DE102020102806A1 - Modulare, dynamisch zugeordnete kapazitätsspeichersysteme, die als entsprechende batterien mit jeweils mehreren quellanschlüssen ausgeführt sind - Google Patents

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Suresh Gopalakrishnan
Chandra S. Namuduri
Lyall K. Winger
Dave G. Rich
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Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Ein modulares, dynamisch zugeordnetes Kapazitätsspeichersystem (MODACS) ist vorgesehen und beinhaltet ein Gehäuse und ein Steuermodul. Das Gehäuse beinhaltet Quell-Klemmen, Schalter, Zellen und Sensormodul. Die Quellanschlüsse liefern Strom mit einem ersten Spannungspotential an eine erste Vielzahl von Lasten und Strom mit einem zweiten Spannungspotential an eine zweite Vielzahl von Lasten. Die Zellen sind eingerichtet, um jede der Quell-Klemmen basierend auf den Zuständen der Schalter mit Strom zu versorgen. Die Sensormodule sind eingerichtet, um Parameter jeder der Zellen zu bestimmen und entsprechende Statussignale zu erzeugen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um ein Leistungsanforderungssignal zu empfangen, und basierend auf dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern jeder der Zellen eine verbundene Konfiguration für die Zellen relativ zueinander und die Vielzahl von Quellanschlüssen und Sollzuständen der Schalter gemäß der verbundenen Konfiguration zu bestimmen.

Description

  • EINFÜHRUNG
  • Die in diesem Abschnitt enthaltenen Informationen dienen dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Werke der derzeit genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht als Stand der Technik gelten können, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuge und insbesondere auf Batteriesysteme von Fahrzeugen.
  • Traditionelle Fahrzeuge beinhalten einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsmoment erzeugt. Hybridfahrzeuge können sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen oder mehrere Elektromotoren für den Antrieb beinhalten. Die einen oder mehreren Elektromotoren werden zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eingesetzt. Der Elektromotor und der Verbrennungsmotor können in Kombination verwendet werden, um ein höheres Drehmoment zu erreichen, als nur die Verbrennung.
  • Beispielhafte Arten von Hybridfahrzeugen sind Parallelhybridfahrzeuge und Serienhybridfahrzeuge. In einem parallelen Hybridfahrzeug kann ein Elektromotor parallel zu einem Motor arbeiten, um Leistungs- und Reichweitenvorteile des Motors mit Effizienz und regenerativen Bremsvorteilen des Elektromotors zu kombinieren. In einem Serienhybridfahrzeug treibt ein Motor einen Generator an, um Strom für einen Elektromotor zu erzeugen, der ein Getriebe antreibt. Dies ermöglicht es dem Elektromotor, einen Teil der Leistungsverantwortung des Motors zu übernehmen, was wiederum den Einsatz eines kleineren, kraftstoffsparenden Motors ermöglicht.
  • BESCHREIBUNG
  • Ein modulares, dynamisch zugeordnetes Kapazitätsspeichersystem (MODACS) ist vorgesehen und beinhaltet ein Gehäuse und ein erstes Steuermodul. Das Gehäuse beinhaltet Quell-Klemmen, Schalter, Zellen und Sensormodul. Die Quell-Klemmen liefern Strom mit einem ersten Spannungspotential an erste Verbraucher und Strom mit einem zweiten Spannungspotential an zweite Verbraucher. Die Zellen sind eingerichtet, um jede der Quell-Klemmen basierend auf den Zuständen der Schalter mit Strom zu versorgen. Die Sensormodule sind eingerichtet, um Parameter jeder der Zellen zu bestimmen und entsprechende Statussignale zu erzeugen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um ein Leistungsanforderungssignal zu empfangen, und basierend auf dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern jeder der Zellen, (i) eine verbundene Konfiguration für die Zellen relativ zueinander und die Quellanschlüsse zu bestimmen, und (ii) Schaltzustände der Schalter entsprechend der verbundenen Konfiguration einzustellen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Zellen in Paketen zu verbinden, wobei jedes der Pakete eine oder mehrere der Zellen beinhaltet. Mindestens eines der ersten Steuermodule oder die Sensormodule ist eingerichtet, um paketspezifische Parameter zu bestimmen, die jedem der Pakete entsprechen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um die verbundene Konfiguration basierend auf den paketspezifischen Parametern jedes der Pakete zu bestimmen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Zellen in Paketen zu verbinden und die Pakete in Gruppen zu verbinden, wobei: jedes der Pakete eine oder mehrere der Zellen beinhaltet; und jede der Gruppen ein oder mehrere der Pakete beinhaltet. Mindestens eines der ersten Steuermodule oder die Sensormodule ist eingerichtet, um gruppenspezifische Parameter jeder der Gruppen zu bestimmen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um die verbundene Konfiguration basierend auf den gruppenspezifischen Parametern jeder der Gruppen zu bestimmen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Zellen in Paketen zu verbinden, die Pakete in Gruppen zu verbinden und die Gruppen zu verbinden, um eine Gesamtschaltung zu bilden. Jedes der Pakete enthält eine oder mehrere der Zellen. Jede der Gruppen beinhaltet ein oder mehrere der Pakete. Mindestens eines der ersten Steuermodule oder die Sensormodule ist eingerichtet, um spezifische Parameter für die Gesamtschaltung zu bestimmen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um die verbundene Konfiguration basierend auf den für die Gesamtschaltung spezifischen Parametern zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: Spannungen, Temperaturen, Strompegel und Ladezustand jeder der Zellen zu bestimmen; und basierend auf den Spannungen, Temperaturen, Strompegeln und Ladezuständen die verbundene Konfiguration zu bestimmen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: die Zellen in Paketen zu verbinden, wobei jedes der Pakete eine oder mehrere der Zellen beinhaltet; Spannungen, Temperaturen, Stromwerte und Ladezustände zu bestimmen, die paketspezifische Parameter jedes der Pakete sind; und die verbundene Konfiguration basierend auf den paketspezifischen Parametern zu bestimmen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Zellen in Paketen zu verbinden und die Pakete in Gruppen zu verbinden, wobei: jedes der Pakete eine oder mehrere der Zellen beinhaltet; und jede der Gruppen ein oder mehrere der Pakete beinhaltet. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um: Spannungen, Temperaturen, Stromwerte und Ladezustände zu bestimmen, die gruppenspezifische Parameter jeder der Gruppen sind; und die verbundene Konfiguration basierend auf den gruppenspezifischen Parametern zu bestimmen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: mindestens einen von Ladezuständen, Gesundheitszuständen oder Funktionszuständen für jede der Zellen, jede von mehreren Paketen, jede von mehreren Gruppen und eine Gesamtschaltung der Gruppen zu bestimmen. Jedes der Pakete enthält eine oder mehrere der Zellen. Jede der Gruppen beinhaltet ein oder mehrere der Pakete. Die Gesamtschaltung beinhaltet die Gruppen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um die verbundene Konfiguration basierend auf dem mindestens einen der Ladezustände, den Zustandszuständen oder den Funktionszuständen zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die verbundene Konfiguration zu bestimmen, um die Leistungspegel und Strompegel an jedem der Quell-Terminals zu maximieren, während die Anforderungen an jedes der Quell-Terminals erfüllt werden und mindestens eine der vorgegebenen Spannungen, vorgegebenen thermischen Grenzen, vorgegebenen Ladezustandsgrenzen, vorgegebenen Zustandsgrenzen, vorgegebenen Zustandsgrenzen oder vorgegebenen Zustands der Funktionsgrenzen nicht überschritten wird.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um Spannungen, Temperaturen und Stromstärken der Zellen, Pakete, Gruppen und einer Gesamtschaltung zu bestimmen. Jedes der Pakete enthält eine oder mehrere der Zellen. Jede der Gruppen beinhaltet ein oder mehrere der Pakete. Die Gesamtschaltung beinhaltet die Gruppen. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um: momentane Leistungs- und Strombegrenzungen, kurzfristige Leistungs- und Strombegrenzungen sowie Leistungs- und Strombegrenzungen für mindestens eine der Zellen, die Pakete, die Gruppen oder die gesamte Schaltung zu bestimmen; und die verbundene Konfiguration basierend auf den momentanen Leistungs- und Strombegrenzungen, kurzfristigen Leistungs- und Strombegrenzungen sowie Leistungs- und Strombegrenzungen für eine längere Periode zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen beinhalten die momentanen Leistungs- und Strombegrenzungen, die kurzfristigen Leistungs- und Strombegrenzungen sowie die Leistungs- und Strombegrenzungen über einen längeren Zeitraum Ladegrenzen oder Entladegrenzen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: in mehreren Modi zu arbeiten, einschließlich eines regenerativen Modus, eines Boost-Modus und eines Autostart-Modus; einen der Modi basierend auf dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern auszuwählen; und die verbundene Konfiguration basierend auf dem ausgewählten der Modi, dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern zu bestimmen.
  • Bei anderen Merkmalen ist die verbundene Konfiguration für jeden der Modi unterschiedlich.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Zellen selektiv seriell zu verbinden, um mehrere Serien von Zellblöcken zu bilden. Jeder der Zellblöcke beinhaltet eine oder mehrere Zellen. Jede der Serien von Zellblöcken beinhaltet zwei oder mehr Zellblöcke.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um die Reihe der Zellblöcke parallel zu schalten.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul am Gehäuse angebracht oder in diesem implementiert und steht in Verbindung mit einem Fahrzeugsteuermodul. Das Fahrzeugsteuermodul befindet sich außerhalb und entfernt vom MODACS.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um jede der Zellen in einer oder mehreren von mehreren Gruppen zu verbinden; und die Gruppen parallel zu verbinden, um einen der Quellanschlüsse mit Strom zu versorgen.
  • In weiteren Merkmalen beinhalten die Quell-Klemmen eine erste Quell-Klemme und eine zweite Quell-Klemme. Das erste Steuermodul ist eingerichtet, um die ersten Zellen zur Stromversorgung der ersten Quell-Klemme und die zweiten Zellen zur Stromversorgung der zweiten Quell-Klemme zu verbinden.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um einige der ersten der Zellen zu verbinden, um sowohl das erste Quell-Terminal als auch das zweite Quell-Terminal mit Strom zu versorgen.
  • In weiteren Merkmalen beinhalten die Quell-Klemmen ein drittes Quell-Terminal; und das erste Steuermodul ist eingerichtet, um dritte der Zellen auszuwählen, um die Stromversorgung des dritten Quell-Terminal zu gewährleisten.
    In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um einige der ersten der Zellen anzuschließen, um sowohl die erste Quell-Klemme als auch die zweite Quell-Klemme mit Strom zu versorgen, und andere der ersten der Zellen anzuschließen, um die erste Quell-Klemme, die zweite Quell-Klemme und die dritte Quell-Klemme mit Strom zu versorgen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: Spannungen, Temperaturen und aktuelle Niveaus von Zellsätzen zu bestimmen, wobei jeder der Sätze eine oder mehrere Zellen beinhaltet; momentane Leistungs- und Stromgrenzen, kurzfristige Leistungs- und Stromgrenzen sowie kontinuierliche Leistungs- und Stromgrenzen jedes der Zellsätze zu bestimmen; und selektiv die einzelnen Zellsätze mit einem oder mehreren der Quellanschlüsse basierend auf den Spannungen, Temperaturen, Stromniveaus, momentanen Leistungs- und Stromgrenzen, kurzfristigen Leistungs- und Stromgrenzen sowie kontinuierlichen Leistungs- und Stromgrenzen zu verbinden.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: die Zellen in Gruppen zu verbinden; einen Ladezustand jeder der Gruppen zu bestimmen; Unterschiede zwischen den Ladezuständen der Gruppen zu bestimmen; und basierend auf den Unterschieden ausgewählte der Gruppen parallel zu verbinden.
  • Bei weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul so eingerichtet, dass, wenn eine der Differenzen größer als ein vorgegebener Bereich ist, die entsprechenden beiden Gruppen nicht parallel geschaltet werden.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: die Zellen in Gruppen zu verbinden; einen Ladezustand jeder der Gruppen zu bestimmen; und für einen Entladestromnachfrage, basierend auf den Ladezuständen der Gruppen, eine Anzahl der Gruppen zu bestimmen, die parallel verbunden werden sollen, und eine der Gruppen mit den höchsten Ladezuständen auszuwählen, um parallel verbunden zu werden, um eine Parallelschaltung zu bilden, ohne die anderen der Gruppen mit der Parallelschaltung zu verbinden.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: die Zellen in Gruppen zu verbinden; einen Ladezustand jeder der Gruppen zu bestimmen; und für einen Ladestrombedarf, basierend auf den Ladezuständen der Gruppen, eine Anzahl der Gruppen zu bestimmen, die parallel verbunden werden sollen, und eine der Gruppen mit den niedrigsten Ladezuständen auszuwählen, um parallel verbunden zu werden, um eine Parallelschaltung zu bilden, ohne die anderen der Gruppen mit der Parallelschaltung zu verbinden.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: periodisch die Leistungs- und Strombegrenzungen mindestens einer der Zellen, die Pakete der Zellen in den Zellen, die Gruppen der Pakete oder eine Gesamtschaltung der Gruppen zu aktualisieren; und basierend auf den aktualisierten Leistungs- und Strombegrenzungen die Zellen in Gruppen neu zu konfigurieren, um die Lade- und Entladungsanforderungen für jedes der Quellgeräte zu erfüllen.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: Prioritätsstufen der Quell-Terminals zu bestimmen; die Zellen in Gruppen basierend auf den Prioritätsstufen zu verbinden; Ladezustände der Gruppen zu bestimmen; basierend auf den Ladezuständen eine Anzahl der Gruppen zu bestimmen, die parallel verbunden werden sollen, um hochpriore Sicherheitslasten zu erfüllen; und die Anzahl der Gruppen mit den höchsten Ladezuständen parallel zu verbinden, um die hochprioren Sicherheitslasten zu erfüllen.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: zu bestimmen, ob der 12V-Lastbedarf kleiner als ein vorgegebener Betrag ist; und wenn der 12V-Lastbedarf kleiner als der vorgegebene Betrag ist, die Zellen in Gruppen zu verbinden und die Gruppen parallel zu verbinden, um die Leistung an einem der Quellanschlüsse zu maximieren. Die eine der Quell-Klemmen ist eine 48V Quell-Klemme.
  • In anderen Merkmalen ist ein letzter Block der Zellen in jeder Zeile oder Spalte der Zellen parallel, um den 12V-Lastbedarf zu decken.
  • In anderen Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um: Prioritätsstufen der Quell-Terminals zu bestimmen; die Zellen in Gruppen basierend auf den Prioritätsstufen zu verbinden; Ladezustände der Gruppen zu bestimmen; basierend auf den Ladezuständen eine Anzahl der Gruppen zu bestimmen, die parallel verbunden werden sollen, um 48V-Lasten zu erfüllen; und die Anzahl der Gruppen mit den niedrigsten Ladezuständen parallel zu verbinden, um die 48V-Lasten zu erfüllen.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Steuermodul eingerichtet, um Zustände der Zellen und Steuerzustände der Schalter zu überwachen, um zu verhindern, dass mindestens einer der Ladezustände, Spannungen oder Temperaturen der Zellen außerhalb eines oder mehrerer vorgegebener Bereiche liegt.
  • In weiteren Merkmalen ist ein MODACS vorgesehen, das ein Gehäuse und ein Steuermodul beinhaltet. Das Gehäuse beinhaltet: Quellanschlüsse, die Leistung bei einem ersten Spannungspotential an erste Verbraucher über eine erste Quell-Klemme und Leistung bei einem zweiten Spannungspotential an zweite Verbraucher über eine zweite Quell-Klemme liefern; Schalter; Zellen, die eingerichtet sind, um jedem der Quellanschlüsse basierend auf Zuständen der Schalter Energie zuzuführen; und Sensormodule, die eingerichtet sind, um einen oder mehrere Parameter zu bestimmen, die jeder der Zellen entsprechen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um ein Ladungsanforderungssignal zu empfangen, und basierend auf dem Ladungsanforderungssignal und einem oder mehreren Parametern, (i) eine Anzahl von Zellgruppen zu bestimmen, die parallel geschaltet werden sollen, um regenerative Energie zu empfangen, (ii) regenerative Lastanforderungen für das zweite Quell-Terminal zu erfüllen, bevor regenerative Lastanforderungen für das erste Quell-Terminal erfüllt werden, und (iii) eine oder mehrere Gruppen der Zellen mit den niedrigsten Ladezuständen für das erste Quell-Terminal zu verwenden und andere Zellgruppen zu laden. Die anderen Gruppen beinhalten die Anzahl der Zellgruppen und nicht die eine oder die mehreren Gruppen.
  • In weiteren Merkmalen ist ein MODACS vorgesehen, das ein Gehäuse und ein Steuermodul beinhaltet. Das Gehäuse beinhaltet: Quellanschlüsse, die Leistung bei einem ersten Spannungspotential an erste Verbraucher über eine erste Quell-Klemme und Leistung bei einem zweiten Spannungspotential an zweite Verbraucher über eine zweite Quell-Klemme liefern; Schalter; Zellen, die eingerichtet sind, um jedem der Quellanschlüsse basierend auf Zuständen der Schalter Energie zuzuführen; und Sensormodule, die eingerichtet sind, um einen oder mehrere Parameter zu bestimmen, die jeder der Zellen entsprechen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um ein Entladungsanforderungssignal zu empfangen, und basierend auf dem Entladungsanforderungssignal und einem oder mehreren Parametern, (i) eine Anzahl von Zellgruppen zu bestimmen, die parallel zur Entladungsleistung angeschlossen werden sollen, (ii) Lastanforderungen für das zweite Quell-Terminal zu erfüllen, bevor die Lastanforderungen für das erste Quell-Terminal erfüllt werden, und (iii) eine oder mehrere Gruppen der Zellen mit den höchsten Ladezuständen für das erste Quell-Terminal zu verwenden und andere Zellgruppen zu entladen. Die anderen Gruppen beinhalten die Anzahl der Zellgruppen und nicht die eine oder die mehreren Gruppen.
  • In weiteren Merkmalen ist ein MODACS vorgesehen, das ein Gehäuse und ein Steuermodul beinhaltet. Das Gehäuse beinhaltet Quell-Klemmen, Schalter, Zellen und Sensormodule. Die Quell-Klemmen liefern über eine erste Quell-Klemme Strom mit einem ersten Spannungspotential an erste Verbraucher und über eine zweite Quell-Klemme Strom mit einem zweiten Spannungspotential an zweite Verbraucher. Die Zellen sind eingerichtet, um jede der Quell-Klemmen basierend auf den Zuständen der Schalter mit Strom zu versorgen. Die Sensormodule sind eingerichtet, um einen oder mehrere Parameter zu bestimmen, die jeder der Zellen entsprechen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um (i) zu bestimmen, ob ein vorgegebener Anlassertyp zum Starten eines Motors verwendet wird, und (ii) basierend auf einem oder mehreren Parametern und ob der vorgegebene Anlassertyp verwendet wird, (a) Pakete der Zellen parallel zu verbinden, um die Stromfähigkeit für das zweite Quell-Terminal zu maximieren, oder (b) mehrere Reihen von Blöcken der Zellen parallel zu verbinden, um einen maximalen Startstrom für das erste Quell-Terminal bereitzustellen.
  • Das Steuermodul ist eingerichtet, um: Ladezustände, Spannungen und Temperaturgrenzen jeder der Zellen zu bestimmen; zu bestimmen, welcher der mehreren Reihen von Blöcken oder der Pakete parallel geschaltet werden soll, um befohlene Leistung und Strom für einen Autostart bereitzustellen; eine verbundene Konfiguration der Schalter zu bestimmen, um die befohlene Leistung und den befohlenen Strom basierend auf einem oder mehreren der mehreren Reihen von Blöcken oder den parallel zu schaltenden Paketen bereitzustellen, um befohlene Leistung und Strom bereitzustellen; und um Zustände der Schalter einzustellen, die in der verbundenen Konfiguration angeordnet sein sollen, um die befohlene Leistung und den befohlenen Strom bereitzustellen.
  • In weiteren Merkmalen ist ein MODACS vorgesehen, das ein Gehäuse und ein Steuermodul beinhaltet. Das Gehäuse beinhaltet Quell-Klemmen, die über eine erste Quell-Klemme Strom mit einem ersten Spannungspotential an erste Verbraucher und über eine zweite Quell-Klemme Strom mit einem zweiten Spannungspotential an zweite Verbraucher liefern. Die Zellen sind eingerichtet, um jede der Quell-Klemmen basierend auf den Zuständen der Schalter mit Strom zu versorgen. Die Sensormodule sind eingerichtet, um einen oder mehrere Parameter zu bestimmen, die jeder der Zellen entsprechen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um einen Algorithmus zum Steuern der Kapazitätszuweisung für die Quell-Terminals basierend auf den Parametern und mindestens einem von: einem Fahrzeugbetriebszustand; Zuständen von Leistungsschienen der Quell-Terminals; einer Menge an Laststrom; einer Leistungsschienenhaltezeit; einer Menge an Energie, die den Lasten zugeführt wird; Kapazitätsänderungsraten für jedes der Quell-Terminals; Prioritätsstufen von Leistungsbereichen; oder Mindestkapazitätsanforderungen für eines oder mehrere der Quell-Terminals auszuführen.
  • In weiteren Merkmalen ist das Steuermodul eingerichtet, um die Kapazitätszuweisung über ein entsprechendes Spannungsregelungsfenster für jedes der Quell-Klemmen zu steuern.
  • In weiteren Merkmalen ist das Steuermodul eingerichtet, um die Kapazitätszuweisung für die Quell-Terminals basierend auf: dem Fahrzeugbetriebszustand; den Zuständen der Leistungsschienen der Quell-Terminals; der Höhe des Laststroms; der Überbrückungszeit der Leistungsschiene; der Menge der den Verbrauchern zugeführten Energie; den Kapazitätsänderungsraten für jedes der Quell-Terminals; den Prioritätsstufen der Leistungsbereiche; und den Mindestkapazitätsanforderungen für eines oder mehrere der Quell-Terminals zu steuern.
  • Bei weiteren Merkmalen ist das Steuermodul eingerichtet, um einen Fehler zu erkennen, der einer der Quell-Klemmen entspricht, und die eine der Quell-Klemmen auszuschalten, bis kein Unterspannungs- und Überspannungszustand für die eine der Quell-Klemmen vorliegt.
  • In weiteren Merkmalen ist das Steuermodul eingerichtet, um einen Fehler zu erkennen, der einem Generator entspricht, Lastprioritäten für die Fehlereinstellungen des Generators festzulegen und minimale Blockzuordnungen für eine der Quell-Klemmen zu zweiten Fehlereinstellungen des Generators festzulegen.
  • In weiteren Merkmalen ist ein MODACS vorgesehen, das ein Gehäuse und ein Steuermodul beinhaltet. Das Gehäuse beinhaltet Quell-Klemmen, Zellen und Schaltergruppen. Die Quell-Klemmen beinhalten eine erste Quell-Klemme, eine zweite Quell-Klemme und eine dritte Quell-Klemme. Eine voreingestellte Spannung der ersten Quell-Klemme unterscheidet sich von den voreingestellten Spannungen der zweiten Quell-Klemme und der dritten Quell-Klemme. Jeder der Schaltersätze beinhaltet mindestens vier Schalter und verbindet eine der Zellen mit dem ersten Quellanschluss, dem zweiten Quellanschluss und dem dritten Quellanschluss. Das Steuermodul ist eingerichtet, um: eine verbundene Konfiguration der Zellen in Bezug auf die Quell-Klemmen zu bestimmen, einschließlich des Bestimmens, welche der Zellen mit jedem der ersten Quell-Klemmen, dem zweiten Quell-Klemmen und dem dritten Quell-Klemmen verbunden werden sollen; und der Steuerzustände der Schaltergruppen gemäß der verbundenen Konfiguration.
  • In anderen Merkmalen beinhaltet jeder der Schalter-Sets nur vier Schalter.
  • In weiteren Merkmalen beinhaltet das Gehäuse Sensormodule, die eingerichtet sind, um Parameter der Zellen zu bestimmen. Das Steuermodul ist eingerichtet, um anhand der Parameter die verbundene Konfiguration zu bestimmen.
  • Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die konkreten Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird durch die detaillierte Beschreibung und die zugehörigen Figuren besser verstanden, wobei:
    • 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Fahrzeugsteuerungssystems mit einem modularen, dynamisch zugeordneten Kapazitätsspeichersystem (MODACS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 3A-3B sind ein Schaltplan mit einer exemplarischen Implementierung eines MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 ist ein Funktionsblockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Fahrzeugsteuerungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen MODACS, das mit einem 12V-Starter und einer Startergeneratoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
    • 7 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen MODACS, das mit einem 48V-Starter und einer Startergeneratoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
    • 8 ist ein Funktionsblockdiagramm einer exemplarischen MODACS-Überwachungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 9 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Batterieüberwachungs- (oder Managementsystem)-Moduls (BMS) für ein Batteriepaket gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 10 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen BMS-Moduls für eine Gruppe von Batteriepakets gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 11 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen BMS-Moduls für ein Gesamt-MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 12 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zur Rekonfiguration eines MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 13 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Regenerations-/Lademodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 14 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Lade-/Entlademodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 15 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Autostart-Modus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 16 ist ein Beispiel für ein Zustandsdiagramm, das die Kapazitätsumverteilung für ein MODACS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 17 ist ein Schaltplan einer exemplarischen MODACS-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 18 ist ein schematischer Aufbau einer exemplarischen Schaltersteuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • In den Figuren können Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher und/oder identischer Elemente wiederverwendet werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Mehrere MODACS und entsprechende Betriebsmethoden werden hierin offengelegt. Ein MODACS kann als Einzelbatterie mit einem entsprechenden Gehäuse mit einem negativen (oder erdbezogenen) Pol und mehreren Quell-Klemmen implementiert werden. Jede der Quell-Klemmen eines MODACS kann eine voreingestellte Gleichstrom-(DC)-Spannung (z.B. 12 Volt (V) oder 48V) aufweisen und kann während des Ladevorgangs Strom liefern (oder entladen) oder Strom empfangen. Als Beispiel können die MODACS eine einzelne 48V Quell-Klemme, eine erste 12V Quell-Klemme und eine zweite 12V Quell-Klemme beinhalten.
  • Ein MODACS beinhaltet mehrere Batteriezellen (nachfolgend als Zellen bezeichnet) und ein MODACS-Steuerungsmodul. Das MODACS-Steuermodul kann an das Gehäuse des MODACS angeschlossen, in dieses eingebaut oder extern angeschlossen werden. Das MODACS-Steuermodul kann ganz oder teilweise am Gehäuse oder an einem entfernten Ort eingesetzt werden. Als Beispiel kann das MODACS-Steuermodul als Steuermodul innerhalb eines Fahrzeugs und/oder als Teil eines Fahrzeugsteuermoduls implementiert werden.
  • Das Gehäuse kann Schalter und Batterieüberwachungs- (oder Management-) Module (BMSs) beinhalten. Die Schalter und GLTs können getrennt von den Zellen angeschlossen und/oder implementiert werden. Das MODACS-Steuermodul steuert die Betriebszustände der Schalter, um ausgewählte Zellen mit den Quell-Klemmen zu verbinden, basierend auf Informationen der GLTs. Eine beliebige Anzahl von Zellen kann ausgewählt und an jede der Quell-Klemmen angeschlossen werden. An jede der Quell-Klemmen können jederzeit dieselben oder verschiedene Zellen angeschlossen werden. Wie im Folgenden näher beschrieben, können die Zellen in Reihe und/oder parallel, in verschiedenen verbundenen Konfigurationen und in Blöcken, Paketen und/oder Gruppen angeordnet sein. Jeder Block kann eine oder mehrere Zellen beinhalten, die in Reihe und/oder parallel geschaltet werden können. Jedes Paket kann einen oder mehrere Blöcke beinhalten, die in Reihe und/oder parallel geschaltet werden können. Jede Gruppe kann ein oder mehrere Pakete beinhalten, die in Reihe und/oder parallel geschaltet werden können. Die Gruppen können in Reihe und/oder parallel geschaltet werden. Jede der GLTs kann einer oder mehreren Zellen, einem oder mehreren Blöcken, einem oder mehreren Paketen und/oder einer oder mehreren Gruppen zugeordnet werden und entsprechende Parameter wie Spannungen, Temperaturen, Strompegel, SOXs, momentane Leistungs- und/oder Stromgrenzwerte, kurzfristige Leistungs- und/oder Stromgrenzwerte und/oder Dauerleistungs- und/oder Stromgrenzwerte überwachen.
  • Das Akronym „SOX“ bezieht sich auf einen Ladezustand (SOC), einen Gesundheitszustand (SOH) und/oder einen Funktionszustand (SOF). Der SOC einer Zelle kann sich auf die Spannung, den Strom und/oder die Menge der in der Zelle gespeicherten verfügbaren Leistung beziehen. Die SOH einer Zelle kann sich beziehen auf: das Alter (oder die Betriebsstunden); ob ein Kurzschluss vorliegt; Temperaturen, Spannungen und/oder Stromwerte, die der Zelle unter bestimmten Betriebsbedingungen zugeführt oder aus ihr bezogen werden; und/oder andere Parameter, die den Zustand der Zelle beschreiben. Die SOF einer Zelle kann sich auf ein aktuelles Temperatur-, Spannungs- und/oder Stromniveau beziehen, das der Zelle zugeführt oder aus ihr bezogen wird, und/oder andere Parameter, die einen aktuellen Funktionszustand der Zelle beschreiben.
  • Die momentanen Leistungs- und Stromgrenzen können sich auf Leistungs- und Stromgrenzen für einen kurzen Zeitraum beziehen (z.B. weniger als 2 Sekunden). Kurzfristige Leistungs- und Stromgrenzen können sich auf Leistungs- und Stromgrenzen für eine mittlere Zeitspanne (z.B. 2-3 Sekunden) beziehen. Dauerleistungs- und Strombegrenzungen beziehen sich auf Leistungs- und Strombegrenzungen für einen längeren Zeitraum (z.B. Perioden größer als 3 Sekunden).
  • Ein MODACS-Steuermodul steuert die Zustände der Schalter, um die Zellen mit den Quell-Klemmen zu verbinden und gleichzeitig Soll- und/oder Sollspannungen, Ströme und Leistungskapazitäten zu erfüllen. Das MODACS-Steuermodul und/oder ein Fahrzeugsteuermodul kann die Soll- und/oder Sollspannungen, Ströme und Leistungskapazitäten einstellen, beispielsweise basierend auf einer Betriebsart. Ein MODACS kann in verschiedenen Betriebsarten arbeiten, die den Fahrzeugbetriebsarten entsprechen, wie nachfolgend beschrieben. Die MODACS-Betriebsarten können beispielsweise einen regenerativen Modus, einen Boost-Modus, einen Autostart-Modus oder andere MODACS-Lade- oder Entlademodi beinhalten. Die Fahrzeugbetriebsarten können einen Elektrofahrzeugstartmodus, einen Motorstartmodus, einen Motorassistenzmodus, einen Opportunity-Lademodus, einen Verzögerungskraftstoffabschaltmodus (DFCO), einen regenerativen Modus für Elektrofahrzeuge (z.B. einen generatorischen DFCO-Modus oder einen regenerativen Bremsmodus), einen Elektrofahrzeug-Kreuzfahrtmodus und/oder einen anderen Fahrzeugbetriebsmodus beinhalten. Jede der Fahrzeugbetriebsarten entspricht einer der MODACS-Modi. Die angegebenen Modi werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Die hierin offenbarten Implementierungen können auf vollelektrische Fahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs), hybride Elektrofahrzeuge einschließlich Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs), teil- oder vollautomatische Fahrzeuge und andere Fahrzeugtypen angewendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird nun ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Antriebsstrangsystems 100 dargestellt. Das Antriebssystem 100 eines Fahrzeugs beinhaltet einen Motor 102, der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Drehmoment zu erzeugen. Das Fahrzeug kann nicht autonom, teilautonom oder völlig autonom sein.
  • Die Luft wird über ein Ansaugsystem 108 in den Motor 102 gesaugt. Das Einlasssystem 108 kann einen Ansaugkrümmer 110 und eine Drosselklappe 112 beinhalten. So kann beispielsweise nur die Drosselklappe 112 eine Drosselklappe mit einer drehbaren Schaufel beinhalten. Ein Motor- (oder Fahrzeug-) Steuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselklappenstellgliedmodul 116, und das Drosselklappenstellgliedmodul 116 regelt das Öffnen der Drosselklappe 112, um den Luftstrom in den Ansaugkrümmer 110 zu steuern.
  • Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 beliebig viele Zylinder beinhalten kann, wird zur Veranschaulichung ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Das ECM 114 kann ein Zylinder-Stellgliedmodul 120 anweisen, unter bestimmten Umständen einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, was die Kraftstoffeffizienz verbessern kann.
  • Der Motor 102 kann mit einem Viertaktzyklus oder einem anderen geeigneten Motorzyklus betrieben werden. Die vier Hübe eines Viertaktzyklus, die im Folgenden beschrieben werden, werden als Einlasshub, Kompressionshub, Verbrennungshub und Auslasshub bezeichnet. Bei jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) treten zwei der vier Hübe innerhalb des Zylinders 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellendrehzahlen erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Hübe erfährt. Bei Viertaktmotoren kann ein Motorzyklus zwei Kurbelwellendrehzahlen entsprechen.
  • Wenn der Zylinder 118 aktiviert ist, wird während des Einlasshubs Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen, wie beispielsweise in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Ansaugkrümmer 110 eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht dargestellt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in die den Zylindern zugeordneten Mischkammern/Häfen eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in deaktivierte Zylinder stoppen.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt im Zylinder 118 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch. Während des Kompressionshubs verdichtet ein Kolben (nicht dargestellt) im Zylinder 118 das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Der Motor 102 kann ein Selbstzündungsmotor sein, wobei die Kompression die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bewirkt. Alternativ kann der Motor 102 ein Fremdzündungsmotor sein, wobei in diesem Fall ein Fremdzündungsmodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 basierend auf einem Signal des ECM 114, das das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, mit Strom versorgt. Der Motor 102 kann ein homogener HCCI-Motor (Ladungskompressionszündung) sein, der sowohl Kompressionszündung als auch Fremdzündung durchführt. Der Zeitpunkt des Funkens kann in Bezug auf die Zeit angegeben werden, zu der sich der Kolben in seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird.
  • Das Funkstellgliedmodul 126 kann durch ein Zeitsignal gesteuert werden, das angibt, wie weit vor oder nach dem OT, um den Funken zu erzeugen. Da die Kolbenposition in direktem Zusammenhang mit der Kurbelwellendrehung steht, kann der Betrieb des Zündsteuerungsmoduls 126 mit der Position der Kurbelwelle synchronisiert werden. Das Funkstellgliedmodul 126 kann die Funkenbereitstellung für deaktivierte Zylinder deaktivieren oder für deaktivierte Zylinder Funken erzeugen.
  • Während des Verbrennungshubs treibt die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches den Kolben nach unten und treibt damit die Kurbelwelle an. Der Verbrennungshub kann definiert werden als die Zeit zwischen dem Erreichen des OT-Wertes des Kolbens und der Zeit, in der der Kolben in eine der untersten Positionen zurückkehrt, die als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird. Während des Auslasshubs beginnt sich der Kolben von UT nach oben zu bewegen und treibt die Verbrennungsnebenprodukte durch ein Auslassventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgeschieden.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 und/oder die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Zylinderreihen (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ebenso können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und/oder Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Zylinderreihen (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Während die Ventilbetätigung auf Nockenwellenbasis dargestellt und diskutiert wurde, können nockenlose Ventilbetätigungen eingesetzt werden. Während getrennte Ein- und Auslassnockenwellen dargestellt sind, kann eine Nockenwelle mit Nocken für Einlass- und Auslassventil verwendet werden.
  • Das Zylinder-Stellgliedmodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem es das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert. Die Zeit, in der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben OT durch einen Einlassnockenversteller 148 verändert werden. Die Öffnungszeit des Auslassventils 130 kann in Bezug auf den Kolben OT durch einen Auslassnockenversteller 150 variiert werden. Ein Phasenantriebsmodul 158 kann den Einlassnockenversteller 148 und den Auslassnockenversteller 150 basierend auf den Signalen des ECM 114 steuern. In verschiedenen Implementierungen kann auf die Nockenverstellung verzichtet werden. Der variable Ventilhub (nicht dargestellt) kann auch durch das Phasenantriebsmodul 158 gesteuert werden. In verschiedenen anderen Implementierungen kann das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Stellglieder als eine Nockenwelle gesteuert werden, wie beispielsweise elektromechanische Stellglieder, elektrohydraulische Stellglieder, elektromagnetische Stellglieder usw.
  • Der Motor 102 kann Null, eine oder mehr als eine Verstärkungsvorrichtung beinhalten, die dem Ansaugkrümmer 110 Druckluft zuführt. 1 zeigt beispielsweise einen Turbolader mit einer Turboladerturbine 160-1, die von Abgasen angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Ein Kompressor ist eine weitere Art von Ladevorrichtung.
  • Der Turbolader beinhaltet auch einen Turboladerverdichter 160-2, der von der Turboladerturbine 1601 angetrieben wird und die- in die Drosselklappe 112 eintretende Luft verdichtet. Ein Wastegate (WG) 162 steuert den Abgasstrom durch die Turboladerturbine 160-1 und umgeht diese. Wastegates können auch als (Turbolader-)Turbinen-Bypassventile bezeichnet werden. Das Wastegate 162 kann es dem Abgas ermöglichen, die Turboladerturbine 160-1 zu umgehen, um die vom Turbolader bereitgestellte Ansaugluftverdichtung zu reduzieren. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Wastegate-Stellgliedmodul 164 steuern. Das Wastegate-Stellgliedmodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem es eine Öffnung des Wastegates 162 steuert.
  • Ein Kühler (z.B. ein Ladeluftkühler oder ein Ladeluftkühler) kann einen Teil der in der Druckluftladung enthaltenen Wärme ableiten, die beim Verdichten der Luft entstehen kann. Obwohl zur Veranschaulichung getrennt dargestellt, können die Turboladerturbine 160-1 und der Turboladerverdichter 160-2 mechanisch miteinander verbunden werden, wodurch die Ansaugluft in unmittelbarer Nähe des heißen Abgases platziert wird. Die Druckluftladung kann Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 aufnehmen.
  • Der Motor 102 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 beinhalten, das das Abgas selektiv zurück zum Ansaugkrümmer 110 leitet. Das AGR-Ventil 170 kann Abgas aus der Turboladerturbine 160-1 im Abgassystem 134 aufnehmen. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Stellgliedmodul 172 gesteuert werden.
  • Die Kurbelwellenposition kann mit einem Kurbelwellenpositionssensor 180 gemessen werden. Eine Motordrehzahl kann basierend auf der mit dem Kurbelwellenpositionssensor 180 gemessenen Kurbelwellenposition bestimmt werden. Eine Temperatur des Motorkühlmittels kann mit einem Motorkühlmitteltemperatur (ECT)-Sensor 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb des Motors 102 oder an anderen Stellen befinden, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie beispielsweise einem Kühler (nicht dargestellt).
  • Ein Druck innerhalb des Ansaugkrümmers 110 kann mit einem Absolutdrucksensor (MAP) 184 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Motorvakuum, das die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 ist, gemessen werden. Ein Massenstrom der Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann mit einem MAF-Sensor (Mass Air Flow) 186 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse befinden, das auch die Drosselklappe 112 beinhaltet.
  • Die Position der Drosselklappe 112 kann mit einem oder mehreren Drosselklappensensoren (TPS) 190 gemessen werden. Eine Temperatur der in den Motor 102 angesaugten Luft kann mit einem Einlasslufttemperatursensor (IAT) 192 gemessen werden. Ein oder mehrere andere Sensoren 193 können ebenfalls implementiert werden. Die anderen Sensoren 193 beinhalten einen Gaspedalpositionssensor (APP), einen Bremspedalpositionssensor (BPP), einen Kupplungspedalpositionssensor (CPP) (z.B. bei einem Schaltgetriebe) und können einen oder mehrere andere Sensortypen beinhalten. Ein APP-Sensor misst die Position eines Gaspedals in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs. Ein BPP-Sensor misst die Position eines Bremspedals in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs. Ein CPP-Sensor misst die Position eines Kupplungspedals in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Die anderen Sensoren 193 können auch einen oder mehrere Beschleunigungssensoren beinhalten, die die Längsbeschleunigung (z.B. längs/quer) des Fahrzeugs und die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs messen. Ein Beschleunigungssensor ist eine exemplarische Art von Beschleunigungssensor, obwohl auch andere Arten von Beschleunigungssensoren verwendet werden können. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren nutzen, um Steuerungsentscheidungen für den Motor 102 zu treffen.
  • Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um beispielsweise den Motorbetrieb mit den Schaltvorgängen in einem Getriebe 195 zu koordinieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybrid-Steuermodul 196 kommunizieren, um beispielsweise den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Während das Beispiel eines Elektromotors angeführt wird, können mehrere Elektromotoren implementiert werden. Der Elektromotor 198 kann ein Permanentmagnet-Elektromotor oder ein anderer geeigneter Elektromotortyp sein, der beim Freispinnen eine Spannung basierend auf elektromagnetischer Gegenkraft (EMF) abgibt, wie beispielsweise ein Gleichstrom-Elektromotor oder ein synchroner Elektromotor. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als Motorstellglied bezeichnet werden. Jedem Motorstellglied ist ein Stellgliedwert zugeordnet. So kann beispielsweise das Drosselklappenstellgliedmodul 116 als Motorstellglied und der Drosselöffnungsbereich als Stellgliedwert bezeichnet werden. Im Beispiel von 1 erreicht das Drosselklappenstellgliedmodul 116 den Drosselöffnungsbereich durch Einstellen eines Winkels der Schaufel der Drosselklappe 112.
  • Das Funkstellgliedmodul 126 kann auch als Motorstellglied bezeichnet werden, während der entsprechende Stellgliedwert die Menge an Funkenvorschub in Bezug auf den Zylinder-TDC sein kann. Andere Motorstellglieder können das Zylinder-Stellgliedmodul 120, das Kraftstoffstellgliedmodul 124, das Phasenantriebsmodul 158, das Wastegate-Stellgliedmodul 164 und das AGR-Stellgliedmodul 172 beinhalten. Für diese Motorstellglieder können die Stellgliedwerte einer Zylinderaktivierungs-/Deaktivierungssequenz, einer Kraftstoffmenge, Einlass- und Auslassnockenwinkel, einer Soll-Abluftöffnung und einer AGR-Ventilöffnung entsprechen.
  • Das ECM 114 kann die Stellgliedwerte steuern, um den Motor 102 basierend auf einer Drehmomentanforderung zum Abtriebsdrehmoment zu veranlassen. Das ECM 114 kann die Drehmomentanforderung beispielsweise basierend auf einem oder mehreren Treibereingaben, wie beispielsweise einem APP, einem BPP, einem CPP und/oder einem oder mehreren anderen geeigneten Treibereingaben, bestimmen. Das ECM 114 kann die Drehmomentanforderung bestimmen, beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen oder Nachschlagetabellen, die die Fahrereingaben mit den Drehmomentanforderungen in Beziehung setzen.
  • Unter bestimmten Umständen steuert das Hybrid-Steuermodul 196 den Elektromotor 198 auf das Ausgangsdrehmoment, z.B. zur Ergänzung der Motordrehzahl. Das Hybrid-Steuermodul 196 kann auch den Elektromotor 198 auf das Ausgangsdrehmoment für den Fahrzeugantrieb steuern, wenn der Motor 102 abgestellt ist.
  • Das Hybrid-Steuermodul 196 legt elektrische Energie von einem MODACS 208 auf den Elektromotor 198, um den Elektromotor 198 zu veranlassen, ein positives Drehmoment abzugeben. Der MODACS 208 wird im Folgenden näher beschrieben. Der Elektromotor 198 kann das Drehmoment beispielsweise an eine Eingangswelle des Getriebes 195, an eine Ausgangswelle des Getriebes 195 oder an eine andere Komponente abgeben. Eine Kupplung 200 kann implementiert werden, um den Elektromotor 198 mit dem Getriebe 195 zu koppeln und den Elektromotor 198 vom Getriebe 195 zu entkoppeln. Eine oder mehrere Getriebevorrichtungen können zwischen einem Ausgang des Elektromotors 198 und einem Eingang des Getriebes 195 implementiert werden, um ein oder mehrere vorbestimmte Übersetzungsverhältnisse zwischen der Drehung des Elektromotors 198 und der Drehung des Eingangs des Getriebes 195 bereitzustellen. In verschiedenen Implementierungen kann der Elektromotor 198 weggelassen werden.
  • Das ECM 114 startet den Motor 102 über einen Anlasser 202. Das ECM 114 oder ein anderes geeignetes Modul des Fahrzeugs schaltet den Anlasser 202 mit dem Motor 102 für einen Motorstart ein. So kann beispielsweise nur das ECM 114 den Anlasser 202 mit dem Motor 102 in Eingriff bringen, wenn ein Schlüssel-EIN-Befehl empfangen wird. Ein Fahrer kann einen Schlüssel-EIN-Befehl eingeben, beispielsweise durch Betätigen eines oder mehrerer Zündschlüssel, Tasten und/oder Schalter des Fahrzeugs oder eines Schlüsselanhängers des Fahrzeugs. Der Anlasser 202 kann ein mit der Kurbelwelle gekoppeltes Schwungrad oder eine oder mehrere andere geeignete Komponenten, die die Drehung der Kurbelwelle antreiben, in Eingriff bringen.
  • Das ECM 114 kann den Motor auch als Reaktion auf einen Autostartbefehl während eines Autostart-/Startereignisses oder auf einen Motorstartbefehl für ein Segelereignis starten. Zu den Ereignissen des automatischen Stopps/Starts gehört das Abstellen des Motors 102, während das Fahrzeug angehalten wird, der Fahrer das Bremspedal gedrückt hat und der Fahrer keinen Schlüssel-AUS-Befehl eingegeben hat. Ein Autostartbefehl kann erzeugt werden, während der Motor 102 für ein Autostop/Startereignis abgestellt wird, z.B. wenn ein Fahrer das Bremspedal loslässt und/oder das Gaspedal betätigt.
  • Segelereignisse können beinhalten, dass das ECM 114 den Motor 102 abstellt, während sich das Fahrzeug bewegt (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit, z.B. 50 Meilen pro Stunde), der Fahrer das Gaspedal nicht betätigt und der Fahrer keinen Schlüssel-AUS-Befehl eingegeben hat. Ein Motorstartbefehl kann erzeugt werden, während der Motor 102 für ein Segelereignis abgestellt wird, z.B. wenn ein Fahrer das Gaspedal drückt. Der Fahrer kann einen AUS-Befehl eingeben, beispielsweise durch Betätigen eines oder mehrerer Zündschlüssel, Tasten und/oder Schalter, wie vorstehend beschrieben.
  • Ein Startermotor-Stellglied, wie beispielsweise ein Magnet, kann den Startermotor 202 in Eingriff mit dem Motor 102 bringen. So kann beispielsweise nur das Startermotor-Stellglied in ein Anlasserritzel eingreifen, wobei ein Schwungrad mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungen kann das Anlasserritzel über eine Antriebswelle und eine Einwegkupplung mit dem Anlasser 202 gekoppelt werden. Ein Starter-Stellgliedmodul 204 steuert das Starter-Stellglied und den Anlasser 202 basierend auf Signalen eines Starter-Steuermoduls, wie im Folgenden näher erläutert wird. In verschiedenen Implementierungen kann der Anlasser 202 im Eingriff mit dem Motor 102 gehalten werden.
  • Als Reaktion auf einen Befehl zum Starten des Motors 102 (z.B. einen Autostartbefehl, einen Motorstartbefehl für ein Ende eines Segelereignisses oder wenn ein Tasten-Ein-Befehl empfangen wird) liefert das Starter-Stellgliedmodul 204 Strom an den Anlasser 202, um den Motor 102 zu starten. Das Starter-Stellgliedmodul 204 kann auch das Starter-Stellglied betätigen, um den Starter 202 mit dem Motor 102 in Eingriff zu bringen. Das Starter-Stellgliedmodul 204 kann den Anlasser 202 mit Strom versorgen, nachdem der Anlasser 202 mit dem Motor 102 in Eingriff gebracht wurde, um beispielsweise eine Verzahnung zu ermöglichen.
  • Die Stromzufuhr zum Anlasser 202 treibt die Drehung des Anlassers 202 an, und der Anlasser 202 treibt die Drehung der Kurbelwelle an (z.B. über das Schwungrad). Die Zeitdauer des Anlasser 202, der die Kurbelwelle antreibt, um den Motor 102 zu starten, kann als Motorstart bezeichnet werden.
  • Der Anlasser 202 bezieht Energie aus dem MODACS 208, um den Motor 102 zu starten. Sobald der Motor 102 nach dem Motorstart läuft, schaltet sich der Anlasser 202 aus oder wird vom Motor 102 getrennt, und der Stromfluss zum Anlasser 202 kann unterbrochen werden. Der Motor 102 kann als lauffähig angesehen werden, wenn beispielsweise eine Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl, wie beispielsweise eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl, überschreitet. So kann beispielsweise nur die vorgegebene Leerlaufdrehzahl etwa 700 Umdrehungen pro Minute (U/min) oder eine andere geeignete Drehzahl betragen. Das Anlassen des Motors kann als abgeschlossen angesehen werden, wenn der Motor 102 läuft.
  • Ein Generator 206 wandelt die mechanische Energie des Motors 102 in Wechselstrom (AC) um. So kann beispielsweise der Generator 206 mit der Kurbelwelle gekoppelt werden (z.B. über Zahnräder oder einen Riemen) und mechanische Energie des Motors 102 durch Aufbringen einer Last auf die Kurbelwelle in Wechselstrom umwandeln. Der Generator 206 führt die Wechselspannung in Gleichspannung um und speichert die Gleichspannung im MODACS 208. Alternativ kann ein Gleichrichter, der sich außerhalb des Generators 206 befindet, implementiert werden, um die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Der Generator 206 kann beispielsweise eine Lichtmaschine sein. In verschiedenen Implementierungen, wie z.B. bei einem Riemenwechselstromerzeuger-Starter (BAS), können der Anlasser 202 und der Generator 206 gemeinsam implementiert werden.
  • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm des MODACS 208. Der MODACS 208 kann als Einzelbatterie mit mehreren Quellenanschlüssen ausgeführt werden. Es werden drei exemplarische Quell-Klemmen 210, 214, 216 dargestellt, wobei eine beliebige Anzahl von Quell-Klemmen enthalten sein kann. Die Quell-Klemmen, die auch als positive Ausgangsklemmen bezeichnet werden können, liefern die entsprechenden Betriebsspannungen für Gleichstrom (DC). Die MODACS können nur einen negativen Pol oder einen negativen Pol für jede Quell-Klemme beinhalten. So kann beispielsweise nur der MODACS 208 eine erste positive (z.B. 48Volt (V)) Klemme 210, eine erste negative Klemme 212, eine zweite positive (z.B. eine erste 12V) Klemme 214, eine dritte positive (z.B. eine zweite 12V) Klemme 216 und eine zweite negative Klemme 220 aufweisen. Während das Beispiel des MODACS 208 mit einer Betriebsspannung von 48 V und zwei Betriebsspannungen von 12 V vorgesehen ist, kann der MODACS 208 eine oder mehrere andere Betriebsspannungen aufweisen, wie beispielsweise nur zwei Betriebsspannungen von 12 V, nur zwei Betriebsspannungen von 48 V, zwei Betriebsspannungen von 48 V und einer Betriebsspannung von 12 V oder eine Kombination von zwei oder mehr anderen geeigneten Betriebsspannungen.
  • Die MODACS 208 beinhaltet Zellen und/oder Zellenblöcke, wie beispielsweise einen ersten Block 224-1 zu einem N-ten Block 224-N („Blöcke 224“), wobei N eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist. Jeder der Blöcke 224 kann eine oder mehrere Zellen beinhalten und kann innerhalb der MODACS 208 separat austauschbar sein. So kann beispielsweise nur jeder der Blöcke 224 eine einzeln gelagerte 12V DC-Batterie sein. Die Möglichkeit, die Blöcke 224 einzeln zu ersetzen, kann es dem MODACS 208 ermöglichen, eine kürzere Garantiezeit einzubeziehen und die Garantiekosten zu senken. Die Blöcke 224 sind auch einzeln isolierbar, z.B. im Falle eines Fehlers in einem Block. In verschiedenen Implementierungen kann der MODACS 208 den Formfaktor einer 12V-Batterie in Standardqualität haben.
  • Jeder der Blöcke 224 hat seine eigene separate Kapazität (z.B. in Amperestunden, Ah). Der MODACS 208 beinhaltet Schalter, wie die ersten Schalter 232-1 bis 232-N (zusammen „Schalter 232“). Mit den Schaltern 232 können die Blöcke 224 in Reihe, parallel oder in Kombination von Reihe und parallel geschaltet werden, um die gewünschten Ausgangsspannungen und -leistungen an den Ausgangsklemmen bereitzustellen.
  • Ein MODACS-Steuermodul 240 steuert die Schalter 232, um die gewünschten Ausgangsspannungen und Kapazitäten an den Quell-Klemmen bereitzustellen. Das MODACS-Steuermodul 240 steuert die Schalter 232, um die an den Quell-Klemmen bereitgestellte Kapazität basierend auf einer aktuellen Betriebsart des Fahrzeugs zu variieren, wie im Folgenden näher erläutert.
  • Die 3A-3B zeigen ein Bordnetz 300 mit einer exemplarischen Implementierung des MODACS 208. Der MODACS 208 beinhaltet die Quell-Klemmen 210, 214, 216, die jeweiligen Leistungsschienen 301, 302, 303, ein MODACS-Steuermodul 304 und eine Leistungssteuerschaltung 305, die mit dem MODACS-Steuermodul 304 und dem Fahrzeugsteuermodul (VCM) und/oder BCM 306 verbunden werden kann. Das VCM und/oder BCM 306 kann ähnlich funktionieren wie das ECM 114 von 1, beinhalten und/oder implementiert werden. Die Leistungsschiene 303 kann eine redundante Leistungsschiene sein und/oder für andere Lasten als die Leistungsschiene 302 verwendet werden. Das MODACS-Steuermodul 304, die Leistungssteuerschaltung 305 und das VCM und/oder BCM 306 können über ein Controller Area Network (CAN), ein lokales Interconnect Network (LIN), ein serielles Netzwerk, drahtlos und/oder ein anderes geeignetes Netzwerk und/oder Interface miteinander kommunizieren. Das MODACS-Steuermodul 304 kann wie dargestellt direkt oder indirekt über den Leistungssteuerkreis 305 mit dem VCM und/oder BCM 306 kommunizieren.
  • Im Beispiel von 3A sind 4er-Sätze der Blöcke 224 (z.B. 12V-Blöcke) in Reihe (über einen der Schalter 232) mit dem ersten Pluspol 210 und dem ersten Minuspol 212 verbunden, um eine erste Ausgangsspannung (z.B. 48V) bereitzustellen. Einzelne der Blöcke 224 können (über einen der Schalter 232) mit der zweiten positiven Klemme 214 oder der dritten positiven Klemme 216 und der zweiten negativen Klemme 220 verbunden werden, um eine zweite Ausgangsspannung (z.B. 12V) an den zweiten und dritten positiven Klemmen 214 und 216 bereitzustellen. Wie viele der Blöcke 224 mit dem ersten Pluspol 210, dem zweiten Pluspol 214 und dem dritten Pluspol 216 verbunden sind, bestimmt die Anteile der Gesamtkapazität des MODACS 208, die an jedem der Pluspole verfügbar sind.
  • Wie in 3B dargestellt, arbeitet ein erster Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten mit einer der beiden oder mehreren Betriebsspannungen des MODACS 208. So kann beispielsweise der erste Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten an die zweiten und dritten Pluspole 214 und 216 angeschlossen werden. Ein Teil des ersten Satzes von elektrischen Fahrzeugkomponenten kann mit dem zweiten Pluspol 214 verbunden werden, und ein Teil des ersten Satzes von elektrischen Fahrzeugkomponenten kann mit dem dritten Pluspol 216 verbunden werden. Der erste Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten kann beispielsweise das VCM und/oder das BCM 306 und andere Steuermodule des Fahrzeugs, den Anlasser 202 und/oder andere elektrische Lasten, wie erste 12V-Lasten 307, zweite 12V-Lasten 308, andere Steuermodule 312, dritte 12V-Lasten 316 und vierte 12V-Lasten 320 beinhalten. In verschiedenen Implementierungen kann eine Schaltvorrichtung 324 sowohl an den ersten als auch an den zweiten Pluspol 214 angeschlossen werden. Die Schaltvorrichtung 324 kann die anderen Steuermodule 312 und die dritten 12V-Lasten 316 an den zweiten Pluspol 214 oder den dritten Pluspol 216 anschließen.
  • Wie in 3A dargestellt, arbeitet ein zweiter Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten mit einer weiteren der beiden oder mehreren Betriebsspannungen des MODACS 208. So kann beispielsweise der zweite Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten mit dem ersten Pluspol 210 verbunden werden. Der zweite Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten kann beispielsweise den Generator 206 und verschiedene elektrische Verbraucher, wie beispielsweise 48V-Lasten 328, beinhalten. Der Generator 206 kann gesteuert werden, um den MODACS 208 aufzuladen.
  • Jeder der Schalter 232 kann ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Feldeffekttransistor (FET), wie beispielsweise ein Metalloxid-Halbleiter-FET (MOSFET), oder ein anderer geeigneter Schaltertyp sein.
  • 4 zeigt ein Beispiel für ein anderes Fahrzeugsteuerungssystem 400, das auf die hierin offenbarten MODACS anwendbar ist. Das Fahrzeugsteuerungssystem 400 beinhaltet einen MODACS 402, ein Fahrzeugsteuerungsmodul 404, einen Verbrennungsmotor (ICE) 406, Hochspannungslasten 408 und Niederspannungslasten 410. Die Hochspannungslasten 408 können Elektromotoren, Kompressoren und/oder andere Hochspannungslasten beinhalten. Zu den Niederspannungslasten können Leuchten, Sitzheizungen, elektrische Lüfter, Audiosysteme, Videosysteme, elektrische Fenstermotoren, elektrische Türschlossmotoren, elektronische Schaltungen usw. gehören. Der MODACS 402 hat ein Gehäuse 420 und beinhaltet ein MODACS-Steuermodul 422, eine erste Quell-Klemme 424, eine zweite Quell-Klemme 426 und eine negative (oder Bezugsmasse) Klemme 428. Der MODACS 402 kann über eine beliebige Anzahl von Quell-Klemmen verfügen.
  • Der ICE 406 kann eine Wasserpumpe 430 über die Riemenscheiben 431, 432 und den Riemen 434 antreiben. Der ICE 406 kann ein Hauptzahnrad 436 antreiben, das eine Kupplung C1, C2 und ein Getriebe 438 antreibt, um Räder 440 über ein Differential 442 anzutreiben. Die erste Kupplung C1 kann zum Einkuppeln der Riemenscheiben 444, 446 und 448 verwendet werden, die eine Motor-Generator-Einheit (MGU) 450 antreiben. Die zweite Kupplung C2 kann zum Einrücken in das Getriebe 438 verwendet werden. Ein AC/DC-Wandler 452 wandelt Wechselstrom (AC) vom MGU 450 in Gleichstrom um, der zum Laden der Zellen des MODACS 402 verwendet wird. Das Hauptzahnrad 436 kann beim Anlassen des ICE 406 durch ein zweites Zahnrad 454 über einen Anlasser 456 gedreht werden.
  • 5 zeigt ein Fahrzeug 500, das eine weitere exemplarische Implementierung eines MODACS veranschaulicht, das ähnlich wie die MODACS 208 und 402 der 1-4 ersetzen und/oder funktionieren kann. Das Fahrzeug 500 kann einen MODACS 502 mit einem MODACS-Steuermodul 503, ein Fahrzeugsteuermodul 504, ein Infotainment-Modul 506 und weitere Steuermodule 508 beinhalten. Die Module 503, 504, 506, 508 können über einen Controller Area Network (CAN) Bus 510 und/oder andere geeignete Schnittstellen miteinander kommunizieren. Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann den Betrieb von Fahrzeugsystemen steuern. Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann ein Modusauswahlmodul 512, ein Parametriermodul 514 sowie weitere Module beinhalten. Das Modusauswahlmodul 512 kann eine Fahrzeugbetriebsart auswählen, wie beispielsweise eine der oben genannten Fahrzeugbetriebsarten. Das Parametriermodul 514 kann zum Einstellen der Parameter des Fahrzeugs 500 verwendet werden.
  • Das Fahrzeug 500 kann ferner beinhalten: einen Speicher 518; eine Anzeige 520; ein Audiosystem 522; einen oder mehrere Sender-Empfänger 523 mit Sensoren 526; und ein Navigationssystem 527 mit einem GPS-Empfänger 528. Die Sensoren 526 können Sensoren, Kameras, Sensoren zur Objekterkennung, Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren und/oder andere Sensoren beinhalten. Der GPS-Empfänger 528 kann die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Richtung (oder Richtung) des Fahrzeugs und/oder die globale Taktgeberinformation bereitstellen.
  • Der Speicher 518 kann Sensordaten 530 und/oder Fahrzeugparameter 532, MODACS-Parameter 534 und Anwendungen 536 speichern. Die Anwendungen 536 können Anwendungen beinhalten, die von den Modulen 503, 504, 506, 508 ausgeführt werden. Obwohl der Speicher 518 und das Fahrzeugsteuermodul 504 als separate Vorrichtungen dargestellt werden, können der Speicher 518 und das Fahrzeugsteuermodul 504 als eine einzige Vorrichtung implementiert werden.
  • Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann den Betrieb eines Motors 540, eines Wandlers/Generators 542, eines Getriebes 544, eines Fenster/Tür-Systems 550, eines Beleuchtungssystems 552, eines Sitzsystems 554, eines Spiegelsystems 556, eines Bremssystems 558, von Elektromotoren 560 und/oder eines Lenksystems 562 gemäß den von den Modulen 503, 504, 506, 508 festgelegten Parametern steuern. Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann einige der Parameter basierend auf den von den Sensoren 526 empfangenen Signalen einstellen. Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann vom MODACS 502 mit Strom versorgt werden, der dem Motor 540, dem Wandler/Generator 542, dem Getriebe 544, dem Fenster/Türsystem 550, der Beleuchtungsanlage 552, dem Sitzsystem 554, dem Spiegelsystem 556, dem Bremssystem 558, den Elektromotoren 560 und/oder dem Lenksystem 562 usw. zugeführt werden kann. Einige der Fahrzeugsteuerungsvorgänge können das Entriegeln von Türen des Fenster-/Türsystems 550, das Aktivieren von Kraftstoff und Funken des Motors 540, das Starten der Elektromotoren 560, das Antreiben eines der Systeme 550, 552, 554, 556, 558, 562 und/oder das Ausführen anderer Vorgänge, wie hierin näher beschrieben, beinhalten.
  • Der Motor 540, der Wandler/Generator 542, das Getriebe 544, das Fenster/Türsystem 550, das Beleuchtungssystem 552, das Sitzsystem 554, das Spiegelsystem 556, das Bremssystem 558, die Elektromotoren 260 und/oder das Lenksystem 562 können Stellglieder beinhalten, die vom Fahrzeugsteuermodul 504 gesteuert werden, um beispielsweise Kraftstoff, Funken, Luftstrom, Lenkradwinkel, Drosselklappenstellung, Pedalstellung, Türverriegelungen, Fensterposition, Sitzwinkel usw. einzustellen. Diese Steuerung kann auf den Ausgängen der Sensoren 526, des Navigationssystems 527, des GPS 528 und den oben genannten Daten und Informationen im Speicher 518 basieren.
  • Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann verschiedene Parameter bestimmen, einschließlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Motordrehzahl, eines Motordrehmoments, eines Gangzustands, einer Beschleunigungssensorposition, einer Bremspedalstellung, einer Menge an regenerativer (Lade-)Leistung, einer Menge an Lade-(Entlade-)Leistung, einer Menge an Autostart-/Stopp-Entladungsleistung und/oder anderer Informationen, wie Prioritätsstufen von Quellanschlüssen des MODACS 502, Leistungs-, Strom- und Spannungsanforderungen für jedes Quellgerät, etc. Das Fahrzeugsteuermodul 504 kann diese Informationen und die Fahrzeugbetriebsart mit dem MODACS-Steuermodul 503 teilen. Das MODACS-Steuermodul 503 kann andere Parameter bestimmen, wie z. B.: eine Menge an Ladeleistung an jedem Quellanschluss; eine Menge an Entladungsleistung an jedem Quellanschluss; maximale und minimale Spannungen an Quellanschlüssen; maximale und minimale Spannungen an Leistungsschienen, Zellen, Blöcken, Paketen und/oder Gruppen; SOX-Werte Zellen, Blöcke, Pakete und/oder Gruppen; Temperaturen von Zellen, Blöcken, Paketen und/oder Gruppen; aktuelle Werte von Zellen, Blöcken, Paketen und/oder Gruppen; Leistungswertezellen, Blöcke, Pakete und/oder Gruppen; etc. Das MODACS-Steuermodul 503 kann verbundene Konfigurationen der Zellen und entsprechende Schaltzustände wie hierin beschrieben basierend auf den vom Fahrzeugsteuermodul 504 und/oder dem MODACS-Steuermodul 503 bestimmten Parametern bestimmen.
  • Die folgenden 6-12 sind mit der Rekonfiguration von Blöcken innerhalb eines MODACS verbunden, um die Regenerations-, Boost- und Autostart-Leistungskapazitäten zu maximieren, während die Parameter der Zellen innerhalb vorgegebener Grenzen (z.B. innerhalb thermischer Grenzen) gehalten werden, um die Gesundheit und das ordnungsgemäße Funktionieren der Zellen aufrechtzuerhalten und die Lebenserwartung der Zellen zu verbessern. Dazu gehört die Maximierung der Lade- und Entladefähigkeit des MODACS durch Zellrekonfiguration basierend auf den Betriebsbedingungen und Betriebsarten des Fahrzeugs. Es sind Implementierungen zur Maximierung der Lade- und Entladekapazität sowie der Stromfähigkeiten vorgesehen, um die entsprechenden Lade- und Entladeeigenschaften in den verschiedenen MODACS-Betriebsarten zu gewährleisten. Dazu gehört die Maximierung der Leistungs- und Stromausgänge während eines Autostarts mit einem 12V- oder 48V-Starter. SOX-, Spannungs-, Temperatur- und Stromgrenzen werden überwacht und Zellenkonfigurationen für den sicheren Betrieb der MODACS für jeden Modus ausgewählt. Die offenbarten MODACSs sind in der Lage, die beschriebenen Betriebsarten zu unterstützen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch zu maximieren.
  • 6 zeigt einen MODACS 600, der eine negative (oder Erdungsreferenz) Klemme 602, Quell-Klemmen 604, 606, 608 und ein MODACS-Steuermodul 610 beinhaltet. Obwohl drei Quell-Klemmen dargestellt sind, kann der MODACS 600 eine beliebige Anzahl von Quell-Klemmen beinhalten. Der Minuspol 602 ist mit einem Minuspol 612 verbunden. Die Quell-Klemmen 604, 606, 608 liefern und/oder empfangen bei entsprechenden Spannungen Leistung. Im dargestellten Beispiel sind die Quell-Klemmen 604, 606, 608 48V, 12V, 12V, 12V Klemmen. In einer Ausführungsform werden die Klemmen 606, 608 als Klemmen 12VA und 12VB bezeichnet. Die Quell-Klemme 604 kann an eine Starter-Generatoreinheit (SGU) 620 und 48V-Lasten 622 angeschlossen werden. Die 48V-Lasten können beispielsweise Motoren, Kompressoren und/oder andere Hochspannungslasten beinhalten. Als Beispiel ist die SGU 620 dargestellt. In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere 48V-Starter, ein oder mehrere 48V-Generatoren und/oder eine 48V SGU enthalten. Die Quell-Klemmen 606, 608 können an einen 12V-Starter 630 und 12V-Lasten 632 angeschlossen werden.
  • 7 zeigt einen MODACS 700, der eine negative (oder Erdungsreferenz) Klemme 702, Quell-Klemmen 704, 706, 708 und ein MODACS-Steuermodul 710 beinhaltet. Obwohl drei Quell-Klemmen dargestellt sind, kann der MODACS 700 beliebig viele Quell-Klemmen beinhalten. Der Minuspol 702 kann an eine Erdungsreferenz-Klemme 712 angeschlossen werden. Die Quell-Klemmen 704, 706, 706, 708 liefern und/oder empfangen bei entsprechenden Spannungen Leistung. Im dargestellten Beispiel sind die Quell-Klemmen 704, 706, 708 48V, 12V, 12V, 12V Klemmen. Die Klemmen 706, 708 können als Klemmen 12VA und 12VB bezeichnet werden. Die Quell-Klemme 704 kann an eine Starter-Generatoreinheit (SGU) 720, 48V-Lasten 722 und einen 48V-Starter 724 angeschlossen werden. Die Quell-Klemmen 706, 708 können an 12V-Lasten 730 angeschlossen werden.
  • Basierend auf der Fahrzeugbetriebsart und der MODACS-Betriebsart können die oben genannten SGUs, 48V-Starter und/oder 12V-Starter für Heißstarts verwendet werden, wenn eine Temperatur des entsprechenden Motors über einer vorgegebenen Temperatur liegt. Wenn Sie beispielsweise in einem reinen Elektromodus arbeiten (Motor ist AUS) und eine SGU Strom zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitstellt, kann ein 12V-Starter oder ein 48V-Starter zum Starten des Motors verwendet werden. Ein 48V-Starter oder ein 12V-Starter kann für einen Kaltstart verwendet werden, wenn eine Temperatur des entsprechenden Motors unter einer vorgegebenen Temperatur liegt.
    Die 6-7 sind ohne den Einsatz eines DC/DC-Wandlers realisiert.
  • 8 zeigt eine MODACS-Überwachungsschaltung 800, die Zellblöcke oder Pakete 802, 804 beinhaltet. Jeder der Zellblöcke oder -pakete 802, 804 kann eine oder mehrere Zellen beinhalten. Die Zellblöcke oder Pakete 802 befinden sich in einer ersten Gruppe. Die Zellblöcke oder - pakete 804 befinden sich in einer zweiten Gruppe. BMS-Module 806 sind für jeden Zellenblock oder jedes Paket 802 vorgesehen, BMS-Module 808 für jeden Zellenblock oder jedes Paket 804. Ein BMS-Modul 810 zur Überwachung der Blöcke und/oder Paketen der ersten Gruppe ist vorgesehen und mit den BMS-Modulen 806 verbunden. Ein BMS-Modul 812 zur Überwachung der Blöcke und/oder Pakete der letzten Gruppe ist vorgesehen und mit den BMS-Modulen 808 verbunden. Zur Überwachung der Gruppen ist ein BMS-Modul 814 vorgesehen, das mit den BMS-Modulen 810, 812 verbunden ist.
  • Die Funktionsweise der BMS-Module 806, 808, 810, 812, 812, 814 wird in Bezug auf die folgenden 9-12 beschrieben. Jedes der BMS-Module 806, 808, 810, 812, 814 kann Lade- und Entladestrom und Strombegrenzungen für die Zellen, Blöcke, Pakete, Gruppen und/oder MODACS-Überwachungsschaltung 800 als Ganzes ausgeben. Die Grenzwerte können augenblickliche, kurzfristige und kontinuierliche Leistungs- und Stromgrenzen beinhalten. Die BMS-Module arbeiten so, dass sie die Leistung und/oder den Strom an den Quell-Klemmen der entsprechenden MODACS maximieren, ohne vorgegebene Grenzen (z.B. Spannungs-, Temperatur-, Strom- und SOX-Grenzwerte) zu überschreiten.
  • Die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen in einem Block oder einem Paket kann von der Zellchemie abhängen. Jeder Block oder jedes Paket kann eine beliebige Anzahl von Zellen enthalten, die in Reihe geschaltet sind. Als Beispiel können für ein 48V-System vier 12V-Paketen in Reihe geschaltet werden. In einer Ausführungsform beinhaltet ein MODACS 3 Serien von Gehäusen, wobei jede Serie 4 12V-Geräte beinhaltet, die in Reihe geschaltet sind. Jede der Paketreihen kann parallel zu einer oder mehreren der anderen Paketreihen geschaltet werden. Die Gesamtzahl der parallel geschalteten Gruppen hängt von der gezielten und/oder angeforderten Leistung und Stromkapazität des gesamten MODACS und der entsprechenden Verbraucher ab. Da Fehler und/oder Störungen in einer Zelle, einem Block, einem Paket und/oder einer Gruppe auftreten, können andere Zellen, Blöcke, Pakete und/oder Gruppen angeschlossen und als Ersatz verwendet werden.
  • 9 zeigt ein BMS-Modul 900 für einen Block oder ein Paket 902. In dem dargestellten Beispiel überwacht das BMS-Modul 900 Spannungen, Temperaturen und Stromstärken der entsprechenden einer oder mehreren Zellen des Blocks oder Pakets 902 und bestimmt bestimmte Parameter. Die Parameter können augenblickliche Lade- und Entladeleistung und Strombegrenzungen, kurzfristige Lade- und Ladeleistung und Strombegrenzungen sowie kontinuierliche Lade- und Ladeleistung und Strombegrenzungen beinhalten. Die Parameter können auch minimale und maximale Spannungen, minimale und maximale Betriebstemperaturen sowie SOX-Grenzwerte und/oder -Werte beinhalten. Die vom BMS-Modul 900 ausgegebenen Parameter können basierend auf den überwachten Spannungen, Temperaturen und/oder Strompegeln bestimmt werden. Die Lade- und Entladeleistung und die Stromfähigkeit eines 12V-Blocks oder -Pakets werden durch die minimalen und maximalen Spannungen, die minimalen und maximalen Betriebstemperaturen sowie die SOX-Grenzwerte und/oder Werte der entsprechenden Zellen beeinflusst. Das BMS-Modul 900 kann einzelne Zellenspannungen, Temperaturen und Stromwerte überwachen und anhand dieser Informationen die angegebenen Parameter bestimmen.
  • Als Beispiel kann das BMS-Modul 900 Sensoren beinhalten und/oder mit diesen verbunden werden, wie beispielsweise einen Stromsensor 904 und einen Temperatursensor 906, die verwendet werden können, um Strompegel durch die Zellen von Block oder Paket 902 und Temperaturen des Blocks oder Pakets 902 zu erfassen. Als Beispiel kann eine Spannung über dem Block oder dem Paket wie dargestellt erkannt werden. In einer Ausführungsform können ein oder mehrere Spannungssensoren vorgesehen werden, um Spannungen des Blocks oder des Paket 902 zu erfassen. Der Stromsensor 904 kann beispielsweise zwischen dem Block oder dem Paket 902 und einer Quell-Klemme 908 angeschlossen werden, die an eine Last 910 angeschlossen werden kann.
  • 10 zeigt ein BMS-Modul 1000 für eine Gruppe von Blöcken und/oder Paketen. Das GLT-Modul 1000 kann Parameter auf 12V- und/oder 48V-Pegel überwachen. Das BMS-Modul 1000 kann die Ausgänge der entsprechenden BMS-Module auf Block- und/oder Paketebene empfangen (z.B. die Ausgänge des BMS-Moduls 900 aus 9) und basierend auf diesen Informationen augenblickliche, kurzfristige und kontinuierliche Leistungs- und Stromgrenzen für eine Gruppenebene erzeugen. Dies kann das Berechnen von maximalen Spannungen, Leistungspegeln und Strompegeln einer verbundenen Konfiguration der Zellen der entsprechenden Gruppe (z.B. einer Gruppe von in Reihe geschalteten Einheiten) beinhalten. In einer Serienkonfiguration, bei der mehrere Pakete in Reihe geschaltet sind, basiert eine Lade- oder Entladestrombegrenzung auf einem schwächsten Paket dieser Serie.
  • 11 zeigt ein BMS-Modul 1100 für ein gesamtes MODACS. Das GLT-Modul 1100 kann Parameter bei einem 12V-Pegel und/oder bei einem 48V-Pegel überwachen. Das GLT-Modul 1100 kann die Ausgänge der entsprechenden GLT-Module auf Gruppenebene empfangen (z.B. die Ausgänge des GLT-Moduls 1000 aus 10) und basierend auf diesen Informationen augenblickliche, kurzfristige und kontinuierliche Leistungs- und Stromgrenzen für das gesamte MODACS erzeugen.
  • Die BMS-Module der 9-11 können getrennt von oder als Teil eines der MODACS 208, 330, 402, 502 der 1-4 und/oder entsprechender MODACS-Steuerungsmodule implementiert werden.
    In einer Ausführungsform sind die Gruppen eines MODACS parallel geschaltet, wenn ein Lade- oder Entladeleistungsbedarf bei oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der vollen Kapazität des MODACS liegt. Dies kann z.B. vorkommen, um einem 48V-Starter während eines Kaltstarts 48V zur Verfügung zu stellen. In einer weiteren Ausführungsform berechnen die BMS-Module auf Paketebene Lade- und Entladeleistung sowie Stromgrenzen, während eine bestimmte Anzahl von Gruppen parallel geschaltet sind. Diese Konfiguration bietet eine teilweise Leistungs- und Stromausgabe in Abhängigkeit von der Anzahl der parallel geschalteten Gruppen.
  • Ein MODACS-Steuermodul (z.B. eines der Module 240, 304, 503 der 2, 3 und 5) kann, wenn mehrere Gruppen parallel geschaltet sind, SOC-Differenziale zwischen den schwächsten und stärksten Gruppen bestimmen. Das MODACS-Steuermodul kann es vermeiden, die schwächste und die stärkste Gruppe parallel zu schalten, wenn die SOC-Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, um große Zirkulationsströme zwischen den Gruppen zu vermeiden. Die schwächste Gruppe kann beispielsweise die niedrigsten Spannungs- und/oder Strompegel aufweisen, während die stärkste Gruppe die höchsten Spannungs- und/oder Strompegel aufweisen kann.
  • In einer Ausführungsform und für die Entladestromanforderung auf Paketebene bestimmt das MODACS-Steuermodul die Anzahl der parallel zu schaltenden Gruppen. Das MODACS-Steuermodul wählt dann die Gruppen der MODACS mit den höchsten SOC-Werten aus, die bei Parallelschaltung den Entladestromanforderungen entsprechen, ohne vorgegebene Parameterschwellen zu überschreiten, wie vorstehend beschrieben. In einer weiteren Ausführungsform und für den Ladestrombedarf auf Paketebene bestimmt das MODACS-Steuermodul die Anzahl der parallel zu schaltenden Gruppen. Das MODACS-Steuermodul wählt dann die Gruppen der MODACS mit den niedrigsten SOC-Werten aus, die bei Parallelschaltung den Ladestrombedarf decken, ohne vorgegebene Parametergrenzwerte zu überschreiten, wie vorstehend beschrieben. Die BMS-Module, die sich auf Paketebene befinden, können die Lade- und Entladeleistung und die Stromgrenzen einzelner Gruppen periodisch (z.B. alle 10 Sekunden) aktualisieren und je nach Lade- und Entladebedarf die am besten geeigneten Gruppen auswählen.
  • Das MODACS-Steuermodul kann Zellen für eine verbundene Konfiguration basierend auf Nutzungszeit, Temperatur, Spannung, Stromniveau, aktuellen Betriebsbedingungen des entsprechenden Fahrzeugs und/oder anderen relevanten Parametern für diesen Zeitpunkt auswählen. Die Nutzungszeit kann sich auf eine Summe aus der Zeitspanne beziehen, in der die Zelle Strom erhalten hat, und der Zeitspanne, in der die Zelle Strom über die Lebensdauer der Zelle entladen hat. Das MODACS-Steuermodul kann auch Lasten und/oder Quell-Klemmen priorisieren. Als Beispiel können bestimmte 12V-Lasten eine höhere Prioritätsstufe als 48V-Lasten haben, so dass die mit den 12V-Lasten verbundenen Leistungsanforderungen erfüllt werden, bevor die Leistungsanforderungen der 48V-Lasten erfüllt werden. Ebenso können andere 12V-Lasten eine niedrigere Prioritätsstufe haben als die 48V-Lasten.
  • Als weiteres Beispiel können Lasten, die für einen sicheren Fahrzeugbetrieb erforderlich sind, auf einem höheren Niveau priorisiert werden als andere Lasten. Die Leistung von Motoren, Servolenkung, Bremsen und/oder autonomen Antriebssystemen kann höhere Prioritätsstufen haben als beispielsweise Sitzheizungen, Radio, Kabinenbeleuchtung usw. Das MODACS-Steuermodul kann die Menge an Leistung bestimmen, die benötigt wird, um das entsprechende Fahrzeug von einem aktuellen Standort zu einem sicheren Standort zu fahren, und Zellen zuweisen, um diese Leistung zu erfüllen, bevor Zellen für andere Verbraucher zugewiesen werden. Das MODACS-Steuermodul kann bei einem Verlust der Quellenleistung eine bestimmte Reserveleistung aufrechterhalten, die für einen vorgegebenen Zeitraum (sog. „Überbrückungszeit“) zur Verfügung steht. Dies bietet genügend Energie, damit ein Fahrzeug von einem aktuellen Standort zu einem sicheren Standort fahren kann. In einer Ausführungsform wird die Überbrückungszeit bei einem Leistungsverlust durch eine Energiequelle (z.B. einen Generator) maximiert. Für Sicherheitslasten und/oder andere Lasten kann eine Haltezeit vorgesehen werden.
  • Das MODACS-Steuermodul kann den Gesundheitszustand von Zellen überwachen und die Zellen mit einem höheren Gesundheitszustand verwenden, aber die Leistung, die den verwendeten Zellen zur Verfügung gestellt oder von ihnen bezogen wird, begrenzen, um eine große Differenz zwischen den verwendeten Zellen und anderen Zellen zu verhindern (genannt „weak cell strong cell condition“). Kühlzellen neigen dazu, schlechtere Leistungen zu erbringen als warme Zellen.
  • Das MODACS-Steuermodul kann auch eine Anzahl von Gruppen bestimmen, die parallel geschaltet werden sollen, um 12V-Lasten mit hoher Priorität zu erfüllen. Die Anzahl der Gruppen kann basierend auf Fahrzeugbetriebsparametern, MODACS-Parametern, Lastpriorisierung, Quell-Terminal-Priorisierung usw. bestimmt werden. Die Gruppen der MODACS mit den höchsten SOCs können so gewählt werden, dass sie parallel geschaltet werden, um die 12V-Lasten mit Strom zu versorgen. Dadurch wird die Spannung zu den 12V-Lasten maximiert. Dies kann sowohl aus Gründen der Sicherheit als auch der Leistungsoptimierung erfolgen. Für das Laden von Zellen können Gruppen mit den niedrigsten SOCs geladen werden. Wenn eine 12V-Last auf einem Mindestniveau liegt, können alle Gruppen der MODACS parallel geschaltet werden, um Lade- oder Entladestrom bei 48V bereitzustellen. Unter dieser Bedingung kann der letzte Block in jeder angeschlossenen Blockreihe parallel geschaltet werden, um die 12V-Lasten zu unterstützen. So können beispielsweise die Blöcke in der unteren Reihe der Schaltung von 17 verwendet werden.
  • Leistungsschienen, die den Sicherheitslasten entsprechen, können eine höhere Priorität haben als Leistungsschienen, die anderen Lasten zugeordnet sind. Jede Leistungsschiene kann eine minimale Leistungskapazität aufweisen, die ein MODACS-Steuermodul erfüllen kann. Bereitstellen von Energie für die Leistungsschienen mit der höheren Priorität, bevor die Stromversorgung für die Leistungsschienen mit der niedrigeren Priorität erfolgt. In einer Ausführungsform werden die Leistungsanforderungen für eine Leistungsschiene mit der höchsten Prioritätsstufe erfüllt, und dann werden die Leistungsanforderungen für die Leistungsschiene mit der nächst höheren Prioritätsstufe erfüllt. Eine oder mehrere der Leistungsschienen mit den niedrigsten Prioritätsstufen können keine Leistung empfangen.
  • Die hierin offenbarten Systeme können mit zahlreichen Methoden betrieben werden, exemplarische Methoden sind in den 12-15 dargestellt. Obwohl die folgenden Operationen der 12-15 in erster Linie in Bezug auf die Implementierungen der 1-11 und 17 beschrieben werden, können die Operationen leicht geändert werden, um sie auf andere Implementierungen der vorliegenden Offenbarung anzuwenden. Die Operationen in 12-15 können iterativ durchgeführt werden. In 12 ist ein Verfahren zur Rekonfiguration eines MODACS dargestellt.
  • Das Verfahren kann bei 1200 beginnen. Bei 1202 können die BMS-Module (z.B. die BMS-Module in 9-11) 12V-Paketparameter einschließlich SOX-Werte, maximale und minimale Spannungen und Leistungsgrenzen empfangen.
  • Bei 1204 können bestimmte der GLT-Module für jede Gruppe maximale Lade- und Entladestromgrenzen berechnen. Bei 1206 können bestimmte des BMS-Moduls SOCs der Gruppen bestimmen. Bei 1208 berechnen die BMS-Module die maximalen Lade- und/oder Entladestromgrenzen für jeden Satz von Gruppen parallel geschalteter Pakete.
  • Bei 1210 setzt das entsprechende MODACS-Steuermodul Zustände von Schaltern, die Gruppen und/oder Sätze von Gruppen mit niedrigsten SOCs für eine 48V-Quelle und nicht für 12VA- oder 12VB-Quellelemente zuweisen. Bei 1212 berechnet das MODACS-Steuermodul die maximalen Lade- und/oder Entladestromgrenzen jeder Gruppe von parallel geschalteten 12V-Pakets.
  • Bei 1214 setzt das MODACS-Steuermodul, basierend auf den maximalen Lade- und/oder Entladestrombegrenzungen, Zustände der Schalter, die die Gruppen mit 12V-Paketen mit den höchsten SOCs für 12VA- oder 12VB-Quell-Klemmen und nicht für die 48V-Quelle zuordnen. Bei 1216 aktualisiert das MODACS-Steuermodul die Lade- und/oder Entladestromgrenzwerte basierend auf Spannungen, Temperaturen und/oder SOX-Werten der einzelnen Zellenpakete.
  • Bei 1218 ermöglicht das MODACS-Steuermodul das Entladen bei 48V, 12VA, 12VB Quell-Klemmen mit entsprechend verfügbaren Leistungs- und Strompegeln oder das Laden bei 48V, 12VA, 12VB Quell-Klemmen für die bestehende Konfiguration von MODACS-Schaltungen und Schaltzuständen. Die Operation 1202 kann im Anschluss an die Operation 1218 durchgeführt werden.
  • Die folgenden Verfahren der 13-15 sind Verfahren zur Maximierung der Lade- und Entladefähigkeit eines MODACS zur Unterstützung von Regenerations-, Boost- und Autostart-Betriebsarten für Zwei-Spannungs-Hybridfahrzeuganwendungen, bei denen 2 oder mehr Versorgungsspannungen durch den MODACS bereitgestellt werden. Zellblöcke werden neu eingerichtet, um maximale Lade- und Entladewerte zu erreichen und gleichzeitig die Zellen in den thermischen Betriebsbereichen zu halten. Die SOCs, Spannungen und Temperaturen der Zellen werden in entsprechenden vorgegebenen Grenzen für den sicheren Betrieb der MODACS während dieser Betriebsarten gehalten.
  • Der regenerative Modus MODACS kann mit den regenerativen Modi Fahrzeugabsenkung, Opportunity-Ladung, DFCO-Regeneration und/oder Elektrofahrzeug-Regeneration eines Fahrzeugs verknüpft werden. Der MODACS-Lademodus kann dem Motorassistenzmodus des Fahrzeugs entsprechen. Der MODACS-Autostart-Modus kann den Startmodi für Elektrofahrzeuge, Motorstart und/oder Elektrofahrzeuge entsprechen.
  • Die folgenden Verfahren beinhalten ein MODACS-Steuermodul, das den Lade- und Entladungsleistungsbedarf in Form eines Anforderungssignals von einem Fahrzeugsteuermodul erhält und eine verbundene Konfiguration der Zellen des MODACS bestimmt. Mit dem MODACS können Blöcke, Paketen und Zellgruppen neu eingerichtet werden, um maximale Lade- und Entladeströme bereitzustellen, ohne Spannungs- und thermische Grenzen zu überschreiten. Das MODACS bestimmt die Zustände der Schalter, um die Pakete und/oder Gruppen bereitzustellen, die den Anforderungen entsprechen. Zwei Spannungsausgänge sorgen dafür, dass Spannungs-, SOC- und Temperaturgrenzen nicht überschritten werden. Als Beispiel können die Gruppen mit den niedrigsten SOCs verbunden werden, um regenerative Energie aufzunehmen. Die Gruppen mit den höchsten SOCs können verbunden werden, um eine maximale Motorleistung zu gewährleisten. Die Gruppen mit den höchsten SOCs können verbunden werden, um beim Motorstart maximale Leistung zu liefern.
  • 13 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Regenerations-/Lademodus. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die Ladeleistung und die Stromfähigkeit des MODACS zu maximieren, um regenerative Energie während eines Fahrzeugabsenkungs- (oder Lade-)Modus zu absorbieren. Obwohl die folgenden Operationen in erster Linie für Gruppen von Zellen beschrieben werden, können ähnliche Operationen für Zellblöcke und/oder -pakete durchgeführt werden.
  • Das Verfahren kann bei 1300 beginnen. Bei 1302 kann das MODACS-Steuermodul ein Rückspeise- und Stromanforderungssignal vom Fahrzeugsteuermodul empfangen. Das Fahrzeugsteuermodul kann eine Rückspeisung und Stromanforderungen an das MODACS-Steuermodul senden, z.B. während des Opportunity-Lademodus.
  • Bei 1304 berechnet das MODACS-Steuermodul die maximalen Ladestromgrenzen für jede Gruppe. Bei 1306 bestimmt das MODACS-Steuermodul die SOCs für jede der Gruppen. Dies kann das Erzeugen einer Tabelle beinhalten, die eine Liste der Gruppen in der Reihenfolge der SOCs enthält.
  • Bei 1308 bestimmt das MODACS-Steuermodul eine Anzahl von Gruppen und/oder Serien von Zellblöcken, die parallel geschaltet werden müssen, um Regenerativstrom basierend auf den bei 1304 und 1306 bestimmten Parametern zu erhalten. Das MODACS-Steuermodul erfüllt 12V-Regenerativlasten von einer oder mehreren 12V-Quell-Klemmen mit ersten Gruppen und verwendet dabei nach Möglichkeit die Gruppen mit den niedrigsten SOCs für die 48V-Quell-Klemme.
  • Um 1310 kann das MODACS-Steuermodul die Zellen, wie bei 1308 bestimmt, so konfigurieren, dass sie die 12V-Regenerationslasten und wenn möglich die 48V-Regenerationslasten erfüllen. Um 1312 kann das MODACS-Steuermodul die Gruppen und/oder Reihen von parallel geschalteten Zellblöcken aufladen.
  • Bei 1314 bestimmt das MODACS-Steuermodul SOCs, Spannungen und thermische Grenzen jeder verbleibenden Zelle, jedes verbleibenden Blocks, jedes verbleibenden Pakets und/oder Gruppe.
  • Bei 1316 bestimmt das MODACS-Steuermodul, basierend auf den bestimmten SOCs, Spannungen und thermischen Grenzen und unter Sicherstellung der Erfüllung der 12V-Rückspeiselastanforderungen, einen Satz der bestimmten Anzahl von Gruppen oder Reihen von Zellenblöcken, die parallel geschaltet und geladen werden sollen.
  • Bei 1318 kann das MODACS-Steuermodul die Zellen, wie bei 1316 bestimmt, so konfigurieren, dass sie die 12V-Regenerationslasten und wenn möglich die 48V-Regenerationslasten erfüllen.
  • Bei 1320 kann das MODACS-Steuermodul die Gruppen und/oder Reihen von parallel geschalteten Zellblöcken aufladen.
  • Bei 1322 kann das MODACS-Steuermodul ein Signal ausgeben, das eine verfügbare Regenerativleistung und Strombegrenzung an das Fahrzeugsteuermodul anzeigt. Das Verfahren kann bei 1324 enden.
  • 14 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Lade-/Entlademodus. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die Entladekapazität und die Stromfähigkeit der MODACS zu maximieren, um eine Boostleistung während eines Motor-Drehmomentunterstützungsmodus bereitzustellen.
  • Das Verfahren kann bei 1400 beginnen. Bei 1402 empfängt das MODACS-Steuermodul ein Boost-Leistungs- und Stromanforderungssignal vom Fahrzeugsteuermodul.
  • Bei 1404 berechnet das MODACS-Steuermodul für jede Gruppe eine maximale Ableitstromgrenze. Bei 1406 bestimmt das MODACS-Steuermodul die SOCs für jede Gruppe. Bei 1408 bestimmt das MODACS-Steuermodul eine Anzahl von Gruppen und/oder eine Reihe von Zellblöcken, die parallel geschaltet werden müssen, um die angewiesene Boost-Leistung und den angeforderten Strom basierend auf der Stromgrenze für jede Gruppe bereitzustellen. Bei 1410 erfüllt das MODACS-Steuermodul 12V-Lasten einer oder mehrerer 12V-Quell-Klemmen mit ersten Gruppen, während es nach Möglichkeit die Gruppen mit den höchsten SOCs für die 48V-Quell-Klemme verwendet. Das MODACS-Steuermodul richtet die Zellen so ein, dass sie den 12V-Lastanforderungen entsprechen und die vorgegebene Boost-Leistung und den gewünschten Strom bereitstellen.
  • Bei 1412 bestimmt das MODACS-Steuermodul die SOCs, Spannungen und thermischen Grenzen jeder der Zellen. Bei 1414 bestimmt das MODACS-Steuermodul Gruppen und/oder eine Reihe von Zellblöcken, die parallel geschaltet werden sollen, um basierend auf den bei 1412 bestimmten Parametern die gewünschte Boostleistung und den gewünschten Strom bereitzustellen. Bei 1416 richtet das MODACS-Steuermodul die Zellen so ein, dass sie den 12V-Lastanforderungen entsprechen und die angewiesene Boost-Leistung und den angewiesenen Strom liefern. Bei 1418 stellt das MODACS-Steuermodul die angewiesene Boost-Leistung und den angewiesenen Strom an einem der Quell-Klemmen zur Verfügung.
  • Bei 1420 stellt das MODACS-Steuermodul dem Fahrzeugsteuermodul verfügbare Ladedruck- und/oder Strombegrenzungen zur Verfügung. Das Verfahren kann bei 1422 enden.
  • 15 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines MODACS während eines Autostart-Modus. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die Entladungsleistung und die Stromfähigkeit der MODACS zu maximieren, um die während des Autostarts erforderliche Leistung bereitzustellen, um einen Motor mit einem 12V- oder 48V-Starter zu starten.
  • Das Verfahren kann bei 1500 beginnen. Bei 1502 prüft das MODACS-Steuermodul, ob das entsprechende Fahrzeug einen 12V-Starter oder einen 48V-Starter verwendet. Wenn das Fahrzeug einen 12V-Starter verwendet, wird der Betrieb 1504 durchgeführt, andernfalls wird der Betrieb 1506 ausgeführt. Wenn der Betrieb 1506 durchgeführt wird, kann ein 48V-Starter zum Starten des Motors verwendet werden.
  • Bei 1504 schaltet das MODACS-Steuermodul 12V-Paketen parallel, um eine maximale Anlaufstromfähigkeit bei 12V zu gewährleisten. Bei 1506 verbindet das MODACS-Steuermodul die Gruppen und/oder Reihen von Zellblöcken parallel, um eine maximale Anlaufstromfähigkeit bei 48V zu gewährleisten. Bei 1508 verbindet das MODACS-Steuermodul vorbestimmte 12V-Blöcke und/oder -Pakete oder die erste Reihe von 12V-Blöcken und/oder -Paketen, die am nächsten an eine Erdungsreferenz (wie die Blöcke in der unteren Reihe der Schaltung von 17) angeschlossen sind, parallel zur Versorgung von 12V-Lasten.
  • Bei 1510 bestimmt das MODACS-Steuermodul die SOCs, Spannungen und thermischen Grenzen jeder der Zellen basierend auf den bei 1510 bestimmten Parametern. Um 1512 bestimmt das MODACS-Steuermodul, welche oder mehrere Serien von Zellblöcken und/oder -paketen parallel geschaltet werden sollen, um die erforderliche Leistung und den erforderlichen Strom für einen Autostart bereitzustellen. Um 1514 richtet das MODACS-Steuermodul die Zellen einschließlich einer verbundenen Konfiguration und Einstellung der Schalter des MODACS ein, um die angewiesene Leistung und den angewiesenen Strom bereitzustellen. Bei 1516 liefert das MODACS-Steuermodul die angewiesene Leistung und den angewiesenen Strom, um den Autostart durchzuführen. Das Verfahren kann bei 1518 enden.
  • Die oben beschriebenen Operationen der 12-15 sind als anschauliche Beispiele gedacht. Die Vorgänge können sequentiell, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während sich überschneidender Zeiträume oder in einer je nach Anwendung unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem kann es vorkommen, dass eine der Operationen je nach Ausführung und/oder Reihenfolge der Ereignisse nicht ausgeführt oder übersprungen wird.
  • Die folgende 16 und die entsprechende Beschreibung zielen darauf ab, eine autonome Kapazitätszuweisung für einen MODACS bereitzustellen. Dies geschieht, um die Anforderungen an die Spannungsregelung für Quell-Klemmen, die Verfügbarkeit von Sicherheitsstrom und die Zeitanforderungen für die Backup-Leistung zu erfüllen. Dazu gehört das Bestimmen von Zellen-, Block-, Paket- und Gruppenzuordnungen basierend auf der Fahrzeugbetriebsart, den Anforderungen an die Spannungsregelung, dem Leistungsbedarf, den Priorisierungsebenen von Last- und Quell-Klemmen sowie den Anforderungen an die Verfügbarkeit von Sicherheitsstrom und die Backup-Leistungszeit. Die Leistung an jeder Leistungsschiene kann überwacht und die Kapazitäten können automatisch neu zugeteilt werden, um den entsprechenden Lasten aufgrund von Änderungen der Fahrzeugbetriebsarten gerecht zu werden.
  • Ein Kapazitätszuweisungsalgorithmus wird basierend auf einer Fahrzeugbetriebszustandskonfiguration implementiert. Ein Kapazitätszuweisungsalgorithmus verwendet zwei oder mehr Spannungsregelungsfenster und liefert geeignete Spannungen für die entsprechenden Zeitintervalle an den Quell-Klemmen. Lastströme und Überbrückungszeiten werden zur Zuordnung der Kapazität (verfügbare Leistung und Strom) genutzt. Die Priorisierung der Power Domain wird auch zur Zuweisung der Kapazität verwendet. Eine Power Domain bezieht sich auf die Leistung an einer Leistungsschiene und/oder einer Quell-Klemme des MODACS. Ein MODACS kann eine beliebige Anzahl von Leistungsbereichen haben. Zwei oder mehr Leistungsbereiche können eine gleiche Prioritätsstufe haben. Verschiedene Leistungsbereiche können eine gleiche Prioritätsstufe haben, haben aber unterschiedliche Anforderungen an die Backup- und/oder Haltezeit, die sich mit der Zeit ändern können. Die Mindestkapazitätsanforderungen für jedes der Quell-Terminals können auch bei der Zuweisung von Kapazität an die Quell-Terminals berücksichtigt werden. Die Kapazitätsbestimmung kann das Bestimmen der Anzahl der Zellen, Blöcke, Pakete und/oder Gruppen beinhalten, die für jedes Quellgerät in Reihe und/oder parallel geschaltet werden sollen.
  • Der Algorithmus ermöglicht es einem dynamischen Kapazitätssystem mit mehreren Quellen, Kapazität entweder auf System- (oder Hardwareebene) oder mit in das MODACS-Steuermodul integrierter Steuerlogik zuzuweisen. Das MODACS-Steuermodul, basierend auf den von den Sensoren gesammelten Informationen, weist über einen MODACS-Schaltkreis Spannung und Leistung zu, um die Anforderungen zu erfüllen, wie in 2 oder 17 dargestellt.
  • 16 zeigt ein Zustandsdiagramm, das die Kapazitätsumverteilung für ein MODACS veranschaulicht. Das MODACS-Steuermodul kann zwischen jedem Betriebszustand (dargestellt als Zustand 1600) und einem der Zustände (oder Modi) 1602, 1604, 1606, 1608, 1608, 1610 wechseln. Dieser Übergang kann auf einem Kapazitätszuweisungsalgorithmus und entsprechenden Prioritätsstufen von Lasten und/oder Quell-Klemmen, Anforderungen an die Spannungsbereichsregelung, Ausgleichsverhältnissen im Spannungsbereich, einer Mindestanzahl von 12V-Blöcken pro Quell-Terminal und/oder anderen Parametern basieren. Die angegebenen Parameter können unterschiedlich gewichtet werden und die resultierende Gewichtung kann zur Bestimmung der Kapazitätszuordnungen der Quell-Terminals verwendet werden. Dies kann in jedem der Zustände 1602, 1604, 1606, 1608, 1610 erfolgen. Das Gewichtungsschema kann für jeden der Zustände 1602, 1604, 1606, 1608, 1608, 1610 unterschiedlich sein.
  • Als Beispiel kann der Algorithmus das Einstellen einer Lastverteilung (oder Prioritätseinteilung) für eine normale Betriebsart beinhalten. Im normalen Betriebsmodus kann die 12VA Quell-Klemme eine höchste Prioritätsstufe (Priorität 1), die 12VB Quell-Klemme eine mittlere Prioritätsstufe (Priorität 2) und die 48V Quell-Klemme eine niedrigste Prioritätsstufe (Priorität 3) aufweisen. Basierend auf diesem Prioritätsschema werden die verfügbare Leistung, der verfügbare Strom, die verfügbare Kapazität und der Ladebedarf für jede Quell-Klemme, die Leistung, der Strom und/oder die Kapazität zuerst der 12VA Quell-Klemme, dann der 12VB Quell-Klemme und schließlich der 48V Quell-Klemme zugewiesen. Abhängig von der verfügbaren Leistung, dem Strom und/oder der Kapazität wird die Leistung zuerst den Verbrauchern der Priorität 1 bereitgestellt, und wenn noch verfügbare Leistung vorhanden ist, werden die Verbraucher der Priorität 2 mit Leistung versorgt. Wenn nach der Erfüllung der Leistungsanforderungen für die Verbraucher der Priorität 2 noch Strom vorhanden ist, wird die Versorgung der Verbraucher der Priorität 3 sichergestellt. Diese Energiebereitstellung kann die Versorgung der Verbraucher der Priorität 1 mit Strom und die Versorgung der Verbraucher der Priorität 2 und/oder der Verbraucher der Priorität 3 beinhalten.
  • Das MODACS-Steuermodul kann die Leistung an jeder Leistungsschiene der Quell-Klemmen überwachen und Kapazitäten zuweisen und neu zuweisen, um die entsprechenden Lastanforderungen für jedes Fahrzeug und/oder die MODACS-Betriebsart zu erfüllen. Basierend auf der an jedem der Quellanschlüsse bereitgestellten Leistung kann das Fahrzeugsteuermodul bestimmen, welche Verbraucher Strom erhalten sollen. Dies kann auf Leistungs-, Strom- und/oder Kapazitätswerten basieren, die vom MODACS-Steuermodul an das Fahrzeugsteuermodul gemeldet werden. In einer weiteren Ausführungsform, wenn die MODACS nicht über genügend Leistung verfügen, um die Leistungsanforderungen für eine Quell-Klemme zu erfüllen, kann das MODACS-Modul diese Quell-Klemme nicht mit Strom versorgen oder einen inkrementellen Betrag bereitstellen, um die Leistungsanforderungen für einen Teil der an diese Quell-Klemme angeschlossenen Verbraucher zu erfüllen. Das MODACS-Steuermodul kann die teilweise Stromversorgung für das entsprechende Quell-Terminal an das Fahrzeugsteuermodul melden, das dann den Empfang von Strom durch die entsprechende(n) Last(en) ermöglichen kann, die auf Prioritätsstufen der Last(en) basieren können, die Strom von dem Teilstromquellenterminal erhalten.
  • Das MODACS-Modul überwacht Fehler, wie z.B. Fehler mit einer Stromquelle (z.B. einem Generator) und Fehler, die mit einer Leistungsschiene und/oder einer Quell-Klemme verbunden sind. Wenn beispielsweise ein Leistungsverlust eines Generators vorliegt, maximiert das MODACS-Steuermodul eine Haltezeit für Sicherheitslasten, um Fahrzeugantriebslasten (z.B. Lenkung, Bremsen, Elektromotor usw.) mit Energie versorgen zu können, damit das Fahrzeug an einen sicheren Ort gefahren werden kann. Andere Verbraucher mit geringerer Priorität dürfen in dieser Situation nicht mit Strom versorgt werden.
  • Als Beispiel können die Anforderungen an die Regelung des Spannungsbereichs die Einstellung beinhalten: (i) eine maximale Spannungsänderung der Priorität 1 gleich einer maximalen Spannungsänderung von 12VA; (ii) eine maximale Spannungsänderung der Priorität 3 gleich einer maximalen Spannungsänderung von 12VB; und (iii) eine maximale Spannungsänderung der Priorität 2 gleich einer maximalen Spannungsänderung von 48V. Die Ausgleichsverhältnisse im Spannungsbereich für die Prioritäten 1-3 können jeweils durch die Gleichungen 1-3 dargestellt werden. Leistung PR1 = ABS ( Strom Pr1 ) * ( Sollspanung PR1 / Maximalspannungs ä n d e r u n g PR1 )
    Figure DE102020102806A1_0001
     Leistung PR2 = ABS ( Strom Pr2 ) * ( Zielspannung PR1 / Maximalspannungs ä n d e r u n g PR2 )
    Figure DE102020102806A1_0002
     Leistung PR3 = ABS ( Strom Pr3 ) * ( Zielspannung PR1 / Maximale Spannungs ä n d e r u n g PR3 )
    Figure DE102020102806A1_0003
  • Die minimale Anzahl von 12V-Blöcken pro Quell-Klemme kann durch die Einstellung bestimmt werden: die minimale Anzahl von Blöcken der Priorität 1 gleich der minimalen Anzahl von Blöcken der 12VA; die minimale Anzahl von Blöcken der Priorität 3 gleich der minimalen Anzahl von Blöcken der 12VB; und die minimale Anzahl von Blöcken der Priorität 2 gleich der minimalen Anzahl von Blöcken der 48V.
  • Als Beispiel kann die Blockzuordnung (oder die Zuordnung für die Prioritäten 1-2 durch die Gleichungen 4-5 dargestellt werden, wobei: MAX (A, B) ist die maximale Anzahl von A und B; Round ist eine Funktion, die auf eine nächste ganze Zahl rundet; MIN(x, y) ist die minimale Anzahl von x und y; MINPR1 ist die minimale Anzahl von Blöcken der Priorität 1; und MINPR2 ist die minimale Anzahl von Blöcken der Priorität 2. Blockzuordnung PR1 = MAX ( Rund ( Power PR1 ( Power PR1 + Power Pr2 + Power PR3 ) * Gesamtanzahl der Bl ö c k e ) ,  MIN PR1 )
    Figure DE102020102806A1_0004
     Blockzuordnung PR2 = MAX ( Rund ( Power PR2 / ( Power PR2 + Power PR3 ) * ( Gesamtzahl der Bl ö cke − Anzahl der Bl ö cke der Priorit ä t 1 Bl ö cke ) ) ) ,  MIN ( minimale Anzahl der Blöcke der Priorität 2 , ( Gesamtzahl der Bl ö cke − Anzahl der Bl ö cke der Priorit ä t 1  ) ) ) )
    Figure DE102020102806A1_0005
  • Die Blockzuordnung für die Priorität 3 wird auf 0 gesetzt (d.h. die 12VB Quell-Klemme ist AUS), wenn die Gesamtzahl der Blöcke minus die Anzahl der Blöcke der Priorität 1 minus die Anzahl der Blöcke der Priorität 2 kleiner als die Mindestzahl der Blöcke der Priorität 3 ist, andernfalls wird die Blockzuordnung für die Priorität 3 auf die Gesamtzahl der Blöcke minus die Anzahl der Blöcke der Priorität 1 minus die Anzahl der Blöcke der Priorität 2 eingestellt.
  • Der Laststrom kann gleich einer Summe aus externen Lastströmen und Strom für Lastausgleichszellen sein, die Strom auf anderen Leistungsschienen liefern. Anstelle oder zusätzlich zur Verwendung von Leistungsraten (oder Leistungsstufen, die den Quell-Klemmen zugeordnet sind) für Berechnungen können SOC-Änderungen und/oder Stromabflüsse für die oben beschriebenen Berechnungen verwendet werden. Die hierin beschriebenen Berechnungen können ebenfalls für eine beliebige Anzahl von Leistungsbereichen (z.B. Quell-Klemmen und/oder Leistungsschienen) durchgeführt werden. Eine Abtastrate und Mittelungszeit, die mit den erfassten Parametern verbunden sind, kann vom MODACS-Steuermodul angepasst werden, um den Stromverbrauch des Algorithmus, die Ladeleistung, die Lastanforderungen und die Genauigkeit der Spannungsregelung zu verbessern. Das Laden und Entladen kann getrennt von der absoluten Stromaufnahme erfolgen, wobei verschiedene Bereiche für maximale Spannungserhöhungen und maximale Spannungsabfälle berücksichtigt werden. Die angegebenen Berechnungen können auf Berechnungen für eine minimale Überbrückungszeit zur Erfassung der Anforderungen an die Backup-Leistungsüberbrückungszeit für jeden Leistungsbereich basieren und/oder diese beinhalten.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 16 kann ein aktueller Zustand (z.B. Zustand 1600) in den normalen Betriebszustand 1602 (oder normalen Betriebsmodus) übergehen, z.B. wenn die autonome Kapazitätszuweisung EIN ist und kein Fehler mit einem Generator und/oder einem Quell-Terminal erkannt wird. Die autonome Kapazitätszuweisung kann sich auf das MODACS-Steuerungsmodul beziehen, das wie vorstehend beschrieben automatisch eine verbundene Konfiguration bestimmt und Schaltzustände einstellt. Der Normalmodus kann einen vorgegebenen Satz von Lastprioritäten und Einstellungen beinhalten. Beispiele für Prioritäten im Normalbetrieb sind oben beschrieben. Mindestens 12V Blockzuweisungen können entsprechend den Prioritäten und Einstellungen des Normalmodus eingestellt werden. Das MODACS-Steuermodul kann aus dem normalen Betriebsmodus austreten, wenn die autonome Kapazitätszuweisung AUS ist.
  • Das MODACS-Steuermodul kann in den Generator-Fehlerzustand 1604 übergehen, wenn ein Fehler an einem Generator (oder SGU) erkannt wird und die autonome Kapazitätszuweisung EIN ist. Dies kann über das Fahrzeugsteuermodul an das MODACS-Steuermodul gemeldet werden. Das MODACS-Steuermodul setzt Lastprioritäten für die Einstellung von Generatorfehlern und setzt mindestens 12V-Blockzuweisungen für die Einstellung von Generatorfehlern. Dies kann wie vorstehend beschrieben das Zuweisen von Leistung an Sicherheitslasten und das Minimieren und/oder Stoppen der Leistungsabgabe an andere Lasten beinhalten.
  • Das MODACS-Steuermodul kann in den 48V (oder erste Quell-Klemme) Fehlerzustand 1606 übergehen, wenn ein Fehler mit der 48V (oder ersten Spannungspotential) Leistungsschiene und/oder der ersten Quell-Klemme verbunden ist und die autonome Kapazitätszuweisung eingeschaltet ist. Im 48V-Fehlerzustand schaltet das MODACS-Steuermodul die 48V-Quelle AUS, stellt den 48V-Strom auf 0 und setzt die 48V-Mindestanzahl der Blöcke auf 0. Wenn an der entsprechenden Leistungsschiene keine 48V-Unterspannung oder 48V-Überspannung anliegt und/oder wenn an der entsprechenden Leistungsschiene eine 48V-Unterspannung oder eine 48V-Überspannung anliegen würde, dann geht das MODACS-Steuermodul aus dem 48V-Fehlerzustand 1606 über.
  • Das MODACS-Steuermodul kann in den Fehlerzustand 12VA (oder zweite Quell-Klemme) 1608 übergehen, wenn ein Fehler mit der 12VA (oder zweiten Spannungspotential) Leistungsschiene und/oder der zweiten Quell-Klemme verbunden ist und die autonome Kapazitätszuweisung eingeschaltet ist. Im Fehlerzustand 12VA schaltet das MODACS-Steuermodul die 12VA-Quell-Klemme AUS, stellt den 12VA-Strom auf 0 und stellt die 12VA-Mindestanzahl der Blöcke auf 0 ein. Wenn an der entsprechenden Leistungsschiene keine 12VA Unterspannung oder 12VA Überspannung anliegt und/oder die 12VA Unterspannung oder 12VA Überspannung an der entsprechenden Leistungsschiene anliegen würde, dann geht das MODACS-Steuermodul vom 12VA-Fehlerzustand 1608 über.
  • Das MODACS-Steuermodul kann in den Fehlerzustand 12VB (oder dritte Quell-Klemme) 1610 übergehen, wenn ein Fehler mit der 12VB (oder dritten Spannungspotential) Leistungsschiene und/oder der dritten Quell-Klemme verbunden ist und die autonome Kapazitätszuweisung eingeschaltet ist. Im Fehlerzustand 12VB schaltet das MODACS-Steuermodul die 12VB-Quell-Klemme AUS, stellt den 12VB-Strom auf 0 und stellt die minimale Anzahl der Blöcke auf 0 ein. Wenn an der entsprechenden Leistungsschiene keine 12VB Unterspannung oder 12VB Überspannung anliegt und/oder wenn an der entsprechenden Leistungsschiene eine 12VB Unterspannung oder eine 12VB Überspannung anliegen würde, dann geht das MODACS-Steuermodul aus dem Fehlerzustand 12VB 1610 über.
  • Der oben beschriebene Algorithmus beinhaltet bei der Implementierung eine Kapazitätszuweisung basierend auf: Fahrzeugbetriebszustand (oder Modus); Zuständen von Leistungsschienen; Laststrom; Überbrückungszeit der Leistungsschiene; Stromversorgung der Verbraucher; Rate der Kapazitätsänderungen für jedes Quell-Terminal, Leistungsschiene und/oder MODACS als Ganzes; Priorisierung der Stromdomäne (oder Schiene) und Mindestkapazitätsanforderungen für jedes der Quell-Terminals. Der Algorithmus beinhaltet die Verwendung eines zulässigen Spannungsregelungsfensters für jedes Quellgerät.
  • Die folgenden 17-18 sind auf eine exemplarische MODACS-Schaltung 1700 gerichtet, wie in 17 dargestellt. Diese Beispiele beziehen sich auf ein MODACS mit einer oder mehreren Quell-Klemmen. Die MODACS-Schaltung 1700 kann multifunktionale Halbleiterschalter, Schalteransteuerschaltungen, Strom- und Spannungserfassungsschaltungen beinhalten, die in einer Minimalschalterzählungstopologie angeordnet sind, um eine bedarfsgerechte Kapazitätszuweisung für Quellendstufen mit ähnlichen oder ungleichen voreingestellten (oder Soll-)Spannungen zu ermöglichen. Die MODACS-Schaltung 1700 ist flexibel, modular und hat minimale Größe, Komplexität, Gewicht und Komponentenanzahl. Aus mindestens diesen Gründen minimiert die MODACS-Schaltung 1700 den Fertigungsaufwand.
  • Wie dargestellt, beinhaltet die MODACS-Schaltung 1700 Blöcke, wobei jeder Block eine oder mehrere Zellen, 4 oder mehrere Schalter, ein BMS-Modul und Quell-Klemmen mit entsprechenden Leistungsschienen beinhaltet. Ein exemplarischer Block 1702 wird skizziert und beinhaltet eine oder mehrere Zellen 1704, 4 Schalter 1706 und ein GLT-Modul 1708. Drei der Schalter 1706 verbinden die Zelle(n) 1704 jeweils mit den Quell-Klemmen (z.B. werden eine 48V, 12VA und eine 12VB Quell-Klemme angezeigt). Der vierte der v Schalter 1706 verbindet die Zellen 1704 mit einer Erdungsreferenz (oder einem negativen Pol) 1712.
    Wie dargestellt, können die Blöcke in einem Array mit Zeilen und Spalten angeordnet werden. Jeder der Blöcke kann mit Ausnahme einer der Zeilen, die der Bodenreferenz am nächsten liegen, gleich eingerichtet werden. In dieser Reihe beinhaltet jeder der Blöcke drei Schalter anstelle von vier Schaltern. Dadurch werden die entsprechenden Zellen, wie dargestellt, ohne Verwendung von Schaltern mit der Erdungsreferenz verbunden.
  • Wie aus 17 ersichtlich ist, können die Zellen jedes der Blöcke mit jeder der Quell-Klemmen verbunden werden. Jede Zelle kann an eine oder mehrere der Quell-Klemmen angeschlossen werden. Die ersten Schalter in den Blöcken in einer der Reihen (oder der ersten Reihe) können mit der ersten Quell-Klemme (48V Quell-Klemme) verbunden werden. Die ersten Schalter in den Blöcken in einer oder mehreren Zwischenreihen (z.B. die zweite und dritte Reihe) können mit den Zellen in einer vorherigen Reihe verbunden werden. Dadurch können die Zellen in den Blöcken in jeder Spalte in Reihe geschaltet werden. Unter bestimmten Bedingungen werden die Blöcke in Spalten in Reihe geschaltet, um zwei oder mehr Blockreihen zu bilden, und die mehreren Blockreihen werden parallel geschaltet, um die Leistung der ersten Quell-Klemme zu maximieren.
  • Die MODACS-Schaltung 1700 beinhaltet weiterhin ein MODACS-Steuermodul 1720, das Zustände der Blöcke steuert. Das MODACS-Steuermodul 1720 empfängt BMS-Signale von den BMS-Modulen und ein Systemleistungsanforderungssignal von einem Fahrzeugsteuermodul. Basierend auf den Prioritäten der Spannungsquellenanschlüsse, den Parametern sowie den Leistungs- und Stromanforderungen, die durch das Anforderungssignal der Systemkapazität angezeigt werden, bestimmt das MODACS-Steuermodul 1720 eine verbundene Konfiguration und setzt Zustände der Schalter der Blöcke. Die Parameter können Spannungen, Leistungsstufen, Strompegel und Temperaturen beinhalten, die in den BMS-Signalen angegeben sind. Das MODACS-Steuermodul 1720 erzeugt ein Ist-Kapazitätszuweisungssignal, das die Kapazitätszuweisung für die Quell-Klemmen anzeigt. Die tatsächliche Kapazitätszuweisung stimmt möglicherweise nicht mit der angeforderten Kapazitätszuweisung überein, je nachdem, ob: der Zustand der MODACS einschließlich der Tatsache, ob es Fehler oder Kurzschlüsse gibt; und die SOH der Zellen. Das tatsächliche Kapazitätszuweisungssignal kann vom MODACS-Steuermodul 1720 an das Fahrzeugsteuermodul übertragen werden.
  • Die MODACS-Schaltung 1700 beinhaltet eine 12V-Schaltmatrix, eine Architektur und Schaltersteuerungen, um die Eliminierung der 12V-Stabilisierung mit einem DC/DC-Wandler, wie beispielsweise einem 48V bis 12V DC/DC-Buck- oder Boost-Wandler, und/oder die Eliminierung der 12V und/oder 48V redundanten Backup-Leistung zu ermöglichen. Die MODACS-Schaltung 1700 weist eine Minimalschaltung, einen Block, eine Schalterkonfiguration für eine Hochleistungs- und Hochspannungsquelle (z.B. V1 größer oder gleich 24V) und mindestens zwei Niederspannungs- und Niederspannungsquellenanschlüsse (z.B. zwei 12V) auf. Die Schalter können Halbleiterschalter sein, um eine schnelle, rauschfreie Rekonfiguration zu ermöglichen. Die Schalter können für eine bidirektionale Spannungs- und Stromblockierung eingerichtet werden, um Kurzschlüsse zwischen Hoch- und Niederspannungsquellen zu vermeiden. Schalter, die für unidirektionale Spannungs- und Stromblockierung eingerichtet sind, können verwendet werden, um Verluste selektiv zu minimieren.
  • Die Schalter können in einem einzelnen Chip oder in einem Multi-Chip-Gehäuse implementiert werden. Die Schalter können Enhancement Mode Silizium-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Galliumnitrid-(GaN)-FETs, Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFETs, Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) und/oder andere Schalter beinhalten. Die Schalter können sich zur Impedanzanpassung in einem EIN-Zustand, einem AUS-Zustand oder einem linearen Betriebszustand befinden. Die Schalter können zusammen mit Treibern und Verriegelungslogik integriert werden, um Kurzschlüsse zwischen Blöcken, zwischen verschiedenen Quell-Klemmen und zwischen einer Quell-Klemme und einer Erdungsreferenz zu vermeiden. Die Schalter werden gesteuert, um an jedem Quell-Terminal eine gewünschte Kapazität zu erreichen, basierend auf den Anforderungen des Fahrzeugsteuermoduls und Statusaktualisierungen in Form von Rückmeldungen von den BMS-Modulen der Blöcke.
  • In einer Ausführungsform sind die Zellen Lithium-Batterie-Zellen, können aber auch andere Arten von Zellen sein. Das Beispiel von 17 veranschaulicht eine minimalistische Architektur mit einer minimalen Anzahl von Blöcken und Schaltern pro Block, um 48V, 12VA und 12VB Ausgänge ohne DC/DC-Wandler bereitzustellen.
  • Als Beispiel kann die MODACS-Schaltung 1700 12V, 6 Amperestunden (Ah) Blöcke beinhalten, die wie oben beschrieben in Reihe und parallel geschaltet werden können, um einen 48V-Ausgang für 72Ah bereitzustellen. Tabelle 1 zeigt eine exemplarische Amperestundenzuordnung für die drei Quell-Klemmen und die entsprechenden Fahrzeugbetriebsarten. Die Tabelle zeigt auch, ob Standby, Kurbel, Stabilisierung, Energie, Sicherheit und/oder andere Betriebsmerkmale priorisiert und/oder maximiert werden. Tabelle 1 - Amperestundenzuordnung pro Fahrzeugbetriebsart
    Fahrzeug-Betriebsart 48V - Erste Quell-Klemme 12VA - Stabilisiert, zweite Quell-Klemme 12VB - Dritte Quell-Klemme Betriebscharakteristik
    AUS Testmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah Standby-Lasten haben höchste Prioritätsstufe
    Hilfsmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah Standby -Lasten haben höchste Prioritätsstufe
    Kaltkurbelmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah Kurbelwellenlaste n haben höchste Priorität.
    Betriebsmodus 6 Ah 24 Ah 24 Ah Si cherhei tslasten haben höchste Priorität.
    12V Autostart-Modus 0 Ah 24 Ah 48 Ah Stabilisierung bei höchster Priorität
    Regenerativer oder Boost-Modus 12 Ah 12 Ah 12 Ah Maximierte Energie
    12V Stabilisierter Fehlermodus 6 Ah 0 Ah 48 Ah Si cherhei tslasten haben höchste Priorität.
    12V Fehlermodus 6 Ah 48 Ah 0 Ah Si cherhei tslasten haben höchste Priorität.
    Ladestromfehlermod us (Generator, Advanced Power Management (APM) oder anderer Fehler) Allokation basierend auf Lastpriorisierung Allokation basierend auf Lastpriorisierung Allokation basierend auf Lastpriorisierung Si cherhei tslasten haben höchste Priorität.
  • Bestimmte minimal quantisierte Amperestunden können für jede Quell-Klemme basierend auf der Größe der Blöcke bestimmt werden (d.h. die Anzahl der Zellen, Nennspannungen, Nennströme usw. der einen oder mehreren Zellen in jedem Block). Herstellungs- und Gewährleistungsprüfungen können durchgeführt werden, um die MODACS in einem einzelnen 12V-Modus zu testen und einfach zu testen und zu warten.
  • 18 zeigt ein Beispiel für die Schaltersteuerung 1800. Ein Teil oder die gesamte Schaltersteuerschaltung 1800 kann in einem MODACS-Steuermodul implementiert werden. Jeder Schalter im MODACS-Kreis 1700 von 17 kann einen entsprechenden Schaltersteuerkreis 1800 aufweisen, wie in 18 dargestellt.
  • Die Schaltersteuerschaltung 1800 kann einen Pulsweitenmodulationsfilter (PWM) und eine Endschaltung 1802, Proportional- und Integralschleifen 1804 und eine Stromkonditionierungsschaltung 1806 beinhalten, die zum Steuern eines Zustands einer Schalterschaltung 1808 verwendet werden. Der Schaltkreis 1808 kann einen der Schalter in 17 darstellen und/oder ersetzen.
  • Der PWM-Filter und die Begrenzungsschaltung 1802 können ein PWM-Steuersignal vom MODACS-Steuermodul 1720 aus 17 empfangen, das PWM-Steuersignal filtern und verstärken, um Ausgangssignale zu erzeugen und die Ausgangssignale auf vorgegebene Bereiche zu begrenzen. Die Ausgangssignale werden den Proportional- und Integralschleifen 1804 zugeführt, zu denen Verstärker gehören, die Stromfehler minimieren. Die Proportional- und Integralschleifen 1804 minimieren Fehler zwischen den Ausgängen des PWM-Filters und der Endschaltung 1802 und der Stromkonditionierungsschaltung 1806 und erzeugen Ausgangssignale, die einem oder mehreren Schaltern der Schalterschaltung 1808 zugeführt werden.
  • Der Schaltkreis 1808 kann einen oder mehrere Schalter (zwei Schalter 1810, 1812 sind dargestellt) und einen Stromsensor 1814 beinhalten, der wie dargestellt in Reihe geschaltet werden kann. Der Stromsensor 1814 erfasst den Strom, der durch einen oder mehrere Schalter fließt und erzeugt ein Stromsignal. Die Stromkonditionierungsschaltung 1806 filtert und verstärkt das Stromsignal, um Ausgänge zu erzeugen, die den proportionalen Integralschleifen 1804 zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Schalter des Schaltkreises 1808 können jeden der oben genannten Schalter beinhalten. Die Schalter können uni- oder bidirektionale Schalter sein. Wenn die Schalter unidirektional sind, werden die Schalter verwendet, um Spannung und Strom entweder zum Laden oder Entladen zu blockieren, nicht sowohl zum Laden als auch zum Entladen. In einer Ausführungsform beinhalten die Schalter zwei bidirektionale Schalter, mit denen Spannung und Strom beim Laden in eine erste Richtung und beim Entladen in eine zweite Richtung blockiert werden. Die Schalter können wie abgebildet N-Kanal-FETs oder andere Transistortypen beinhalten.
  • In einer Ausführungsform können sich die Schalter in einem EIN-Zustand, einem AUS-Zustand oder einem linearen Betriebszustand befinden. Wenn die von den Steuerklemmen der Schalter empfangenen Signale ein Tastverhältnis in einem ersten Bereich haben (z.B. 0-10%), befinden sich die Schalter im AUS-Zustand, um Spannung und Strom zu blockieren. Wenn die Schalter Signale mit einem Tastverhältnis in einem zweiten Bereich (z.B. 90-100%) empfangen, befinden sich die Schalter im EIN-Zustand. Wenn die Schalter Signale mit einem Tastverhältnis in einem dritten Bereich (z.B. 10-90%) empfangen, können die Schalter linear betrieben werden. Dadurch kann die Strommenge, die durch die Schalter fließt, eingestellt werden.
  • Die Anzahl der Zeilen, Spalten, Blöcke, Schalter pro Block, die Gesamtzahl der Schalter, die Anzahl der Prioritätsstufen, die Anzahl der Leistungsschienen und/oder Quell-Klemmen, die Anzahl der seriell verbundenen Blöcke und die Anzahl der parallel verbundenen Blöcke einer MODACS-Schaltung bestimmt die Granularität, Selektivität und Flexibilität bei der Zuweisung von Leistung an jedes der Quell-Klemmen. Jeder Block kann eine beliebige Anzahl von Zellen und die zugehörigen Amperestunden, Spannungen, Leistungsstufen und Stromstärken aufweisen.
  • Tabelle 2 enthält exemplarische Schaltzustände für verschiedene Fahrzeugbetriebsarten für die MODACS-Schaltung von 17 einschließlich der entsprechenden Amperestunden für jede Betriebsart. Tabelle 2 - Schaltzustände für Fahrzeugbetriebsarten
    Fahrzeug-Betriebsart 48V - Erste Quell-Klemme 12VA - Zweite Quell-Klemme 12VB - Dritte Quell-Klemme Schaltet EIN Schaltet AUS oder gesperrt aus
    AUS Testmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah S3, S6, S9, S12, S13, S14, S15, S18, S19, S22, S23, S26, S27, S30, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    Hilfsmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah S3, S6, S9, S12, S13, S14, S15, S18, S19, S22, S23, S26, S27, S30, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    Kaltkurbelmodus 0 Ah 0 Ah 72 Ah S3, S6, S9, S12, S13, S14, S15, S18, S19, S22, S23, S26, S27, S30, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    Betriebsmodus 6 Ah 24 Ah 24 Ah S1, S4, S7, S10, S17, S19, S21, S23, S25, S27, S29, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    12V Autostart-Modus 0 Ah 24 Ah 48 Ah S2, S5, S8, S11, S13, S14, S15, S18, S19, S22, S23, S26, S27, S30, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    Regenerativer Boost-Modus 12 Ah 12 Ah 12 Ah S1, S4, S7, S10, S16, S20, S24, S28, S32, S34, S36, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    12VA Fehlermodus 6 Ah 0 Ah 48 Ah S1, S4, S7, S10, S17, S19, S22, S23, S26, S27, S30, S33, S34, S37, S38, S41, S42, S45 Andere Schalter der Blöcke
    12VB Fehlermodus 6 Ah 48 Ah 0 Ah S1, S4, S7, S10, S17, S19, S21, S23, S25, S27, S29, S32, S34, S36, S38, S40, S42, S44 Andere Schalter der Blöcke
  • Während die der Tabelle 2 zugeordnete exemplarische Schaltlogik ein mögliches Beispiel für eine Schalterkombination ist, können die angegebenen Modi erfüllt werden, indem andere verbundene Konfigurationen mit entsprechend unterschiedlichen Schaltzuständen bereitgestellt werden. So können sich beispielsweise im Betriebsmodus, anstatt dass sich die Schalter S1, S4, S7 und S10 in einem EIN-Zustand befinden, die Schalter in einer anderen Spalte, wie beispielsweise die Schalter S16, S20, S24, S28 in einem EIN-Zustand befinden.
  • Die vorstehende Beschreibung hat lediglich illustrativen Charakter und soll in keiner Weise die Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendung einschränken. Die weit gefasste Lehre der Offenbarung kann in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht so begrenzt sein, da sich andere Änderungen nach einer Studie der Figuren, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ergeben werden. Es ist zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb einer Methode in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen vorstehend beschrieben wird, dass sie bestimmte Merkmale aufweist, kann jedes oder mehrere der beschriebenen Merkmale in Bezug auf eine Ausführungsform der Offenbarung in Merkmale einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit diesen kombiniert werden, auch wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben wird. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und die Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen untereinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
  • Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltelementen, Halbleiterschichten usw.) werden durch verschiedene Begriffe beschrieben, darunter „verbunden“, „eingerastet“, „gekoppelt“, „benachbart“, „angrenzend“, „neben“, „oben“, „auf“, „unten“ und „angeordnet“. Sofern nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung, wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung beschrieben wird, eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, sondern auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte die Phrase mindestens eines von A, B und C so ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen ODERs bedeutet, und nicht so ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
  • In den Figuren zeigt die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angezeigt wird, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn beispielsweise Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber Informationen, die von Element A an Element B übertragen werden, für die Darstellung relevant sind, kann der Pfeil von Element A an Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine weiteren Informationen von Element B an Element A übertragen werden. Außerdem kann Element B für Informationen, die von Element A an Element B gesendet werden, Anfragen oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
  • In dieser Anwendung, einschließlich der folgenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. „Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, Teil davon sein oder beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gateanordnung (FPGA); eine Prozessorsteuerung (shared, dedicated oder group), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (shared, dedicated oder group), die Code speichert, der von der Prozessorsteuerung ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten Komponenten, wie beispielsweise in einem System-on-Chip.
  • Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Wide Area Network (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines bestimmten Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt werden, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. So können beispielsweise mehrere Module einen Lastenausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server- (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) eine bestimmte Funktionalität im Namen eines Client-Moduls ausführen.
  • Der oben verwendete Begriff Code kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff Shared Processor Circuit umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf Mehrfachprozessorschaltungen umfassen Mehrfachprozessorschaltungen auf diskreten Matrizen, Mehrfachprozessorschaltungen auf einem einzelnen Matrizen, Mehrfachkerne einer einzelnen Prozessorschaltung, Mehrfachfäden einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus den obigen. Der Begriff Shared Memory-Schaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code aus einem oder mehreren Modulen speichert.
  • Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der hierin verwendete Begriff computerlesbares Medium umfasst nicht vorübergehende elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (z.B. auf einer Trägerwelle); der Begriff computerlesbares Medium kann daher als materiell und nicht vorübergehend angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nichtflüchtiges, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (wie ein analoges oder digitales Magnetband oder eine Festplatte) und optische Speichermedien (wie eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
  • Die in dieser Anwendung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialcomputer implementiert werden, der durch Konfiguration eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen enthalten sind, erstellt wurde. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die routinemäßige Arbeit eines Fachtechnikers oder Programmierers in die Computerprogramme umgesetzt werden können.
  • Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nichtflüchtigen, materiellen, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich auf diese stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Ein-/Ausgabesystem (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Sondercomputers interagiert, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Sondercomputers interagieren, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw.
  • Zu den Computerprogrammen können gehören: (i) beschreibender Text, der analysiert werden soll, wie HTML (Hypertext-Markup-Sprache), XML (erweiterbare Markup-Sprache) oder JSON (JavaScript Object Notation) (ii) Assembler-Code, (iii) Objektcode, der aus dem Quellcode eines Compilers erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler, etc. Der Quellcode kann nur als Beispiel mit Syntax aus Sprachen wie C, C++, C#, ObjectiveC-, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5th Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP) geschrieben werden: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Rubin, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python®.

Claims (10)

  1. Ein modulares, dynamisch zugeordnetes Kapazitätsspeichersystem, MODACS, umfassend: ein Gehäuse, umfassend eine Vielzahl von Quellanschlüssen, die einer ersten Vielzahl von Lasten Energie mit einem ersten Spannungspotential und einer zweiten Vielzahl von Lasten Energie mit einem zweiten Spannungspotential liefern, eine Vielzahl von Schaltern, eine Vielzahl von Zellen, die eingerichtet sind, um, basierend auf Zuständen der Vielzahl von Schaltern, jeden der Vielzahl von Quellanschlüssen mit Strom zu liefern, und eine Vielzahl von Abtastmodulen, die eingerichtet sind, um Parameter jeder der Vielzahl von Zellen zu bestimmen und entsprechende Statussignale zu erzeugen; und ein Steuermodul, das eingerichtet ist, um ein Leistungsanforderungssignal zu empfangen, und basierend auf dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern jeder der Vielzahl von Zellen, (i) eine verbundene Konfiguration für die Vielzahl von Zellen relativ zueinander und die Vielzahl von Quellanschlüssen zu bestimmen, und (ii) Zustände der Vielzahl von Schaltern gemäß der verbundenen Konfiguration zu setzen.
  2. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Verbinden der Vielzahl von Zellen in einer Vielzahl von Paketen und Verbinden der Vielzahl von Paketen in einer Vielzahl von Gruppen, wobei jedes der Pakete eine oder mehrere der Vielzahl von Zellen beinhaltet, und wobei jede der Vielzahl von Gruppen eines oder mehrere der Vielzahl von Paketen beinhaltet; Bestimmen von Spannungen, Temperaturen, Stromwerten und Ladezuständen für jedes der Vielzahl von Paketen, jede der Vielzahl von Gruppen und eine Gesamtschaltung der Vielzahl von Gruppen, einschließlich paketspezifischer Parameter, die für jedes der Vielzahl von Paketen spezifisch sind, gruppenspezifischer Parameter, die für jede der Vielzahl von Gruppen spezifisch sind, und Parameter, die für die Gesamtschaltung spezifisch sind; und Bestimmen der verbundenen Konfiguration basierend auf den paketspezifischen Parametern, den gruppenspezifischen Parametern und den für die gesamte Schaltung spezifischen Parametern.
  3. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Bestimmen mindestens eines von Ladezuständen, Gesundheitszuständen oder Funktionszuständen für jede der Vielzahl von Zellen, jedes einer Vielzahl von Paketen, jede einer Vielzahl von Gruppen und einer Gesamtschaltung der Vielzahl von Gruppen, wobei jedes der Vielzahl von Paketen eine oder mehrere der Vielzahl von Zellen beinhaltet, wobei jede der Vielzahl von Gruppen eine oder mehrere der Vielzahl von Paketen beinhaltet, und wobei die Gesamtschaltung die Vielzahl von Gruppen beinhaltet; und Bestimmen der verbundenen Konfiguration basierend auf dem mindestens einen von Ladezuständen, Gesundheitszuständen oder Funktionszuständen.
  4. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist, um die verbundene Konfiguration zu bestimmen, um Leistungspegel und Strompegel an jeder der Vielzahl von Quellanschlüssen zu maximieren, während die Anforderungen für jede der Vielzahl von Quellanschlüssen erfüllt werden und mindestens eine von vorgegebenen Spannungen, vorgegebenen thermischen Grenzen, vorgegebenen Ladezustandsgrenzen, vorgegebenen Zustandsgrenzen, vorgegebenen Zustandsgrenzen oder vorgegebenen Funktionszustandsgrenzen nicht überschritten wird.
  5. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Bestimmen von Spannungen, Temperaturen und Stromwerten der Vielzahl von Zellen, einer Vielzahl von Paketen, einer Vielzahl von Gruppen und einer Gesamtschaltung, wobei jedes der Pakete eine oder mehrere der Vielzahl von Zellen beinhaltet, wobei jede der Vielzahl von Gruppen eines oder mehrere der Vielzahl von Paketen beinhaltet, und wobei die Gesamtschaltung die Vielzahl von Gruppen beinhaltet; Bestimmen von momentanen Leistungs- und Strombegrenzungen, kurzfristigen Leistungs- und Strombegrenzungen und Leistungs- und Strombegrenzungen über einen längeren Zeitraum für mindestens eine der Vielzahl von Zellen, der Vielzahl von Paketen, der Vielzahl von Gruppen oder der Gesamtschaltung; und Bestimmen der verbundenen Konfiguration basierend auf den momentanen Leistungs- und Stromgrenzwerten, den kurzfristigen Leistungs- und Stromgrenzwerten sowie den Leistungs- und Stromgrenzwerten über einen längeren Zeitraum.
  6. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Arbeiten in einer Vielzahl von Modi, einschließlich eines regenerativen Modus, eines Boost-Modus und eines Auto-Start-Modus; Auswählen eines aus der Vielzahl von Modi basierend auf dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern; und Bestimmen der verbundenen Konfiguration basierend auf dem ausgewählten Modus der Vielzahl von Modi, dem Leistungsanforderungssignal und den Parametern.
  7. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei: das Steuermodul eingerichtet ist, um jede der Vielzahl von Zellen in einer Vielzahl von Gruppen zu verbinden; und Verbinden der Vielzahl von Gruppen parallel, um eine der Vielzahl von Quellanschlüssen mit Strom zu liefern.
  8. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei: die Vielzahl von Quellanschlüssen einen ersten Quellanschluss und einen zweiten Quellanschluss umfasst; und das Steuermodul eingerichtet ist, um erste der Vielzahl von Zellen zum Liefern des ersten Quellanschlusses mit Energie zu verbinden, und zweite der Vielzahl von Zellen zum Liefern des zweiten Quellanschlusses mit Energie zu verbinden.
  9. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Bestimmen von Spannungen, Temperaturen und Stromwerten von Zell sätze, wobei jede der Gruppen eine oder mehrere Zellen beinhaltet; Bestimmen der momentanen Leistungs- und Stromgrenzen, der kurzfristigen Leistungs- und Stromgrenzen sowie der kontinuierlichen Leistungs- und Stromgrenzen jedes der Zellsätze; und selektives Verbinden der einzelnen Zellsätze mit einem oder mehreren der Vielzahl von Quellanschlüssen basierend auf den Spannungen, Temperaturen, Strompegeln, momentanen Leistungs- und Strombegrenzungen, kurzfristigen Leistungs- und Strombegrenzungen sowie kontinuierlichen Leistungs- und Strombegrenzungen.
  10. Das MODACS nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eingerichtet ist zum: Verbinden der Vielzahl von Zellen in Gruppen; Bestimmen eines Ladezustandes jeder der Gruppen; und für eine Entladestromanforderung, basierend auf den Ladezuständen der Gruppen, Bestimmen einer Anzahl der Gruppen, die parallel verbunden werden sollen, und Auswählen einer der Gruppen mit den höchsten Ladezuständen, um eine Parallelschaltung zu bilden, ohne die anderen Gruppen mit der Parallelschaltung zu verbinden.
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