DE102020102811A1

DE102020102811A1 - System zum modulieren von schaltwiderständen in einem batteriesystem

Info

Publication number: DE102020102811A1
Application number: DE102020102811.3A
Authority: DE
Inventors: Dave G. Rich; Lyall K. Winger; Saad Hasan; Varsha K. Sadekar; Robert A. De Stefano; Gary W. Gantt Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2020-09-03
Also published as: CN111640996A; US10800285B2; US20200276911A1; CN111640996B

Abstract

In einem Beispiel wird ein Batteriesteuerungssystem offenbart. Das Batteriesteuerungssystem kann eine Vielzahl von Batterien, eine erste Anschluss, eine zweite Anschluss und eine dritte Anschluss beinhalten. Das Batteriesteuerungssystem beinhaltet auch eine Vielzahl von Schaltern, die eingerichtet sind, um eine erste Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von der ersten Anschluss und der dritten Anschluss zu verbinden und um eine zweite Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von der zweiten Anschluss und der dritten Anschluss zu verbinden. Das Batteriesteuerungssystem offenbart auch ein Schalter-Widerstandsmodulationsmodul, das eingerichtet ist, um einen Widerstand mindestens eines Schalters aus der Vielzahl der Schalter zwischen Null- und Unendlich-Ohm basierend auf einem Batterieparameter und einem Steuersignal zu modulieren.

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.
Einige Fahrzeugtypen beinhalten nur einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsmoment erzeugt. Andere Fahrzeugtypen sind ein Batteriesystem und ein oder mehrere Elektromotoren. Hybridfahrzeuge beinhalten sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen oder mehrere Elektromotoren. Bestimmte Fahrzeuglasten arbeiten bei höheren Spannungen effizienter, während andere Fahrzeuglasten bei niedrigeren Spannungen effizienter arbeiten.
BESCHREIBUNG
In einem Beispiel wird ein Batteriesteuerungssystem offenbart. Das Batteriesteuerungssystem kann eine Vielzahl von Batterien, einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss beinhalten. Das Batteriesteuerungssystem beinhaltet auch eine Vielzahl von Schaltern, die eingerichtet sind, um eine erste Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden und um eine zweite Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden. Das Batteriesteuerungssystem offenbart auch ein Schalter-Widerstandsmodulationsmodul, das eingerichtet ist, um einen Widerstand mindestens eines Schalters aus der Vielzahl der Schalter zwischen Null- und Unendlich-Ohm basierend auf einem Batterieparameter und einem Steuersignal zu modulieren.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zu modulieren, um Stromfluss zu leiten.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zu modulieren, um die Lithiumbeschichtung zu reduzieren.
Bei weiteren Merkmalen wird das Steuersignal von einem Motorsteuergerät erzeugt.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul ferner eingerichtet, um einen oder mehrere Betriebsbedingungen entsprechend der Batterie zu überprüfen, wobei die Überprüfung auf einem Vergleich der Batterieparameter mit einem vorbestimmten Schwellenwert basiert.
In weiteren Merkmalen umfasst die Vielzahl der Schalter mindestens einen von einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Feldeffekttransistor (FET).
In weiteren Merkmalen beinhaltet das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eine erste Nachschlagetabelle, die die mit der ersten Batterie verbundenen Stromwerte indiziert, und eine zweite Nachschlagetabelle, die die mit der zweiten Batterie verbundenen Stromwerte indiziert.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet, um ein Modulationssignal basierend auf einem kleinsten gemeinsamen Wert zwischen der ersten Nachschlagetabelle und der zweiten Nachschlagetabelle zu erzeugen.
In einem Beispiel wird ein Batteriesteuerungssystem offenbart. Das Batteriesteuerungssystem beinhaltet eine Vielzahl von Batterien, einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Das Batteriesteuerungssystem beinhaltet auch eine Vielzahl von Schaltern, die eingerichtet sind, um eine erste Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden und um eine zweite Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden. Das Batteriesteuerungssystem beinhaltet auch ein Schalter-Widerstandsmodulationsmodul, das eingerichtet ist, um einen Widerstand mindestens eines Schalters aus der Vielzahl der Schalter zwischen Null- und Unendlich-Ohm basierend auf einem Batterieparameter und einem Steuersignal zu modulieren. Das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul beinhaltet eine erste Nachschlagetabelle, die der ersten Batterie zugeordnete Stromwerte indexiert, und eine zweite Nachschlagetabelle, die der zweiten Batterie zugeordnete Stromwerte indexiert, wobei das Schalterwiderstandsmodul eingerichtet ist, um den Widerstand gemäß einem am wenigsten gemeinsamen Wert basierend auf den in der ersten Nachschlagetabelle indexierten Stromwerten und den in der zweiten Nachschlagetabelle indexierten Stromwerten zu modulieren.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zu modulieren, um Stromfluss zu leiten.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zu modulieren, um die Lithiumbeschichtung zu reduzieren.
Bei weiteren Merkmalen wird das Steuersignal von einem Motorsteuergerät erzeugt.
In weiteren Merkmalen ist das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul ferner eingerichtet, um einen oder mehrere Betriebsbedingungen entsprechend der Batterie zu überprüfen, wobei die Überprüfung auf einem Vergleich der Batterieparameter mit einem vorbestimmten Schwellenwert basiert.
In weiteren Merkmalen umfasst die Vielzahl der Schalter mindestens einen von einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Feldeffekttransistor (FET).
In einem Beispiel wird eine Methode offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen eines Batterieparameters, das Empfangen eines Steuersignals und das Modulieren eines Widerstands von mindestens einem Schalter aus einer Vielzahl von Schaltern zwischen Null- und Unendlich-Ohm basierend auf dem Batterieparameter und dem Steuersignal. Die Vielzahl von Schaltern ist eingerichtet, um eine erste Batterie aus einer Vielzahl von Batterien mit und von einem ersten Anschluss und einem dritten Anschluss zu verbinden und eine zweite Batterie aus der Vielzahl von Batterien mit und von einem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden.
In weiteren Merkmalen beinhaltet das Verfahren das Modulieren des Widerstands des mindestens einen Schalters zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zu modulieren, um Stromfluss zu leiten.
In weiteren Merkmalen reduziert die Modulation des Widerstands des mindestens einen Schalters die Lithiumbeschichtung.
Bei weiteren Merkmalen wird das Steuersignal von einem Motorsteuergerät erzeugt.
In weiteren Merkmalen beinhaltet das Verfahren das Überprüfen eines oder mehrerer Betriebsbedingungen, die der Batterie entsprechen, durch Vergleichen der Batterieparameter mit einem vorbestimmten Schwellenwert.
In weiteren Merkmalen umfasst die Vielzahl der Schalter mindestens einen von einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Feldeffekttransistor (FET).
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren. 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 exemplarisches Blockdiagramm eines Antriebsstrangsystems gemäß einer exemplarischen Umsetzung der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein exemplarisches Blockdiagramm einer Batterie gemäß einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein exemplarisches Blockdiagramm eines Batteriesystems gemäß einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein exemplarisches Blockdiagramm eines Batteriesteuerungssystems gemäß einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Offenbarung;
Die 5A bis 5D sind exemplarische schematische Darstellungen von Batterie-Schalter-Anschlüssen gemäß einer exemplarischen Umsetzung der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Modulieren eines Widerstands eines Schalters unter Verwendung eines Batteriesteuerungssystems gemäß einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
7 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Modulieren eines Widerstands eines Schalters unter Verwendung eines Batteriesteuerungssystems gemäß einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher und/oder identischer Elemente wiederverwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung richtet sich an ein Batteriesteuerungssystem zur Modulation eines Schaltwiderstands basierend auf Batterieparametern und Steuersignalen, die von einem oder mehreren Fahrzeugsteuermodulen erzeugt werden. In einer exemplarischen Implementierung beinhaltet eine dem Batteriesteuerungssystem zugeordnete Batterie mehrere Sätze von Ausgangsanschlüssen zur Ausgabe der jeweiligen Spannungen. So beinhaltet die Batterie beispielsweise einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse des ersten Satzes an einem Gehäuse der Batterie zur Ausgabe einer ersten Betriebsspannung (z.B. 12 V oder 48 V) und einen oder mehrere Sätze zweiter Ausgangsanschlüsse am Gehäuse zur Ausgabe einer zweiten Betriebsspannung (z.B. 12 V oder 48 V). Die Batterie kann eine Vielzahl von Schaltern zum Steuern der Betriebsspannungen beinhalten, die an den Anschlüssen ausgegeben werden. Das Batteriesteuerungssystem kann auch ein Schaltwiderstandsmodulationsmodul beinhalten, das einen Widerstand eines oder mehrerer Schalter gemäß den gemessenen Batterieparametern und/oder Steuersignalen, die von einem oder mehreren Fahrzeugsteuermodulen erzeugt werden, modulieren kann.
So können beispielsweise die Schaltwiderstände dynamisch moduliert werden, um unerwünschte Zustände innerhalb des Batteriesystems, wie z.B. Lithiumbeschichtung, thermische Runaway oder dergleichen, zu minimieren. Darüber hinaus können die Schalterwiderstände dynamisch moduliert werden, um sicherzustellen, dass die Grenzwerte für die Batterieleistung eingehalten werden, um die Erwärmung der Batteriezelle in bestimmten Umgebungen zu gewährleisten und um eine Echtzeit-Überprüfung eines oder mehrerer Parameter innerhalb des Batteriesystems zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird 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 oder autonom sein.
Die Luft wird über ein Ansaugsystem 108 in den Motor 102 gesaugt. Das Ansaugsystem 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 Motorsteuermodul (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 mehrere Zylinder beinhaltet, ist zur Veranschaulichung ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. So kann beispielsweise nur der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder beinhalten. 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. Einige Arten von Motoren, wie z. B. homogene HCCI-Motoren (Homogenous Charge Compression Zündung), können sowohl Kompressionszündung als auch Fremdzündung durchführen. Der Zeitpunkt des Zündens 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 160-1 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 bringt elektrische Energie von einer Batterie 208 auf den Elektromotor 198, um den Elektromotor 198 zu veranlassen, ein positives Drehmoment abzugeben. Die Batterie 208 nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein oder mehrere einstellbare Batteriesysteme, wie nachfolgend näher erläutert. 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, ca. 80 km/h), 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 Schlüssel-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 der Batterie 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 in der Batterie 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 eines exemplarischen elektrischen Systems des Fahrzeugs. Das elektrische System beinhaltet die oben beschriebene Batterie 208. Die Batterie 208 verfügt über zwei oder mehr verschiedene Sätze von Ausgangsanschlüssen, um zwei oder mehr Gleichstrombetriebsspannungen (DC) bereitzustellen. Jeder Satz von Ausgangsanschlüssen beinhaltet einen Pluspol und einen Minuspol. Zwei oder mehr Sätze von Ausgangsanschlüssen können sich einen negativen Anschluss teilen, oder die negativen Anschlüsse von zwei oder mehr Sätzen können intern innerhalb der Batterie 208 oder extern verbunden sein. So kann beispielsweise nur die Batterie 208 einen ersten positiven (z.B. 48 Volt (V)) Anschluss 210, einen ersten negativen Anschluss 212, einen zweiten positiven (z.B. einen ersten 12 V) Anschluss 214, einen dritten positiven (z.B. einen zweiten 12 V) Anschluss 216 und einen zweiten negativen Anschluss 220 aufweisen. Während das Beispiel der Batterie 208 mit einer Betriebsspannung von 48 V und zwei Betriebsspannungen von 12 V angegeben ist, kann die Batterie 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 mehreren anderen geeigneten Betriebsspannungen.
Die Batterie 208 beinhaltet eine Vielzahl von Einzelbatterien, wie beispielsweise eine erste Batterie 224-1, .... und eine N-te Batterie 224-N („Batterien 224“) eines einstellbaren Batteriesystems 226, wobei N eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist. N kann in verschiedenen Implementierungen gleich 6, 8, 10 oder 12 sein. Jede der Batterien 224 kann eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten, und jede der Batterien 224 kann separat innerhalb der Batterie 208 ausgetauscht werden. So kann beispielsweise nur jede der Batterien 224 eine einzeln untergebrachte 12 V DC-Batterie sein. Die Möglichkeit, die Batterien 224 einzeln zu ersetzen, kann es der Batterie 208 ermöglichen, eine kürzere Garantiezeit einzubeziehen und die Garantiekosten zu senken. Die Batterien 224 sind auch einzeln trennbar, z.B. bei einem Fehler in einem Batteriemodul. In verschiedenen Implementierungen kann die Batterie 208 den Formfaktor einer standardmäßigen 12-V-Batterie in Automobilqualität aufweisen. In einigen Implementierungen sind die Batterien 224 mechanisch getrennte Batteriepakete und/oder galvanisch getrennt.
Jede der Batterien 224 hat ihre eigene separate Kapazität (z.B. in Amperestunden, Ah). Die Batterie 208 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltern, wie z.B. die ersten Schalter 232-1, ...., N-te Schalter 232-N (zusammen „Schalter 232“). Mit den Schaltern 232 können die Batterien 224 in Reihe, parallel oder in Kombinationen von Reihe und parallel geschaltet werden, um die gewünschten Ausgangsspannungen und Kapazitäten an den Ausgangsanschlüssen bereitzustellen.
Ein Schaltwiderstandsmodulationsmodul 240 steuert die Schalter 232, um die gewünschten Ausgangsspannungen und Kapazitäten an den Ausgangsanschlüssen bereitzustellen. Das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul 240 steuert einen Widerstand der Schalter 232, um die an den Ausgangsanschlüssen bereitgestellte Kapazität basierend auf einer aktuellen Betriebsart des Fahrzeugs zu variieren, wie im Folgenden näher erläutert.
In einigen Beispielen kann die Batterie 208 eine oder mehrere einzelne Standard-Batterien beinhalten, wie beispielsweise eine erste Batterie 244-1, .... und eine M-te Batterie 244-M („Batterien 244“), wobei M eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist. Wie hierin verwendet, entspricht eine „Standard“-Batterie einer nicht einstellbaren Batterie mit einer festen Ausgangsspannung, wie beispielsweise einer einzelnen Zelle oder einem Modul mit einer Vielzahl von Zellen. Das elektrische System beinhaltet auch einen oder mehrere Sensoren 250-1 bis 250-4. Die Sensoren 250-1 bis 250-4 können Stromsensoren, Temperatursensoren, Spannungssensoren oder dergleichen umfassen, die Batterieparameter messen und Signale liefern, die die Batterieparameter anzeigen.
Die 3A und 3B sind Schaltpläne mit einer exemplarischen Implementierung des einstellbaren Batteriesystems 226 der Batterie 208. Wie dargestellt, sind 4er-Sätze der Batterien 224 (z.B. 12-V-Batterien) in Reihe (über einen der Schalter 232) an den ersten Pluspol 210 und den ersten Minuspol 212 anschließbar, um eine erste Ausgangsspannung (z.B. 48 V) bereitzustellen. Einzelne der Batterien 224 können (über einen der Schalter 232) an den zweiten Pluspol 214 oder den dritten Pluspol 216 und den zweiten Minuspol 220 angeschlossen werden, um eine zweite Ausgangsspannung (z.B. 12 V) an den zweiten und dritten Pluspolen 214 und 216 bereitzustellen. Wie viele der Batterien 224 an den ersten Pluspol 210, den zweiten Pluspol 214 und den dritten Pluspol 216 angeschlossen sind, bestimmt die Anteile der Gesamtkapazität der Batterie 208, die an jedem der Pluspole verfügbar sind.
Ein zweiter Satz von elektrischen Fahrzeugkomponenten kann mit einer anderen der beiden oder mehreren Betriebsspannungen der Batterie 208 betrieben werden. 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 48 V-Lasten 328, beinhalten. Der Generator 206 kann gesteuert werden, um die Batterie 208 aufzuladen. 3B ist ein Schaltplan eines ersten Satzes von Batterien 224-1 bis 224-4, die über einen oder mehrere Schalter 232-1 bis 232-14 in Reihe geschaltet werden können.
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. In verschiedenen Implementierungen kann ein Widerstand jedes Schalters 232 basierend auf einem oder mehreren Bedingungen des Antriebsstrangsystems 100 eingestellt werden. Somit kann jeder Schalter 232 ein Potentiometer, einen Rheostaten oder dergleichen umfassen.
4 veranschaulicht ein Schaltwiderstandsmodulationsmodul 240, das die Widerstände eines oder mehrerer Schalter 232 moduliert. Wie dargestellt, beinhaltet das Schaltwiderstandsmodulationsmodul 240 ein Verifikationsmodul 402, ein Widerstandsbestimmungsmodul 404 und eine Nachschlagetabelle 406.
Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 empfängt Batterieparametersignale, die einen oder mehrere Batterieparameter anzeigen, von einem oder mehreren Batteriesensoren, einem Batteriemanagementsystem oder dergleichen. Die Batterieparameter können unter anderem Batterietemperatur, Batterieladung, Batteriestrom, Batteriespannung oder dergleichen beinhalten. Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 empfängt auch Steuersignale von einem oder mehreren Fahrzeugmodulen, wie dem ECM 114, dem Hybridsteuermodul (HCM) 196, einem Batteriemanagementmodul (BMM), einem Karosseriekontrollmodul oder dergleichen.
Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 bestimmt einen Widerstandswert für einen oder mehrere Schalter 232 und erzeugt basierend auf der Bestimmung ein Modulationssignal. Das Modulationssignal wird dann dem ausgewählten Schalter 232 über einen Bus 410 zugeführt, um einen Widerstand des ausgewählten Schalters 232 zu modulieren. Der Widerstand kann von Null (0) Ohm bis hin zu einem offenen Stromkreis reichen, der diskrete Widerstandswerte dazwischen beinhaltet. So kann beispielsweise das Modulationssignal den Widerstand eines Schalters 232 für eine erste Zeitspanne auf einen ersten Wert (d.h. fünfzig (50) Ohm) einstellen und dann den Widerstand des Schalters auf einen zweiten Wert (d.h. fünfhundert (500) Megaohms) für eine zweite Zeitspanne einstellen. So ist es verständlich, dass das Modulationssignal modulieren kann, das Signal kann den Widerstand des Schalters auf einen gewünschten Widerstand zwischen Null Ohm und einem offenen Stromkreis einstellen.
5A veranschaulicht einen exemplarischen Schaltplan eines Schalters 232-15, der zwischen der Batterie 208 und einer wiederaufladbaren Energiequelle 502 geschaltet ist. Es versteht sich, dass die wiederaufladbare Energiequelle 502 einen Generator, ein externes Ladegerät oder dergleichen umfassen kann. In dieser Implementierung moduliert das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul 240 dynamisch den Widerstand des Schalters 232-15, um die Lithiumbeschichtung basierend auf den Batterieparametern und/oder den Steuersignalen zu reduzieren und/oder sicherzustellen, dass Lade- und Entladegrenzen eingehalten werden. Basierend auf den Batterieparametersignalen und/oder den Steuersignalen erzeugt das Widerstandsbestimmungsmodul 404 dynamisch das Modulationssignal zur Steuerung des Widerstands des Schalters 232-15.
In einer Implementierung greift das Widerstandsbestimmungsmodul 404 auf die Nachschlagetabelle 406 unter Verwendung der Batterieparametersignale und/oder der Steuersignale zu, um den gewünschten Widerstand für den Schalter 232-15 zu bestimmen. Die Nachschlagetabelle 406 speichert eine oder mehrere Nachschlagetabellen, die einen Widerstandsparameter beinhalten, um das Widerstandsbestimmungsmodul 404 basierend auf den empfangenen Signalen bereitzustellen. Die Tabellen 1 und 2 veranschaulichen eine exemplarische Nachschlagetabelle, in der Tabelle 1 einem ersten Satz von Batterien innerhalb eines Fahrzeugs und Tabelle 2 einem zweiten Satz von Batterien innerhalb des Fahrzeugs zugeordnet ist. Tabelle 1

Limitart ECU Sicherheit Zuverlässigkeit Leistung

Batterieverwaltung 100 90 80

Motorsteuerung 110 100 95

Karosseriesteuerung 80 70 50

Tabelle 2

Limitart ECU Sicherheit Zuverlässigkeit Leistung

Batterieverwaltung 90 80 60

Motorsteuerung 95 85 70

Karosseriesteuerung 80 70 50
Das Widerstandsbestimmungsmodul 240 kann auf die Nachschlagetabellen zugreifen, um den Schaltwiderstand für einen bestimmten Schalter 232 zu bestimmen, der einem bestimmten Batteriesatz zugeordnet ist. So bestimmt beispielsweise das Widerstandsbestimmungsmodul 240 basierend auf der Anzahl der Batteriesätze im Fahrzeug den maximal zulässigen Wert für jeden Block und bestimmt dann den kleinsten gemeinsamen Wert unter den Batteriesätzen zur Bestimmung des Schaltwiderstands.
In einer Implementierung basieren die Tabellen 1 und 2 auf dem Strom in Ampere (Ampere) und werden auf ein regeneratives Bremsereignis angewendet. Das Widerstandsbestimmungsmodul 240 bestimmt die Schaltwiderstände für die Schalter 232, die einem bestimmten Batteriesatz zugeordnet sind. Die empfangenen Batterieparameter können zum Teil den „Limit Type“ anzeigen. So können beispielsweise die Batterieparameter, wie Batterietemperatur und/oder Ladezustand (SoC), zur Bestimmung des Betriebszustands verwendet werden (z.B. „Sicherheit“, „Zuverlässigkeit“, „Leistung“).
In dieser Implementierung arbeitet ein Fahrzeug im „Performance“-Modus und das Motorsteuermodul steuert 95 Ampere an, wenn der erste Batteriesatz (Tabelle 1) angeschlossen ist. Wenn der zweite Batteriesatz (Tabelle 2) angeschlossen wird, würde das Motorsteuermodul 70 Ampere ansteuern. Basierend auf diesen Werten ermittelt das Widerstandsbestimmungsmodul 240 den maximal zulässigen Wert als 95 Ampere und 70 Ampere und legt dann den kleinsten gemeinsamen Wert als 70 Ampere fest (Tabelle 2). Basierend auf dem kleinsten gemeinsamen Wert bestimmt (z.B. wählt) das Widerstandsbestimmungsmodul 240 Widerstände so, dass der erste Batteriesatz und der zweite Batteriesatz 70 Ampere liefern, wie durch den kleinsten gemeinsamen Wert bestimmt.
5B veranschaulicht einen exemplarischen Schaltplan, in dem das Widerstandsbestimmungsmodul 404 den Widerstand der Schalter 232-16, 232-17, 232-18 moduliert, um einen Entladungspfad zwischen der Batterie 208 und Masse zu schaffen. So moduliert beispielsweise das Widerstandsbestimmungsmodul 404 basierend auf den Batterieparametern und den Steuersignalen den Widerstand der Schalter 232-16, 232-17, 232-18 so, dass gespeicherte Energie innerhalb der Batterie 208 gegen Erde (anstelle der Last 517) entladen wird, um den thermischen Auslauf in bestimmten Batterietemperaturen und/oder Ladezustandumgebungen zu mildern.
5C veranschaulicht einen exemplarischen Schaltplan, in dem das Widerstandsbestimmungsmodul 404 den Widerstand des Schalters 232-19 moduliert, um einen Stromfluss zwischen einer ersten Batterie 224-1 und einer zweiten Batterie 224-2 zu erzeugen, um eine einzelne Zelle unter Verwendung von Energie zu erwärmen, die von einer anderen einzelnen Zelle innerhalb der Batterie 208 entnommen wurde.
5D veranschaulicht einen exemplarischen Schaltplan, in dem das Widerstandsbestimmungsmodul 404 den Widerstand der Schalter 232-20, 232-21, 232-22 zur Überprüfung eines oder mehrerer Betriebszustände entsprechend der Batterie 208 moduliert. So funktionieren beispielsweise ein oder mehrere Schalter 232-20, 232-21, 232-22 als Leerlauf, so dass der Strom in einem bestimmten Weg zwischen der Batterie 208 und der gewählten Last 518, 520, 522 fließt.
In einer Implementierung kommuniziert das Widerstandsbestimmungsmodul 404 mit dem Verifikationsmodul 406, um einen oder mehrere Schalter zum Modulieren von 232 zu bestimmen. So kann beispielsweise das Verifikationsmodul 406 ein oder mehrere vorgegebene Modulationsprotokolle beinhalten, die verwendet werden, um eine Reihenfolge zum Steuern eines Schaltwiderstands festzulegen.
In einer Implementierung bewirkt das Verifikationsmodul 406, dass das Widerstandsbestimmungsmodul 404 einen oder mehrere parallele Pfade öffnet und einen Widerstand eines einzelnen Schalters 232 variiert. So moduliert beispielsweise das Widerstandsbestimmungsmodul 404 den Widerstand der Schalter 232-20, 232-21 so, dass diese Schalter als offener Stromkreis funktionieren, während sie den Widerstand des Schalters 232-22 modulieren. Da der Widerstand moduliert wird, empfängt das Verifikationsmodul 406 die Batterieparametersignale vom Batterieparameter-Empfangsmodul 402.
Basierend auf den empfangenen Batterieparametersignalen und dem vom Widerstandsbestimmungsmodul 404 bereitgestellten modulierten Widerstandswert kann das Verifikationsmodul 406 Nullstromverschiebungen überprüfen und/oder Kalibrierwerte von Stromsensoren bestimmen, die der Batterie 208 und/oder den Lasten 518, 520, 522 zugeordnet sind. In einigen Fällen vergleicht das Verifikationsmodul den gemessenen Strom mit programmierten Stromwerten, um zu bestimmen, ob eine Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
In einigen Fällen modulieren das Verifikationsmodul 406 und das Widerstandsbestimmungsmodul 404 die Widerstände jedes Schalters 232, um die Schalt- und/oder Lastfunktionalität zu überprüfen. So kann beispielsweise das Verifikationsmodul 406 bewirken, dass das Widerstandsbestimmungsmodul 404 einen ersten Schalter 232 als geschlossenen Schalter und die übrigen Schalter 232 als offenen Schalter aktiviert. Das Verifikationsmodul 406 kann die empfangenen Batterieparametersignale mit vorgegebenen Schwellenwerten vergleichen, um die Funktionalität und/oder den Gesundheitszustand (SoH) des geschlossenen Schalters und/oder der angeschlossenen Last zu bestimmen.
Das Verifikationsmodul 406 kann ein Verifikationssignal ausgeben, das die bestimmte Funktionalität und/oder SoH anzeigt. Das Verifikationssignal kann an das ECM 114 gesendet werden, das für Diagnosezwecke verwendet werden kann. Zusätzlich kann das Verifikationsmodul 406 einen Alarm erzeugen, wenn die Batterieparameter außerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegen.
In einigen Implementierungen moduliert das Widerstandsbestimmungsmodul 404 den Widerstand einer Teilmenge von Schaltern 232 oder aller Schalter 232 so, dass die Schalter als Leerlauf fungieren, um hohe parasitäre Lasten zurückzusetzen. So kann beispielsweise das Widerstandsbestimmungsmodul 404 basierend auf den Batterieparametersignalen bestimmen, dass ein oder mehrere Batterieparameter von einem entsprechenden Batterieparameterschwellenwert abweichen. Als Reaktion darauf kann das Widerstandsbestimmungsmodul 404 jeden der Schalter 232 vorübergehend zurücksetzen, so dass die Schalter 232 als offene Stromkreise fungieren, um den parasitären Batterieverbrauch zu verringern.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 600 zum Modulieren eines Widerstands eines oder mehrerer Schalter 232 innerhalb einer Batterie 208 veranschaulicht. Das Verfahren 600 wird im Rahmen der in der exemplarischen Implementierung des in 4 dargestellten Schaltwiderstandsmodulationsmoduls 240 enthaltenen Module beschrieben, um die von diesen Modulen ausgeführten Funktionen weiter zu beschreiben. Die einzelnen Module, die die Schritte des Verfahrens durchführen, können jedoch von der nachstehenden Beschreibung abweichen und/oder das Verfahren kann abgesehen von den Modulen von 4 implementiert werden. So kann beispielsweise das Verfahren durch ein einzelnes Modul implementiert werden.
Das Verfahren 600 beginnt bei 602. Bei 604 werden ein oder mehrere Batterieparametersignale am Widerstandsbestimmungsmodul empfangen. Bei 606 werden ein oder mehrere Steuersignale am Widerstandsbestimmungsmodul empfangen. Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 greift aufgrund der Batterieparameter und der Steuersignale auf die Nachschlagetabelle 406 bei 608 zu. Basierend auf den empfangenen Signalen bestimmt das Widerstandsbestimmungsmodul 404 anhand der Nachschlagetabelle 406 bei 610 einen Widerstandsparameter. In einer Implementierung greift das Widerstandsbestimmungsmodul 404 auf die Nachschlagetabelle zum Bestimmen des niedrigsten gemeinsamen Wertes zu und berechnet den Widerstandsparameter basierend auf dem niedrigsten gemeinsamen Wert. Der Widerstandsparameter kann der Spannung der Batterie 208 entsprechen, dividiert durch den kleinsten gemeinsamen Wert des Stroms.
Bei 612 erzeugt das Widerstandsbestimmungsmodul 404 basierend auf dem Widerstandsparameter ein Modulationssignal für einen oder mehrere Schalter 232. Bei 614 bestimmt das Widerstandsbestimmungsmodul 404, ob das Fahrzeug noch „Ein“ oder in Betrieb ist. Wenn das Fahrzeug noch eingeschaltet ist, kehrt das Verfahren 600 zu 604 zurück. Wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist, endet das Verfahren 600 bei 616.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 700 zum Modulieren eines Widerstands eines oder mehrerer Schalter 232 innerhalb einer Batterie 208 veranschaulicht. Das Verfahren 700 wird im Rahmen der in der exemplarischen Implementierung des in 4 dargestellten Schaltwiderstandsmodulationsmoduls 240 enthaltenen Module beschrieben, um die von diesen Modulen ausgeführten Funktionen weiter zu beschreiben. Die einzelnen Module, die die Schritte des Verfahrens durchführen, können jedoch von der nachstehenden Beschreibung abweichen und/oder das Verfahren kann abgesehen von den Modulen von 4 implementiert werden. So kann beispielsweise das Verfahren durch ein einzelnes Modul implementiert werden.
Das Verfahren 700 beginnt bei 702. Bei 704 werden ein oder mehrere Batterieparametersignale am Batterieparameter-Empfangsmodul 402 empfangen. Bei 706 werden ein oder mehrere Steuersignale am Steuerdatenempfangsmodul 404 empfangen. Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 kommuniziert mit dem Verifikationsmodul 406 bei 708, um den Schaltwiderstand eines oder mehrerer Schalter 232 gemäß dem im Verifikationsmodul 406 gespeicherten Modulationsprotokoll zu modulieren.
Das Verifikationsmodul 406 bestimmt, ob ein oder mehrere Parameter, die dem modulierten Widerstand entsprechen, innerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts bei 710 liegen. So vergleicht beispielsweise das Verifikationsmodul 406 einen oder mehrere empfangene Batterieparameter, die dem modulierten Widerstand entsprechen, mit entsprechenden vorgegebenen Schwellenwerten. Bei 712 erzeugt das Verifikationsmodul 406 eine Warnung, die anzeigt, dass ein oder mehrere Parameter außerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegen, wenn der Vergleich anzeigt, dass der Parameter außerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
Bei 714 zeichnet das Verifikationsmodul 406 die Parameter auf, wenn der Vergleich anzeigt, dass der Parameter außerhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt. Das Widerstandsbestimmungsmodul 404 bestimmt, ob das Fahrzeug bei 716 „Ein“ ist. Wenn das Fahrzeug „Ein“ ist, kehrt das Verfahren 700 zu 708 zurück. Andernfalls endet das Verfahren 700 bei 718.
Die vorstehende Beschreibung hat lediglich illustrativen Charakter und soll in keiner Weise die Offenbarung, 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 Zeichnungen, der Spezifikation 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“, „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 Abbildungen 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, Flashü, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Pythonü.

Claims

Ein Batteriesteuerungssystem, umfassend: eine Vielzahl von Batterien; einen ersten Anschluss; einen zweiten Anschluss; einen dritten Anschluss; eine Vielzahl von Schaltern, die eingerichtet sind, um eine erste Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden und eine zweite Batterie der Vielzahl von Batterien mit und von dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss zu verbinden; und ein Schalter-Widerstandsmodulationsmodul, das eingerichtet ist, um einen Widerstand mindestens eines Schalters aus der Vielzahl von Schaltern zwischen Null- und Unendlich-Ohm basierend auf einem Batterieparameter und einem Steuersignal zu modulieren.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet ist, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zu modulieren, um Stromfluss zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zu leiten.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet ist, um den Widerstand des mindestens einen Schalters zu modulieren, um Lithiumbeschichtung zu reduzieren.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal von einem Motorsteuermodul erzeugt wird.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul ferner eingerichtet ist, um einen oder mehrere mit der Batterie zusammenhängende Betriebsbedingungen zu überprüfen, wobei die Überprüfung auf einem Vergleich der Batterieparameter mit einem vorbestimmten Schwellenwert basiert.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Schalter einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und/oder einen Feldeffekttransistor (FET) umfasst.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eine erste Nachschlagetabelle beinhaltet, die die der ersten Batterie zugeordneten Stromwerte indiziert, und eine zweite Nachschlagetabelle, die die der zweiten Batterie zugeordneten Stromwerte indiziert.
Das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 7, wobei das Schalter-Widerstandsmodulationsmodul eingerichtet ist, um ein Modulationssignal basierend auf einem kleinsten gemeinsamen Wert zwischen der ersten Nachschlagetabelle und der zweiten Nachschlagetabelle zu erzeugen.