausgeschalteten Zustand wacht die Steuerung regelmäßig auf, um zu bestimmen: (1) wenn eine Eigenschaftsdifferenz zwischen den entsprechenden elektrischen Eigenschaften der Traktionsbatteriepakete größer als ein kalibrierter Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ist; und (2) wenn eine Kapazitätsdifferenz zwischen den Batteriepaketkapazitäten der Traktionsbatteriepakete größer als ein kalibrierter Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist. Als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz kleiner als der Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und die Leistungsdifferenz größer als der Leistungsdifferenzschwellenwert ist, steuert die Fahrzeugsteuerung automatisch: (1) Aufwachen und Einschalten; und (2) sendet ein Paketausgleichsbefehlssignal, das die Kapazitätsdifferenz auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert reduziert.
  • Für eines der offenbarten Fahrzeuge, Verfahren und Systeme kann das Befehlssignal des Paketausgleichs Folgendes verursachen: (1) eine Zusatzlast, die auf ein Traktionsbatteriepaket aufzubringen ist; (2) einen Ladestrom, der auf ein Traktionsbatteriepaket aufzubringen ist; und/oder (3) die Traktionsbatteriepakete zum elektrischen Parallelschalten. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass eine Spannungsdifferenz zwischen den Paketspannungen der ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete kleiner als ein kalibrierter Spannungsschwellenwert ist, kann das Paketausgleichsbefehlssignal bewirken, dass die ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete elektrisch parallel geschaltet werden. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die erste Batteriepaketkapazität größer ist als die zweite Batteriepaketkapazität, kann das Befehlssignal für den Paketausgleich dazu führen, dass die Zusatzlast auf das erste Traktionsbatteriepaket aufgebracht wird. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass das Kraftfahrzeug funktional mit einer Elektrofahrzeugladestation (EVCS) verbunden ist und die Batteriekapazität des ersten Batteriepakets größer ist als die Batteriekapazität des zweiten Batteriepakets, kann das Paketausgleichsbefehlssignal bewirken, dass der Ladestrom an den zweiten Traktionsbatteriepaket angelegt wird.
  • Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Verfahren und Systeme kann die Fahrzeugsteuerung eine mehrphasige, interne Highspeed-Uhr verwenden, um zu bestimmen, ob eine kalibrierte Schlafphase seit dem Abstellen des Kraftfahrzeugs in den Key-Off-Zustand verstrichen ist. Wenn ja, wacht die Fahrzeugsteuerung vorübergehend auf, um zu bestimmen, ob die Eigenschaftsdifferenz größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und ob die Kapazitätsdifferenz größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist. Diese kalibrierte Schlafdauer kann erhöht werden, wenn die Eigenschaftsdifferenz kleiner als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und die Kapazitätsdifferenz kleiner als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist. Umgekehrt kann die kalibrierte Schlafdauer als Reaktion auf die Eigenschaftsdifferenz zwischen den elektrischen Eigenschaften der Traktionsbatteriepakete, die größer als der Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ist, verringert werden. Wenn die verminderte kalibrierte Schlafdauer kleiner als ein paketkalibriertes Schlafminimum ist (d.h. die Fahrzeugsteuerung wird zu häufig aus dem Schlafmodus geweckt), kann die Steuerung daraufhin ein Serviceanforderungssignal an den Fahrzeugführer senden.
  • Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Verfahren und Systeme kann die Fahrzeugsteuerung eine Paketausgleichszeit bestimmen, die benötigt wird, um die Batteriepaket-Kapazitätsdifferenz auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert zu reduzieren. Nach der Feststellung kann die Steuerung bestimmen, ob eines von mehreren vorhergesagten Fahrereignissen vor Ablauf der Paketausgleichszeit eintreten wird oder nicht. Wenn ja, kann die kalibrierte Schlafdauer ausreichend verkürzt werden, um sicherzustellen, dass die Paketausgleich vor dem vorhergesagten Fahrereignis abgeschlossen werden kann. In diesem Zusammenhang kann nach dem Bestimmen, dass diese Paketausgleichszeit ein durch das Paket kalibriertes Ausgleichsmaximum überschreitet, automatisch ein Serviceanforderungssignal an den Fahrzeugführer übertragen werden. Die elektrischen Eigenschaften des ersten und zweiten Traktionsbatteriepakets können eine Paketspannung und/oder einen Ladezustand beinhalten. In diesem Fall ist der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ein kalibrierter Spannungsdifferenzschwellenwert und/oder ein kalibrierter SOC-Differenzschwellenwert. Nach Erhalt eines Key-Off-Befehlssignals, z.B. von einer elektronischen Zündschlüsselvorrichtung des Kraftfahrzeugs, kann die Fahrzeugsteuerung daraufhin ein Zündbefehlssignal zum Ausschalten der elektrischen Maschine und ein Trennbefehlssignal zum elektrischen Trennen der Traktionsbatteriepakete senden.
  • Die obige Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr stellt die vorstehende Zusammenfassung lediglich eine Veranschaulichung einiger der hierin dargestellten neuen Konzepte und Merkmale dar. Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der veranschaulichten Beispiele und repräsentativen Modalitäten für die Durchführung der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen. Darüber hinaus beinhaltet diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterzusammenstellungen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine repräsentative leistungsverzweigte Hybrid-Antriebsstrangarchitektur eines mehrteiligen, elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit Paketausgleichsfähigkeit gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein repräsentatives elektrisch angetriebenes Fahrzeugbatteriesystem mit mehreren Traktionsbatterie-Paketen gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen repräsentativen Batteriepaket-Ausgleichsalgorithmus zum Ausgleichen mehrerer Traktionsbatteriepakete eines Elektrofahrzeugs veranschaulicht, der speichergespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einer Onboard- oder Fernsteuerungslogik, einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit oder einer anderen computergestützten Vorrichtung oder einem Vorrichtungsnetzwerk gemäß den Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden.
  • Die vorliegende Offenbarung ist für verschiedene Änderungen und alternative Formen zugänglich, und einige repräsentative Ausführungsformen sind exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass sich die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den oben aufgeführten Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränken. Vielmehr soll die Offenbarung alle Änderungen, Äquivalente, Kombinationen, Subkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Geltungsbereich dieser Offenbarung fallen und von den beigefügten Ansprüchen erfasst werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Diese Offenbarung ist anfällig für Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen. Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben, mit dem Verständnis, dass diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht für Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Insofern sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten Zusammenfassung, Einleitung, Beschreibung und detaillierte Beschreibung beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht einzeln oder gemeinsam durch Implikation, Schlussfolgerung oder anderweitig in die Ansprüche aufgenommen werden.
  • Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich abgelehnt: Das Singular beinhaltet den Plural und umgekehrt; die Worte „und“ und „oder“ sollen sowohl konjunktiv als auch disjunktiv sein; die Worte „irgendeine“ und „alle“ sollen beide „irgendeine und alle“ bedeuten; und die Worte „beinhaltend“, „enthaltend“, „umfassend“, „habend“ und dergleichen sollen jeweils „beinhaltend ohne Einschränkung“ bedeuten. Darüber hinaus können hierin Wörter der Annäherung, wie „ungefähr“, „fast“ im Wesentlichen“, „in etwa“ und dergleichen, im Sinne von „bei, nah oder nah bei“ oder „innerhalb 0-5% von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder irgendeine logische Kombination davon verwendet werden, zum Beispiel. Schließlich können Richtungsadjektive und Adverbien, wie z.B. vorne, hinten, innen, außen, steuerbord, backbord, vertikal, horizontal, oben, unten, vordere, hintere, links, rechts, usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug stehen, wie z.B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug funktionell auf eine normale Fahrfläche ausgerichtet ist.
  • Hierin werden Batteriepaket-Ausgleichssysteme und die dazugehörige Steuerlogik für die Paketausgleich von Doppel-/Mehrfach-Traktionsbatteriepaketen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen (zusammen „Elektroantrieb“) vorgestellt. Während des Ausschaltens des gesamten Fahrzeugs, z.B. nach einem Key-Off-Ereignis, wacht eine Fahrzeugsteuerung periodisch auf und gleicht vor der Ausführung eines vorhergesagten Fahrereignisses die an Bord befindlichen Traktionsbatterien aus, wenn festgestellt wird, dass eine Neugewichtung erforderlich ist. Eine in das Paketausgleichssteuerungsschema eingebettete Lernfunktion mit geschlossenem Regelkreis bestimmt eine Paketausgleichszeit, -frequenz und/oder -dauer. Der Energiebedarf für den Ausgleich des Batteriepakets kann verwendet werden, um das Fahrzeug vorzubereiten oder den Betrieb der Fahrzeugkomponenten zu regeln. Offenbarte Paket-Ausgleichsprotokolle ermöglichen eine sichere elektrische Verbindung mehrerer Traktionsbatteriepakete (z.B. zwei Pakete parallel ohne Schweißschütze anschließen), wenn eine unterschiedliche Paketspannung vorliegt.
  • Ein Paketausgleich kann als notwendig erachtet werden, wenn eine Paket- zu Paket Kapazitätsdifferenz einen kalibrierten Schwellenwert des Batteriesystems überschreitet, der durch Hardwareausfälle des Systems oder Alterung, Reparatur, Austausch usw. des Batteriesatzes verursacht werden kann. Die Neugewichtung des Akkupakets kann in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden, einschließlich: (1) Betreiben eines Hochspannungs(HV)-Zubehörs mit einem Hoch-/Höchstspannungspaket; (2) Laden eines Nieder-/Niedrigstspannungspakets, wenn eine steckbare/kabellose Fahrzeugladung verfügbar ist; oder (3) direktes paralleles Verbinden von unsymmetrischen Paketen, wenn eine Spannungsdifferenz von Paket zu Paket im Wesentlichen klein ist. Der Akkupaketausgleich ermöglicht die elektrische Verbindung von zwei Akkupaketen parallel, wobei unerwünschte Stromstöße und vorzeitiger Lade-/Entladeschluss vermieden werden. Mit der oben genannten Lernfunktion kann das Fahrzeugbatteriesystem die Aufwachfrequenz der Fahrzeugsteuerung entsprechend einem aktuellen Batteriesystemstatus anpassen und historische Daten ausgleichen. Wenn der Paketausgleich zu häufig oder zu zeitaufwendig wird, kann der Fahrer aufgefordert werden, das Fahrzeugbatteriesystem zu warten.
  • Die Ausgleichsfrequenz des Pakets kann von einem jeweiligen Echtzeitzustand jedes Traktionsbatteriepakets abhängen, der durch Messungen der Paketspannung und/oder Schätzungen des Ladezustands (SOC) gelernt werden kann. Optional kann es zwingend erforderlich sein, dass ein Paketausgleichsereignis vor einem vorhergesagten Auftreten eines Fahrereignisses abgeschlossen wird (z.B. verfolgt die Fahrzeugsteuerung, an welchen Tagen und wann ein Fahrer zur/von der Arbeit abfährt). Die Vorhersage eines nächsten Fahrereignisses kann durch Verhaltensdaten auf Fahrerebene, Verhaltensdaten auf Fahrzeugebene und/oder Fahrzeugdaten aus der Menge gelernt werden. Das periodische Aufwachen der Fahrzeugsteuerung kann basierend auf einer geschätzten Zeit, die für das Ausgleichen benötigt wird, und einer geschätzten Wahrscheinlichkeit, dass ein Ausgleichen erforderlich ist, bestimmt werden, was beide aus historischen Fahrzeugdaten ersichtlich sind. Das Ausgleichen des Pakets kann durch Anlegen einer Hochspannungs-Zubehörlast an ein Batteriepaket mit der höchsten Spannung/SOC erreicht werden, bis dieses Paket die Spannung/SOC-Stufe eines Batteriepakets mit der niedrigsten Spannung/SOC erreicht. Der akzessorisch-lastbasierte Ausgleich kann unabhängig voneinander oder während des Ladevorgangs des Niederspannungs-/SOC-Pakets durchgeführt werden. Dies kann die Vorkonditionierung des Fahrzeugs vor einem vorhergesagten Fahrereignis (z.B. Erwärmung oder Kühlung von Motor, Motor, Batterie und/oder Fahrgastraum) oder die Regelung des Betriebs des Batteriesystems (z.B. Diagnose des Betriebssystems und/oder Regelung der Batteriezellentemperatur) beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Automobils dargestellt, das im Allgemeinen mit 10 bezeichnet und hierin zum Zwecke der Diskussion als Hybrid-Elektro-PKW dargestellt ist. Gemäß einem spezifischeren, nicht einschränkenden Beispiel ist der Antriebsstrang 11 ein dualmodiger, leistungsverzweigter hybrider elektrischer Antriebsstrang mit einem 6,0-Liter(L)-V8-Motor 12 und zwei 60-Kilowatt-(kW)-Mehrphasen-Permanentmagnetmotoren 14 und 16, die an einem mehrstufigen elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT) 18 montiert sind. Das abgebildete Automobil 10 - im Folgenden auch kurz „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ genannt - ist nur eine exemplarische Anwendung, mit der neue Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung geübt werden können. In gleicher Weise ist die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einen dualen, leistungsverzweigten hybriden elektrischen Antriebsstrang auch als exemplarische Anwendung der hierin offenbarten neuen Konzepte zu werten. Daher wird davon ausgegangen, dass Aspekte und Merkmale der Offenbarung auf andere Konfigurationen des Elektroantriebsstrangs angewendet und für jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp verwendet werden können. Schließlich wurden nur ausgewählte Komponenten gezeigt und werden hierin näher beschrieben. Dennoch können die nachfolgend erläuterten Fahrzeuge und Batteriesysteme zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere handelsübliche Peripheriekomponenten beinhalten, z.B. zur Durchführung der verschiedenen Verfahren und Funktionen dieser Offenbarung.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 11 von 1 kann so ausgelegt sein, dass er das Fahrzeug 10 startet und antreibt, das Fahrzeug in allen Geschwindigkeitsbereichen zwischen niedrigen und hohen Fahrgeschwindigkeiten betreibt und die gesamte Bordelektronik des Fahrzeugs antreibt. Ein „elektrisch variables Getriebe“, wie in den Zeichnungen dargestellt, umfasst ein Planetengetriebe, das funktional mit jedem der Motoren 12, der ersten Motor-Generator-Einheit (MGU) 14 und der zweiten MGU 16 verbunden ist. Die Kanalisierung der jeweiligen Drehmomente des Motors 12 und der beiden Motor-Generator-Einheiten 14, 16 (austauschbar als „Traktionsmotoren“ bezeichnet) zu verschiedenen Elementen des Planetengetriebezahnrads ermöglicht es einer der Antriebsquellen, den Betrieb einer der beiden anderen Antriebsquellen zu unterstützen oder auszugleichen. So ermöglicht die Kombination aus einem Motor 12 und mehreren Motor/Generator-Einheiten 14, 16, die funktional mit dem EVT 18 verbunden sind, das Steuern und Auswählen von Drehzahlen und Drehmomenten des Motors und des Motors/der Generatoren unabhängig voneinander, um ein Fahrzeug 10 effizienter zu betreiben.
  • Das Fahrzeug 10 ist mit einem Fahrzeugbatteriesystem 15 ausgestattet, das beispielsweise mehrere als Batteriemodule angeordnete Batteriezellen umfassen kann, die zu mehreren Traktionsbatteriepaketen 21A und 21B gestapelt sind. Diese Batteriezellen können jede geeignete Batterietechnologie verwenden, einschließlich beispielsweise Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen („Li-Ionen“), Li-Ionen-Polymer, Zink-Luft, Lithium-Luft, Nickel-Cadmium (NiCad), ventilgeregelte Blei-Säure („VRLA“), einschließlich absorbierter Glasmatte („AGM“), Nickel-Zink (NiZn), geschmolzenes Salz (z.B. eine Na-NiCl2-Batterie) oder eine Kombination davon. Jedes Batteriepaket oder jede Batteriezelle kann einem oder mehreren Sensoren zugeordnet werden, um eine oder mehrere Batterieeigenschaften (z.B. Spannung, Strom, Temperatur, SOC, Kapazität usw.) zu messen, die jedem Taktgeber/Zelle zugeordnet sind. Das Fahrzeugbatteriesystem 15 ist funktional mit den ersten und zweiten Motor/Generatoreneinheiten 14, 16 verbunden, um elektrischen Strom zu übertragen und elektrischen Strom von diesen MGUs zu empfangen. Die residente Fahrzeugsteuerung 23 ist kommunikativ mit dem Motor 12, den Fahrmotoren 14, 16, dem Fahrzeugbatteriesystem 15 und dem Getriebe 18 verbunden, um dessen Betrieb zu steuern. Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuereinheit, Prozessor und alle Kombinationen davon können so definiert sein, dass sie eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer logischer Schaltungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), elektronische Schaltungen, Zentraleinheit(en) (z.B, Mikroprozessoren)) und zugehöriger Speicher und Speicher (z.B. nur lesend, programmierbar nur lesend, wahlfrei, Festplatte, greifbar, etc.)), kombinatorische Logikschaltung(en), Ein-/Ausgabeschaltung(en) und Vorrichtungen, etc., unabhängig davon, ob sie resident, entfernt oder eine Kombination aus beidem sind.
  • Die Fahrzeugsteuerung 23 kann eine Hardware mit integrierter Schaltung (IG) sein, die programmiert ist, um eine oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder -routinen auszuführen, z.B. unter Verwendung einer geeigneten Signalkonditionierungs- und Pufferschaltung, und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe können definiert werden, um alle von der Steuerung ausführbaren Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen, zu verstehen. Eine Steuerung kann mit einer Reihe von Steuerroutinen entworfen werden, die ausgeführt werden, um eine oder mehrere gewünschte Funktionen bereitzustellen. Steuerroutinen werden beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und sind betreibbar, um Eingänge von Abtastgeräten und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Geräten und Stellgliedern zu steuern. Routinen können in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z.B. alle 100 Mikrosekunden; 3,125; 6,25; 12,5; 25 und 100 Millisekunden usw. während des laufenden Fahrzeugbetriebs. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines Ereignisses während des Betriebs des Fahrzeugs 10 ausgeführt werden.
  • Das elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT) 18 von 1 ist selektiv als stufenloses Leistungsgetriebe betreibbar und beinhaltet mehrere Zahnradgetriebe, wie beispielsweise einen ersten Planetenradsatz (PGS) 22, einen zweiten PGS 24 und ein Getriebezug 44, und trägt dazu bei, eine zusammengesetzte leistungsverzweigte Hybrid-Antriebsstrang - Architektur 11 durch Einbeziehen einer zusammengesetzten Planetenradanordnung 20 zu definieren. Diese Verbund-Planetengetriebeanordnung 20 besteht aus zwei Elementen der ersten PGS 22, die funktional mit zwei Elementen der zweiten PGS 24 verbunden sind. Die erste PGS 22 besteht aus einem Hohlradelement 28, einem Planetenträgerelement 30 und einem Sonnenradelement 32. Ein oder mehrere Planetenräder 29 sind mit dem Hohlrad 28 verzahnt und auf dem Planetenträgerelement 30 montiert, während das Sonnenradelement 32 mit dem/den Planetenrad(rädern) 29 verzahnt und konzentrisch mit dem Hohlrad 28 ausgerichtet ist. In diesem Zusammenhang beinhaltet die zweite PGS 24 ein Hohlradelement 34, ein Planetenträgerelement 36 und ein Sonnenradelement 38. Ein oder mehrere Planetenräder 35 sind mit dem Hohlrad 34 verzahnt und auf dem Planetenträgerelement 36 montiert, während das Sonnenradelement 38 mit dem/den Planetenrad(rädern) 35 verzahnt und konzentrisch mit dem Hohlrad 34 ausgerichtet ist. Das Trägerelement 36 des zweiten Radsatzes 24 ist mit dem Sonnenradelement 32 des ersten Radsatzes 22 verbunden, um sich z.B. im Gleichtakt damit zu drehen. Das Hohlradelement 34 des zweiten Zahnradsatzes 24 ist mit dem Trägerelement 30 des ersten Zahnradsatzes 22 verbunden, um sich z.B. unisono damit zu drehen. Schließlich wird das Hohlradelement 28 des ersten Radsatzes 22 in Verbindung mit einem Verteilergetriebezug 44 dargestellt. Die Verbindungspunkte des EVT 18 werden durch wählbare und feste Verbindungen dargestellt, so dass die resultierende Struktur effektiv einen Mehrpunkthebel erzeugt, wenn wählbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen C0, C1, C2, C3 und C4 einzeln und in ausgewählten Kombinationen ein- und ausgeschaltet werden.
  • Wie in 1 dargestellt, können der Motor 12 und die erste Motor/Generator-Einheit 14 oder zumindest die jeweiligen drehmomentübertragenden Abtriebswellen davon zur Drehung auf einer gemeinsamen ersten Drehachse A1 angeordnet sein. Umgekehrt kann die zweite Motor-Generator-Einheit 16 oder zumindest deren drehmomentübertragende Abtriebswelle zur Drehung auf einer zweiten Drehachse A2 angeordnet sein. Gemäß dem veranschaulichten Beispiel ist die erste Achse A1 im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse A2. Der Getriebezug 44 von 1 ist konfiguriert, um die zweite Motor-Generator-Einheit 16 funktional mit der Verbund-Planetengetriebeanordnung 20 an einem entsprechenden Verbindungspunkt zu verbinden. Der Getriebezug 44 kann entweder als ein- oder zweistufiger Flachwellenradsatz oder als dritter PGS konfiguriert werden.
  • Motor 12, erster MGU 14 und zweiter MGU 16 sind funktional mit dem EVT 18 über Eingangselementanordnungen verbunden, die das Drehmoment zwischen den Zugkraftquellen und der Verbundplanetengetriebeanordnung 20 übertragen. Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet die Eingangselementanordnung: eine Motorabtriebswelle des Motors 12, die als Motorein-/Ausgangselement 46 dient; einen Rotor des ersten MGU 14, der als erstes Motorein-/Ausgangselement 48 dient; und einen Rotor des zweiten MGU 16, der als zweites Motorein-/Ausgangselement 50 dient. Das Motor-Ein-/Ausgangselement 46 liefert das Motordrehmoment für den EVT 18, während die Motor-Ein-/Ausgangselemente 48, 50 das Drehmoment von ihren jeweiligen Motor-Generator-Einheiten 14, 16 für den EVT 18 bereitstellen. Eine Dämpferanordnung 64, die funktional mit der Ein-/Ausgangswelle 46 des Motors 12 verbunden ist, ist konfiguriert, um vom Motor 12 erzeugte Drehschwingungen zu absorbieren, bevor diese Schwingungen auf die Planetenradanordnung 20 von EVT 18 übertragen werden können.
  • Es kann wünschenswert sein, dass das erste Motoreingangselement 48 kontinuierlich oder selektiv (z.B. über die Drehmomentübertragungsvorrichtung C-0) mit dem Sonnenradelement 38 verbunden ist. Das zweite Motoreingangselement 50 kann kontinuierlich oder selektiv (z.B. über die Drehmomentübertragungsvorrichtung C-4) mit dem Getriebezug 44 verbunden sein. Das EVT 18 beinhaltet auch ein Abtriebselement 52, das in der Art einer Getriebeabtriebswelle sein kann, das kontinuierlich oder selektiv mit einem dritten Verbindungspunkt verbunden ist. Das Abtriebselement 52 ist betreibbar, um das Drehmoment von/zu der Verbundplanetengetriebeanordnung 20 auf/von einem Achsantriebssystem 13, das hierin durch das Differential 17, die Antriebsräder 19 und die Achse 25 dargestellt ist, zum Starten und Antreiben des Fahrzeugs 10 zu übertragen.
  • Die ICE-Anordnung 12 treibt das Fahrzeug 10 unabhängig von den Fahrmotoren 14 und 16 an, z.B. in einer „nur Motor“-Betriebsart oder in Zusammenarbeit mit einem oder beiden Motoren 14 und 16, z.B. in einer „Motor-Boost“- und/oder einer „Motor-Launch“-Betriebsart. In dem in 1 dargestellten Beispiel kann die ICE-Anordnung 12 ein beliebiger verfügbarer oder nachträglich entwickelter Motor sein, wie beispielsweise ein Zwei- oder Viertakt-Dieselmotor oder ein Viertakt-Otto- oder Flex-Fuel-Motor, der leicht angepasst ist, um seine verfügbare Leistung typischerweise bei einer Reihe von Umdrehungen pro Minute (U/min) bereitzustellen. Obwohl in 1 nicht explizit dargestellt, ist zu beachten, dass das Achsantriebssystem 13 jede verfügbare Konfiguration annehmen kann, einschließlich der Layouts für Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Allradantrieb (4WD), Allradantrieb (AWD), etc.
  • Nun zu 2 ist ein an Bord befindliches wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) 115 dargestellt, das zum Speichern von elektrischer Hochspannungsenergie für den Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wie beispielsweise des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 aus 1, geeignet ist. RESS 115 kann ein tiefzyklisches Batteriesystem mit hoher Amperekapazität sein, das für ca. 200 bis 800 VDC oder mehr ausgelegt ist, z.B. abhängig von der gewünschten Fahrzeugreichweite, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und den Leistungswerten der verschiedenen elektrischen Geräte, die elektrische Leistung aus dem RESS 115 beziehen. Zu diesem Zweck kann die RESS 115 mehrere Hochspannungsbatterien 121A und 121B beinhalten, die unabhängig voneinander wiederaufladbar sind und selektiv elektrisch mit den ersten und zweiten Fahrmotoren 114 und 116 verbunden werden können. Während in 2 zur Veranschaulichung nur zwei Traktionsbatteriepakete 121A, 121B dargestellt sind, kann innerhalb von RESS 115 eine beliebige Anzahl von Batteriepaketen verwendet werden. Die Batteriepakete 121A, 121B können über eine Hochspannungsschiene 160 elektrisch parallel zueinander geschaltet werden. Jedes Paket 121A, 121B ist mit einem entsprechenden Stapel 162A, 162B von Batteriezellen ausgestattet, einschließlich Lithium-Ionen-Zellen, Lithium-Polymer-Zellen oder anderen wiederaufladbaren elektrochemischen Zellen, die eine ausreichend hohe Leistungsdichte bieten, sowie mit jeder erforderlichen leitfähigen Batterie-Trägerstruktur und Strom-Konditionierungshardware. Obwohl sich das Aussehen unterscheidet, kann die RESS 115 von 2 jede der oben beschriebenen Optionen und Merkmale in Bezug auf das Fahrzeugbatteriesystem 15 von 1 beinhalten und umgekehrt.
  • Ein Paar von Getriebeleistungswechselrichtern (TPIM) 164A und 164B verbinden sich jeweils über die Übertragungsleiter 166A und 166B mit den Fahrmotoren 114, 116, um elektrische Energie zu und von den MGUs zu übertragen. Jedes TPIM 164A, 164B kann Wechselrichter und entsprechende Motorsteuermodule beinhalten, die zum Empfangen von Motorsteuerbefehlen und daraus abgeleiteten Steuerumrichterzuständen zum Bereitstellen von Motorantrieb oder regenerativer Funktionalität betrieben werden können. Jeder Wechselrichter kann bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) umfassen, die aus Schaltern bestehen, die Gleichstrom (DC) von den Energiespeichern - Batteriepaketen 121A, 121B - in Wechselstrom (AC) umwandeln, um eine oder beide der elektrischen Maschinen 114, 116 über Hochfrequenzumschaltung zu versorgen. Es gibt typischerweise ein IGBT für jede Phase einer dreiphasigen elektrischen Maschine. Die Traktionsbatteriepakete 121A, 121B beinhalten jeweils einen Satz von Halbleiterrelais oder Schützen 168A und 168B, die unabhängig voneinander auf Signale von einem TPIM 164A, 164B reagieren, um den Stromaustausch zu steuern. Die Schütze/Relais 168A, 168B sind so angepasst, dass sie unter elektrischer Last schließen, um die sofortige oder nahezu sofortige Abgabe der elektrischen Energie an das Antriebssystem des Fahrzeugs zu gewährleisten und eine beliebige Anzahl von Fahrzeugzubehör anzutreiben, die in 2 durch erstes und zweites HV-Zubehör 170A und 170B dargestellt sind. Eine Fahrzeugladestation 172 zum Aufladen der fahrzeugseitigen Batteriepakete 121A, 121B kann eine induktive („drahtlose“) Ladekomponente und/oder eine elektrische Verbinderkomponente („Plug-in“) beinhalten, die es einem Benutzer ermöglicht, das Fahrzeug 10 an eine leicht zugängliche Wechselstrom- oder Gleichstromquelle, wie beispielsweise ein öffentliches Versorgungsnetz, anzuschließen und zu trennen.
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 3 wird ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zum Ausgleichen mehrerer Traktionsbatteriepakete, wie die Batteriepakete 21A, 21B von 1 oder die Batteriepakete 121A, 121B von 2, eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wie beispielsweise das Automobil 10 von 1, im Allgemeinen bei 200 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Einige oder alle der in 3 dargestellten und im Folgenden näher beschriebenen Vorgänge können repräsentativ für einen Algorithmus sein, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise im Haupt- oder Hilfs- oder Fernspeicher gespeichert und beispielsweise von einer On-Board oder Fernbedienung, einer Verarbeitungseinheit, einer Steuerlogikschaltung oder einem anderen Modul oder einer Vorrichtung oder einem Netzwerk von Vorrichtungen ausgeführt werden können, um eine oder alle der oben oder unten beschriebenen Funktionen im Zusammenhang mit den offenbarten Konzepten auszuführen. Es ist zu beachten, dass die Reihenfolge der Ausführung der veranschaulichten Operationssätze geändert, zusätzliche Sätze hinzugefügt und einige der beschriebenen Sätze geändert, kombiniert oder beseitigt werden können.
  • Das Verfahren 200 beginnt an der Klemmenleiste 201 von 3 mit prozessorausführbaren Anweisungen für eine programmierbare Steuerung oder ein Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor, um ein Initialisierungsverfahren für ein Echtzeit-Batteriepaket-Ausgleichsprotokoll aufzurufen, das dazu beiträgt, die Kapazität jedes Traktionsbatteriepakets in einem Fahrzeugbatteriesystem zu maximieren. Diese Routine kann in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen während des aktiven und inaktiven Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Als weitere Option kann die Klemmleiste 201 als Reaktion auf ein Befehlseingabesignal eines Benutzers oder ein Broadcast-Prompt-Signal von einem Backend oder Middleware-Computerknoten initialisieren, der mit dem Sammeln, Analysieren, Sortieren, Speichern und Verteilen von Fahrzeugdaten beauftragt ist. Das Steuerungssystem kann betreibbar sein, um relevante Informationen und Eingaben zu empfangen, zu verarbeiten und zu synthetisieren sowie Steuerlogik und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Antriebsstrangkomponenten zur Erreichung von Steuerzielen zu regeln. In diesem Zusammenhang kann die Fahrzeugsteuerung 23 als eine verteilte Steuerungsarchitektur verkörpert werden, die aus einem TPIM, einem Getriebesteuermodul (TCM), einem Motorsteuermodul (ECM) und einem Batteriepaket-Steuerungsmodul (BPCM) mit einem integrierten Hybrid-Steuerungsmodul (HCP) besteht, das eine hierarchische Steuerung und Koordination der vorgenannten Module ermöglicht.
  • Alternativ kann der Initialisierungsvorgang auch als Reaktion auf ein Fahrzeug-Key-off-Ereignis oder ein anderes fahrzeugkalibriertes Ereignis eingeleitet werden. So kann beispielsweise die Klemmleiste 201 eine residierende oder entfernte Fahrzeugsteuerung, wie beispielsweise die Fahrzeugsteuerung 23 aus 1, beinhalten, die ein Key-Off-Befehlssignal, z.B. von einem Fahrer des Fahrzeugs 10 über einen elektronischen Zündschalter, empfängt, um das Kraftfahrzeug in einen Key-Off-Zustand zu versetzen. Nach dem Empfangen eines solchen Signals sendet die Fahrzeugsteuerung 23 daraufhin Befehlssignale zum Abstellen des Motors 12, zum Abschalten der Fahrmotoren 14, 16 und zum elektrischen Trennen der Traktionsbatteriepakete 21A, 21B. In der Tat sind alle „nicht wesentlichen“ Fahrzeugsysteme standardmäßig abgeschaltet. Die Fahrzeugsteuerung 23 ist jedoch nicht vollständig ausgeschaltet, sondern die Fahrzeugsteuerung 23 kann mit minimalem Stromverbrauch alle „kritischen“ Backend-Prozesse wie die Wartung der Fahrzeugalarmanlage, die Steuerung des Karosseriecomputers, die Paketausgleichsverfahren usw. ausführen. Es ist auch möglich, dass ein Fahrzeuginsasse einen „Infotainment-Modus“ zum Betreiben einer Fahrzeugtelematikeinheit oder eines Audiosystems startet, während der Rest des Fahrzeugs 10 deaktiviert bleibt.
  • Vor, zeitgleich mit oder unmittelbar nach dem Abstellen des Fahrzeugs können über die Fahrzeugsteuerung 23 gespeicherte Anweisungen ausgeführt werden, um ein Weckprotokoll einzuleiten, bei dem eine interne Highspeed-Uhr auf den Countdown einer kalibrierten Schlafperiode eingestellt wird. Als weitere Option nach dem Abschalten des Fahrzeugs können ein oder mehrere benannte Batteriepaketschütze für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem geschlossenen Zustand zum Ausgleich des Pakets positioniert werden, bis eine Paketspannungsdifferenz unter einem kalibrierten Spannungsdifferenzschwellenwert liegt. Im eingeschalteten Zustand können die Spannungen von zwei miteinander verbundenen Traktionsbatterien unterschiedlich sein, z.B. durch hohe Lasten. Es kann von Vorteil sein, wenn nach dem Abschalten die Verbindungsschütze geschlossen bleiben, um die beiden Pakete parallel geschaltet zu halten, um einen Ausgleich der Pakete zu erreichen, anstatt sie unmittelbar nach dem Abschalten zu trennen.
  • Nach einem Key-Off-Ereignis wird das hybride Elektrofahrzeug 10, nämlich die residente Fahrzeugsteuerung 23, periodisch „aufwachen“, um den aktuellen Zustand jedes Traktionsbatterie-Pakets 21A, 21B zu untersuchen, um festzustellen, ob der Paketausgleich für den Betrieb des Batteriesystems vorteilhaft sein kann oder nicht. In diesem Zusammenhang beinhaltet der Prozessblock 203 prozessorausführbare Anweisungen, um z.B. über den internen Hochgeschwindigkeitstaktgeber der Steuerung zu verfolgen, wenn die kalibrierte Schlafphase nach dem Einschalten des Kraftfahrzeugs in den Key-Off-Zustand abgelaufen ist. Nach dem Bestimmen, dass diese kalibrierte Schlafdauer abgelaufen ist, weckt die Fahrzeugsteuerung 23 z.B. über einen Terminal-Steuerbefehl oder ein Batteriepaket-Steuermodul (BPCM) oder ein ähnlich geeignetes Steuermodul zur Überwachung des Batteriesystemstatus. Ein Aufwachschema beinhaltet in der Regel nicht das Anlassen des Motors, das Einschalten der Motor-Generator-Einheiten oder das Einschalten des Batteriesystems. Tatsächlich wird die Mehrheit der Fahrzeugsysteme zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet bleiben.
  • Das Verfahren 200 von 3 fährt mit dem Entscheidungsblock 205 fort, um zu bestimmen, ob eine Eigenschaftsdifferenz zwischen den entsprechenden elektrischen Eigenschaften der Traktionsbatteriepakete einen kalibrierten charakteristischen Differenzschwellenwert überschreitet, so dass eine elektrische Verbindung der Batteriepakete das Fahrzeugbatteriesystem wahrscheinlich beschädigen oder beeinträchtigen würde. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Fahrzeugsteuerung 23 eine (erste) Echtzeit-Spannung und/oder SOC des ersten Traktionsbatteriepakets 21A mit einer (zweiten) Echtzeit-Spannung und/oder SOC des zweiten Traktionsbatteriepakets 21B vergleichen, um festzustellen, ob die Disparität dazwischen eine fahrzeugkalibrierte Spannung und/oder einen SOC-Differenzschwellenwert überschreitet. Wenn in diesem Beispiel die Kennliniendifferenz (SOC/Spannung) den kalibrierten Kennliniendifferenzschwellenwert überschreitet (z.B. eine Differenz von mehr als 6,0% bis 7,0%), kann die Parallelschaltung der Traktionsbatteriepakete zum Schließen der elektrischen Schütze führen. Dieser fahrzeugkalibrierte maximale Differenzschwellenwert darf kein Einzelwert oder ein einzelner Prozentsatz sein und kann von Fahrzeugplattform zu Fahrzeugplattform und mit Batteriepakettemperatur, SOC-Wert usw. variieren. Als Reaktion auf die Eigenschaftsdifferenz zwischen den verglichenen elektrischen Eigenschaften, die den kalibrierten charakteristischen Differenzschwellenwert (Block 205 = JA) überschreiten, kann das Verfahren 200 mit dem Prozessblock 207 fortfahren und die kalibrierte Schlafdauer verringern. Ob und wie stark die kalibrierte Schlafdauer verkürzt wird, kann beispielsweise anhand der Tatsache bestimmt werden, wie stark der SOC/Spannung den Kalibrierwert überschreitet, ob mehrere Schlafperioden abgelaufen sind, bevor der SOC/Spannung die Kalibrierung überschreitet, die Pakettemperatur(en), der SOC-Wert(e) usw.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 kann das Verfahren 200 auf eine Bestimmung, dass die gemessene Eigenschaftsdifferenz den kalibrierten charakteristischen Differenzschwellenwert (Block 205 = NEIN) nicht überschreitet, reagieren, indem es feststellt, ob zu diesem bestimmten Zeitpunkt ein Paketausgleich erforderlich ist oder nicht, wie unter Prozessblock 209 angegeben. So kann beispielsweise die residente Fahrzeugsteuerung 23 von 1 unabhängig oder in Zusammenarbeit mit den TPIMs 164A, 164B von 2 bestimmen, ob eine Kapazitätsdifferenz zwischen den verbleibenden Batteriepaketkapazitäten (z.B. gemessen in Amperestundeneinheiten (A·h)) des ersten und zweiten Traktionsakkupakets 21A, 21B größer als ein kalibrierter Kapazitätsdifferenzschwellenwert (z.B. etwa 25-40 mAh) ist. Eine weitere Option zum Bestimmen, ob ein Ausgleich des Akkupakets erforderlich ist, kann das Bestimmen beinhalten, ob alle Akkupakete in einem System den gleichen oder ungefähr den gleichen SOC aufweisen. Alle anderen geeigneten Mittel zur Feststellung eines Bedarfs an Paketausgleich gelten als im Rahmen und Geist der vorliegenden Offenbarung. Wird festgestellt, dass die Kapazitäts-/SOC-Differenz zwischen den Akkupaketen einen entsprechenden systemkalibrierten Differenzschwellenwert (Block 209 = NEIN) nicht überschreitet, ist zu diesem Zeitpunkt möglicherweise kein Ausgleich des Akkupakets erforderlich. Somit fährt das Verfahren 200 mit dem optionalen Prozessblock 211 fort und erhöht die kalibrierte Schlafdauer, z.B. wie sie im programmierbaren Cache oder einem anderen Direktzugriffsspeicher (RAM) des Fahrzeugrechnersystems gespeichert ist. Ob und wie stark die kalibrierte Schlafdauer erhöht wird, kann z.B. anhand der Unterschreitung des Kalibrierwertes, des Ablaufs mehrerer Schlafperioden, der Pakettemperatur(en), des SOC-Wertes usw. bestimmt werden.
  • Bei dem Entscheidungsblock 213 kann das Verfahren 200 von 3 einen prozessorausführbaren Code bereitstellen, um zu bestimmen, ob die verantwortliche Fahrzeugsteuerung bzw. das verantwortliche Fahrzeugmodul zu häufig aufgeweckt wird, um das Paketausgleichsprotokoll auszuführen, oder ob die Zeitspanne für die Durchführung des Paketausgleichs übermäßig lang geworden ist, so dass gegebenenfalls Abhilfemaßnahmen erforderlich sind. Gemäß dem dargestellten Beispiel ermittelt die Fahrzeugsteuerung 23: (1) wenn eine speichergespeicherte kalibrierte Schlafdauer kleiner als ein paketkalibriertes Schlafminimum ist; oder (2) wenn eine speichergespeicherte Paketausgleichszeit größer als ein paketkalibriertes Ausgleichsmaximum ist. Nach dem Bestimmen, dass sowohl die kalibrierte Schlafdauer größer als das paketkalibrierte Schlafminimum ist als auch die paketkalibrierte Ausgleichszeit kleiner als ein paketkalibriertes Ausgleichsmaximum (Block 213 = NEIN) ist, fährt das Verfahren 200 mit dem Prozessblock 215 fort, wobei die Fahrzeugsteuerung 23 ergänzende Anweisungen zum Platzieren des Kraftfahrzeugs 10, einschließlich einer zuvor aufgeweckten Hardware, ausführt. Nachdem das Fahrzeug 10 schläft, kann das Verfahren 200 zum Prozessblock 203 zurückkehren und durch die nachfolgenden Prozesse und Operationen zurückschlaufen. Wird dagegen für eine der vorgenannten Abfragen (Block 213 = JA) eine positive Bestimmung zurückgegeben, kann das Verfahren 200 in die Klemmenleiste 217 übergehen, ein Serviceanforderungssignal an einen Fahrer oder einen anderen Insassen des Kraftfahrzeugs senden und (optional) das Ausgleichsprotokoll des Batteriepakets vorübergehend beenden. Diese Serviceanforderung kann in Form einer E-Mail mit dem SERVICE BATTERY SYSTEM, einer SMS-Testnachricht, eines automatisierten Telefonanrufs und/oder einer Warnung erfolgen, die über eine digitale Kombianzeige („digitales Dash“) oder eine Telematikeinheit der Mittelkonsole angezeigt wird.
  • Sobald festgestellt wurde, dass ein Paketausgleich erforderlich ist (Block 209 = NEIN) oder nachdem festgestellt wurde, dass die Eigenschaftsdifferenz den entsprechenden Schwellenwert überschreitet (Block 205 = JA) und die im Speicher gespeicherte kalibrierte Schlafdauer eingestellt wird (Block 207), kann das Verfahren 200 den Block 219 weiterverarbeiten, um Korrekturmaßnahmen durchzuführen, die das Batteriesystem in Ausgleich bringen sollen. Vor einer solchen Verbesserung kann das Verfahren 200 zunächst bestimmen, ob genügend Zeit vorhanden ist, um die Paketausgleichsverfahren vor dem Auftreten eines vorhergesagten Fahrereignisses abzuschließen oder nicht. Gemäß dem veranschaulichten Beispiel kann die Fahrzeugsteuerung 23 von 1 eine Paketausgleichszeit zum Reduzieren einer bestehenden Differenz zwischen den Batteriepaketkapazitäten/SOC auf unter den systemkalibrierten Kapazitäts-/SOC-Differenzschwellenwert schätzen, berechnen, messen und/oder aus dem Speicher abrufen (zusammen „bestimmen“). Die Fahrzeugsteuerung 23 kann gleichzeitig feststellen, ob eines von mehreren vorhergesagten Fahrereignissen vor Ablauf der bestimmten Paketausgleichszeit erwartet wird oder nicht. Die vorstehenden Bestimmungen können in eine oder beide der Entscheidungsblöcke 205 und 209 aufgenommen werden. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass ein vorhergesagtes Fahrereignis erwartet wird, bevor der Paketausgleich abgeschlossen werden kann, kann das Verfahren 200 zur Klemmenleiste 217 übergehen und vorübergehend enden. In diesem Fall kann der Batteriepaket-Ausgleich automatisch mit der nächsten verfügbaren Zeit beginnen, wenn das Fahrzeug 10 nicht in Betrieb ist und bevor ein vorhergesagtes Fahrereignis erwartet wird. Umgekehrt kann der Paketausgleich automatisch beginnen und der Fahrzeuggebrauch vorübergehend ausgesetzt werden, wenn das Ungleichgewicht des Batteriesystems einen kritischen Zustand erreicht hat. Eine dritte Option kann darin bestehen, den Fahrer aufzufordern, ein Paketausgleichsverfahren zu genehmigen, das voraussichtlich im Widerspruch zu einem vorhergesagten Fahrereignis steht. Eine vierte Option kann das Ändern der Schlafdauer und der Ausgleichs-Kalibrierung beinhalten, um sicherzustellen, dass genügend Zeit bleibt, um den Paketausgleich vor dem Auftreten eines vorhergesagten Fahrereignisses abzuschließen.
  • Nachdem bestimmt wurde, dass keines der vorhergesagten Fahrereignisse vor Ablauf der Paketausgleichszeit eintreten wird, wird ein Paketausgleichsverfahren implementiert, um eine bestehende Kapazitäts-/SOC-Differenz auf unter den systemkalibrierten Kapazitäts-/SOC-Differenzschwellenwert zu reduzieren. Der Prozessblock 219 kann beispielsweise Folgendes beinhalten: (1) Rampenleistung auf eine oder mehrere HV-Zubehörlasten auf eine höhere/höchste Kapazität/SOC-Paket; und/oder (2) Rampenladung auf eine niedrigere/niedrigere Kapazität/SOC-Paket (wenn Fahrzeugladung verfügbar ist). So kann beispielsweise das erste TPIM 164A ein Steuersignal aussenden, das das HV-Zubehör 170A an das erste Traktionsbatteriepaket 121A anlegt, wenn dieses Paketeine höhere Kapazität/SOC aufweist als das zweite Traktionsbatteriepaket 121B. Ebenso kann TPIM 164B ein HV-Zubehör 170B auf den zweiten Traktionsbatteriepaket 121B anwenden, wenn dieses Paket die höhere/höchste Kapazität aufweist. Ein Hochspannungsfahrzeugzubehör kann als einige nicht einschränkende Beispiele den Antrieb einer Hydraulikölpumpe, eines Wärmetauschers, eines Kompressors für eine Fahrzeugklimaanlage usw. beinhalten. Sobald die Akkupakete 121A, 121B in ein Gleichgewicht gebracht wurden, kann die Anwendung einer HV-Zubehörlast(en) eingestellt werden.
  • Als weitere Option kann der Prozessblock 219 auch oder alternativ das Anlegen eines Ladestroms an ein Traktionsbatteriepaket mit einer niedrigeren oder niedrigsten Kapazität/SOC beinhalten. Vor Beginn eines solchen Ladeereignisses kann die Fahrzeugsteuerung 23 zunächst bestimmen, welches Akkupaket 21A, 21B im Fahrzeugbatteriesystem 15 eine geringere Akkukapazität/SOC aufweist. Zeitgleich mit dieser Anfrage kann die Fahrzeugsteuerung 23 bestimmen, ob das Kraftfahrzeug 10 verdrahtet oder drahtlos mit einer Elektrofahrzeug-Ladestation (EVCS) verbunden ist, wie beispielsweise der Ladestation 172 aus 2. Nachdem bestätigt wurde, dass das Kraftfahrzeug 10 tatsächlich an eine Ladeenergiequelle angeschlossen oder anschließbar ist, kann von der Fahrzeugsteuerung 23 oder einem entsprechenden BPCM ein Paketausgleichsbefehlssignal übertragen werden, das die Übertragung eines Ladestroms an das Traktionsbatteriepaket mit der niedrigeren/niedrigsten Kapazität/SOC beginnt. Auch hier kann die Anwendung eines Ladestroms eingestellt werden, sobald die Akkupakete 121A, 121B in ein Gleichgewicht gebracht werden.
  • Beim Entscheidungsblock 221 bestimmt das Verfahren 200 von 3, ob die Eigenschaftsdifferenz zwischen den entsprechenden elektrischen Eigenschaften (z.B. Paketspannung oder SOC) nun unter dem vorstehend beschriebenen systemkalibrierten charakteristischen Differenzschwellenwert liegt. Wenn nicht (Block 221 = NEIN), kann das Verfahren 200 einen der im Prozessblock 219 beschriebenen Vorgänge wiederholen. Eine Bestimmung, dass die Eigenschaftsdifferenz ausreichend auf einen Wert unterhalb den elektrischen Differenzschwellenwert (Block 221 = JA) reduziert wurde, zeigt an, dass die Pakete elektrisch parallel zueinander geschaltet werden können, ohne das Fahrzeugbatteriesystem zu beschädigen oder zu beeinträchtigen. Das Fahrzeugbatteriesystem 15 von 1 oder RESS 115 von 2 kann ein Paketausgleichsbefehlssignal, z.B. an die Sammelschiene 160 und die Relais/Schütze 168A, 168B, senden, um die Batteriepakete des Systems elektrisch parallel zu verbinden, wie bei Prozessblock 223 angegeben. Es ist auch vorgesehen, dass der Prozessblock 223 eines der oben genannten Verfahren zum Ausgleichen von Paketen beinhalten kann, einschließlich derjenigen, die in Bezug auf den Prozessblock 219 besprochen werden. Nach Abschluss der Paketausgleichsvorgänge des Prozessblocks 223 wird erwartet, dass die fahrzeugseitigen Traktionsbatteriepakete des Fahrzeugs in ein Gleichgewicht kommen.
  • Der Entscheidungsblock 225 enthält speichergespeicherte, prozessorausführbare Anweisungen zum Messen eines aktuellen Paketzustands für jedes der Batteriepakete des Systems, um dadurch festzustellen, ob der weitere Paketausgleich noch erforderlich ist. Wenn ja (Block 225 = JA), kann das Verfahren 200 zum Prozessblock 219 oder zum Prozessblock 223 zurückkehren. Sobald bestätigt ist, dass ein zusätzlicher Paketausgleich derzeit nicht wünschenswert ist (Block 225 = NEIN), werden die Traktionsbatteriepakete im Prozessblock 227 elektrisch voneinander getrennt, und das Verfahren 200 führt entweder die Bestimmung des Entscheidungsblocks 213 durch oder geht zur Klemmenleiste 217 über.
  • Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie beispielsweise Programmmodule, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden, die von einer Steuerung ausgeführt werden, oder die hierin beschriebenen Steuerungsvarianten umgesetzt werden. Software kann in nicht einschränkenden Beispielen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen beinhalten, die bestimmte Aufgaben erfüllen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es einem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf Daten zu initiieren, die in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten empfangen wurden. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien gespeichert werden, wie CD-ROM, Magnetplatte, Blasenspeicher und Halbleiterspeicher (z.B. verschiedene Arten von RAM oder ROM).
  • Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Verbraucherelektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen praktiziert werden, in denen Aufgaben von residenten und entfernten Verarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können sich die Programmmodule sowohl auf lokalen als auch auf entfernten Computerspeichermedien einschließlich Speichergeräten befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination derselben, in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem umgesetzt werden.
  • Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung beinhalten: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert werden, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie beispielsweise einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer digitalen vielseitigen Festplatte (DVD) oder anderen Speichervorrichtungen. Der gesamte Algorithmus, die Steuerungslogik, das Protokoll oder Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einer anderen Vorrichtung als einer Steuerung ausgeführt und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware auf verfügbare Weise verkörpert werden (z.B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen mit Bezug auf die hierin dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können alternativ viele andere Methoden zur Implementierung der exemplarischen maschinenlesbaren Anweisungen verwendet werden.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsformen ausführlich beschrieben; die Fachleute werden jedoch erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung beschränkt sich nicht auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; alle Änderungen, Anpassungen und Abweichungen, die sich aus den vorstehenden Beschreibungen ergeben, sind im Rahmen der Offenbarung im Sinne der beigefügten Ansprüche. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Subkombinationen der vorhergehenden Elemente und Merkmale.

Claims (10)

  1. Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mehrere Räder, eine elektrische Maschine, die betreibbar ist, um mindestens eines der Räder anzutreiben, um dadurch das Kraftfahrzeug voranzutreiben, erste und zweite Traktionsbatteriepakete, die betreibbar sind, um die elektrische Maschine zu betreiben, und eine Fahrzeugsteuerung, die die elektrische Maschine und die Batteriepakete steuert, beinhaltet, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Key-Off-Befehlssignals, über die Fahrzeugsteuerung, um das Kraftfahrzeug in einen Key-Off-Zustand zu versetzen; Bestimmen, über die Fahrzeugsteuerung, ob eine Eigenschaftsdifferenz zwischen einer ersten elektrischen Eigenschaft des ersten Traktionsbatteriepakets und einer zweiten elektrischen Eigenschaft des zweiten Traktionsbatteriepakets größer ist als ein kalibrierter Eigenschaftsdifferenzschwellenwert; Bestimmen, über die Fahrzeugsteuerung, ob eine Kapazitätsdifferenz zwischen einer ersten Batteriepaketkapazität des ersten Traktionsbatteriepakets und einer zweiten Batteriepaketkapazität des zweiten Traktionsbatteriepakets größer als ein kalibrierter Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist; und als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz nicht größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und die Kapazitätsdifferenz größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist, Einschalten der Fahrzeugsteuerung und Übertragen eines Paketausgleichsbefehlssignals, über die Fahrzeugsteuerung, wodurch die Kapazitätsdifferenz auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert sinkt.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Paketausgleichsbefehlssignal: bewirkt, dass eine Zusatzlast auf das erste oder zweite Traktionsbatteriepaket aufgebracht wird; bewirkt, dass ein Ladestrom auf das erste oder zweite Traktionsbatteriepaket aufgebracht wird; und/oder bewirkt, dass das erste und zweite Traktionsbatteriepaket elektrisch parallel geschaltet werden.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen, ob eine Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Paketspannung des ersten Traktionsbatteriepakets und einer zweiten Paketspannung des zweiten Traktionsbatteriepakets kleiner als ein kalibrierter Spannungsschwellenwert ist, wobei das Paketausgleichsbefehlssignal bewirkt, dass die ersten und zweiten Traktionsbatteriepakete elektrisch parallel geschaltet werden, wenn die Spannungsdifferenz kleiner als der kalibrierte Spannungsschwellenwert ist.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen, ob die erste Batteriepaketkapazität größer als die zweite Batteriepaketkapazität ist, wobei das Paketausgleichsbefehlssignal bewirkt, dass die Zusatzlast auf das erste Traktionsbatteriepaket aufgebracht wird, wenn die erste Batteriepaketkapazität größer als die zweite Batteriepaketkapazität ist.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Bestimmen, ob die erste Batteriepaketkapazität größer als die zweite Batteriepaketkapazität ist; und Bestimmen, ob das Kraftfahrzeug funktional mit einer Elektrofahrzeugladestation (EVCS) verbunden ist, wobei das Paketausgleichsbefehlssignal bewirkt, dass der Ladestrom an das zweite Traktionsbatteriepaket angelegt wird, wenn die erste Batteriepaketkapazität größer als die zweite Batteriepaketkapazität ist und das Kraftfahrzeug funktional mit dem EVCS verbunden ist.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen, über eine interne Highspeed-Uhr der Fahrzeugsteuerung, ob eine kalibrierte Schlafperiode verstrichen ist, seit das Kraftfahrzeug in den Key-Off-Zustand versetzt wurde, und als Reaktion auf das Verstreichen der kalibrierten Schlafperiode, vorübergehendes Aufwecken der Fahrzeugsteuerung, um zu bestimmen, ob die Eigenschaftsdifferenz größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ist und ob die Kapazitätsdifferenz größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz, die nicht größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert und die Kapazitätsdifferenz nicht größer als der kalibrierte Kapazitätsdifferenzschwellenwert ist, das Erhöhen der kalibrierten Schlafdauer.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Eigenschaftsdifferenz zwischen den ersten und zweiten elektrischen Eigenschaften größer als der kalibrierte Eigenschaftsdifferenzschwellenwert ist, das Verringern der kalibrierten Schlafdauer.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Bestimmen, ob die verminderte kalibrierte Schlafdauer kleiner als ein paketkalibriertes Schlafminimum ist; und als Reaktion darauf, dass die verminderte kalibrierte Schlafdauer kleiner als ein paketkalibriertes Schlafminimum ist, Übertragen eines Serviceanforderungssignals an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen einer Paketausgleichszeit, um die Kapazitätsdifferenz zwischen der ersten und zweiten Batteriepaketkapazität auf unter den kalibrierten Kapazitätsdifferenzschwellenwert zu reduzieren; Bestimmen, ob eines von mehreren vorhergesagten Fahrereignissen vor Ablauf der Paketausgleichszeit erwartet wird; und als Reaktion auf eine Bestimmung, dass eines der vorhergesagten Fahrereignisse voraussichtlich vor Ablauf der Paketausgleichszeit eintritt, Reduzieren einer kalibrierten Schlafdauer, ausreichend um sicherzustellen, dass das Paketausgleichsverfahren vor dem vorhergesagten Fahrereignis abgeschlossen werden kann.
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