DE102020125316A1

DE102020125316A1 - Batteriezellenausgleichsverfahren

Info

Publication number: DE102020125316A1
Application number: DE102020125316.8A
Authority: DE
Inventors: Rui Wang; Xu Wang; Xiao Guang Yang; Yuan Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112590621A; US11167661B2; US20210094442A1

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie und eine Steuerung. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, Leistung an Räder zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie weist ein Array von Zellen auf, die dazu konfiguriert sind, der elektrischen Maschine elektrische Leistung zu liefern. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Zellenarrays gleichzeitig eine Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays auf Grundlage einer Temperatur der Steuerung zu entladen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybrid-/Elektrofahrzeuge und Batterien für Hybrid-/Elektrofahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybrid-/Elektrofahrzeuge können durch eine elektrische Maschine angetrieben werden, die Leistung aus einer Batterie bezieht.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie und eine Steuerung. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, Leistung an Räder zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie weist ein Array von Zellen auf, die dazu konfiguriert sind, der elektrischen Maschine elektrische Leistung zu liefern. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, eine Höchstanzahl von Zellen innerhalb des Arrays zum gleichzeitigen Entladen zu bestimmen, um die Ladung auf Grundlage einer Temperatur der Steuerung auszugleichen, und einen ersten Wert eines oberen Ladeschwellenwerts für die Zelle innerhalb des Zellenarrays zu bestimmen. Die Steuerung ist ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die den ersten Wert überschreiten, und dass die erste Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitig jede Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart zu entladen, dass sich die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten Wert verringert. Die Steuerung ist ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl von Zellen größer als die Höchstzahl ist, den oberen Ladeschwellenwert von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert zu erhöhen, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert überschreiten, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, und gleichzeitig jede Zelle der zweiten Anzahl von Zellen zu entladen, sodass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert verringert.
Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie und eine Steuerung. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, Leistung an Räder zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie weist ein Array von Zellen auf, die dazu konfiguriert sind, der elektrischen Maschine elektrische Leistung zu liefern. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen ersten oberen Schwellenwert überschreiten, und dass die erste Anzahl geringer als oder gleich einer Höchstzahl von Zellen zur gleichzeitigen Entladung zum Ausgleichen der Ladung ist, gleichzeitig jede Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart zu entladen, dass sich die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten oberen Schwellenwert verringert. Die Steuerung ist ferner dazu programmiert, als Reaktion auf das Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass die erste Anzahl von Zellen größer als die Höchstzahl ist, dass eine zweite Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen zweiten oberen Schwellenwert überschreiten, und dass die zweite Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitig jede Zelle der zweiten Anzahl von Zellen derart zu entladen, dass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten oberen Schwellenwert verringert, wobei der zweite obere Schwellenwert größer als der erste obere Schwellenwert ist.
Ein Verfahren zum Ausgleichen von Ladung innerhalb eines Arrays von Zellen einer Batterie, die dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, beinhaltet das Empfangen einer Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays zur gleichzeitigen Entladung, um die Ladung auszugleichen, wobei die Höchstzahl auf einer Temperatur einer Batteriesteuerung beruht; Empfangen eines Mindestladezustands, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer oder gleich dem Mindestladezustand ist; Empfangen eines ersten Werts für einen oberen Ladungsschwellenwert für die Zellen innerhalb des Arrays von Zellen; Entladen jeder Zelle einer ersten Anzahl von Zellen mit Ladungen, die den ersten Wert übersteigen derart, dass sich die Ladung jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl kleiner oder gleich der Höchstzahl ist, auf weniger als den ersten Wert verringert; Erhöhen des oberen Ladeschwellenwerts von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert überschreiten, kleiner oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl größer als die Höchstzahl ist; und Entladen jeder Zelle einer zweiten Anzahl von Zellen, sodass sich die Ladung jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert verringert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines repräsentativen Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausgleich von Ladung innerhalb eines Arrays von Zellen einer Batterie veranschaulicht, die dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an eine elektrische Maschine zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben; und
3 ist eine Grafik, die ein Ladungsungleichgewicht in dem Array von Zellen der Batterie veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedenartige und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten. Die physische Platzierung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das Elektrofahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet eine elektrische Maschine, wie etwa einen Elektromotor/Generator (M/G) 14, der ein Getriebe (oder einen Getriebekasten) 16 antreibt. Genauer kann der M/G 14 drehbar mit einer Eingangswelle 18 des Getriebes 16 verbunden sein. Das Getriebe 16 kann über einen Getriebebereichwähler (nicht gezeigt) in PRNDSL (Parken, Rückwärts, Neutral, Fahren, Sport, langsam) gestellt werden. Das Getriebe 16 kann eine feste Übersetzungsbeziehung aufweisen, die eine einzelne Getriebeübersetzung zwischen der Eingangswelle 18 und einer Ausgangswelle 20 des Getriebes 16 bereitstellt. Ein Drehmomentwandler (nicht gezeigt) oder eine Anfahrkupplung (nicht gezeigt) kann zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 angeordnet sein. Alternativ kann das Getriebe 16 kann ein mehrstufiges Automatikgetriebe sein. Eine zugehörige Antriebsbatterie 22 ist dazu konfiguriert, Strom zum M/G 14 zu liefern oder Strom von diesem zu empfangen.
Der M/G 14 ist eine Antriebsquelle für das Elektrofahrzeug 10, die dazu konfiguriert ist, das Elektrofahrzeug 10 anzutreiben. Der M/G 14 kann durch eine beliebige von einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem M/G 14 um einen Permanentmagnet-Synchronmotor handeln. Eine Leistungselektronik 24 konditioniert den Gleichstrom (direct current - DC), der durch die Batterie 22 bereitgestellt wird, auf die Anforderungen des M/G 14, wie nachstehend beschrieben wird. Zum Beispiel kann die Leistungselektronik 24 dem M/G 14 einen Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) bereitstellen.
Wenn das Getriebe 16 ein mehrstufiges Automatikgetriebe ist, kann das Getriebe 16 Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch selektives Einrücken von Reibungselementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt) selektiv in unterschiedliche Getriebeübersetzungen gebracht werden, um die gewünschten mehreren diskreten oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Die Reibungselemente sind über einen Schaltzeitplan steuerbar, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um die Übersetzung zwischen der Getriebeausgangswelle 20 und der Getriebeeingangswelle 18 zu steuern. Das Getriebe 16 wird auf Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit - PCU), automatisch von einer Übersetzung in eine andere geschaltet. Leistung und Drehmoment vom M/G 14 können an das Getriebe 16 geliefert und von diesem empfangen werden. Das Getriebe 16 stellt der dann der Ausgangswelle 20 eine Antriebsstrangausgangsleistung und ein Drehmoment bereit.
Es versteht sich, dass das hydraulisch gesteuerte Getriebe 16, das mit einem Drehmomentwandler (nicht gezeigt) gekoppelt sein kann, nur ein Beispiel einer Getriebekasten- oder Getriebeanordnung ist; jedes Mehrfachübersetzungsschaltgetriebe, das (ein) Eingangsdrehmoment(e) von einer Leistungsquelle (z. B. M/G 14) annimmt und dann einer Ausgangswelle (z.B. Ausgangswelle 20) ein Drehmoment bei unterschiedlichen Übersetzungen bereitstellt, ist für eine Verwendung in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung annehmbar. Zum Beispiel kann das Getriebe 16 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (automated mechanical transmission - AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren beinhaltet, um Schaltgabeln entlang einer Schaltbetätigungsstange zu verschieben/drehen, um eine gewünschte Getriebeübersetzung auszuwählen. Wie es dem Durchschnittsfachmann im Allgemeinen geläufig ist, kann ein AMT zum Beispiel in Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendet werden.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 20 mit einem Differential 26 verbunden. Das Differential 26 treibt ein Paar von Antriebsrädern 28 über jeweilige Achsen 30 an, die mit dem Differential 26 verbunden sind. Das Differential 26 überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 28, während es leichte Drehzahlunterschiede erlaubt, wie etwa, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Es können unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen verwendet werden, um Drehmoment von dem Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. In einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung zum Beispiel in Abhängigkeit von dem konkreten Betriebsmodus oder der konkreten Betriebsbedingung variieren. Der M/G 14 ist dazu konfiguriert, den Rädern 28 Leistung zu liefern, um das Fahrzeug 28 über die verschiedenen vorstehend beschriebenen Verbindungen anzutreiben. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Verbindungen zwischen dem M/G 14 und den Rädern 28 lediglich der Veranschaulichung dienen und dass andere Antriebsstrangkonfigurationen zwischen dem M/G 14 und den Rädern 28 alternativ umgesetzt werden können.
Der Antriebsstrang 12 beinhaltet ferner eine zugehörige Steuerung 32, wie etwa eine Antriebsstrang-Steuereinheit (PCU). Obwohl sie als eine Steuerung veranschaulicht ist, kann die Steuerung 32 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC), gesteuert werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 32 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Betätigungselemente als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen zu steuern, wie etwa Betreiben des M/G 14, um das Raddrehmoment bereitzustellen oder die Batterie 22 zu laden, Auswählen oder Planen von Gangwechseln usw. Die Steuerung 32 kann eine Mikroprozessor- oder eine Hauptprozessoreinheit (central processing unit - CPU) beinhalten, die mit verschiedenen Arten computerlesbarer Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können zum Beispiel ein flüchtiges und nichtflüchtiges Speichern in Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM) beinhalten. Bei KAM handelt es sich um dauerhaften oder nicht flüchtigen Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen, während die CPU heruntergefahren ist, verwendet werden kann. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder - medien können unter Verwendung von beliebigen einer Reihe bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbaren Festwertspeichern), EPROMs (elektrischen PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbaren PROMs), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen Speichervorrichtungen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung beim Steuern des Motors oder Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung 32 kommuniziert mit verschiedenen Fahrzeugsensoren und - betätigungselemente über eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (E/A) (beinhaltend Eingangs- und Ausgangskanäle), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder eine Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder - umwandlung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 allgemein veranschaulicht, kann die Steuerung 32 Signale an den M/G 14, die Batterie 22, das Getriebe 16, die Leistungselektronik 24 und eine andere Komponente des Antriebsstrangs 12, die beinhaltet sein kann, aber in 1 nicht gezeigt ist (d. h. eine Anfahrkupplung, die zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 angeordnet ist) kommunizieren und/oder von diesen empfangen. Obwohl nicht ausdrücklich veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten, die jeweils innerhalb der vorstehend genannten Teilsysteme durch die Steuerung 32 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik und/oder Algorithmen, die durch die Steuerung 32 ausgeführt werden, direkt oder indirekt betätigt werden können, beinhalten Komponenten für Frontend-Nebenaggregatsantrieb (front-end accessory drive - FEAD), wie etwa eine Lichtmaschine, einen Klimaanlagenkompressor, Batterieladung oder - entladung, Nutzbremsung, den Betrieb des M/G 14, die Kupplungsdrücke für das Getriebe 16 oder eine andere Kupplung, die Teil des Antriebsstrangs 12 ist, und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um zum Beispiel Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Gaspedalstellung (PPS), Zündschalterstellung (IGN), Umgebungslufttemperatur (z. B. Umgebungslufttemperatursensor), Gang, Übersetzung oder Modus des Getriebes, Getriebeöltemperatur (TOT), Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes, Verlangsamungs- oder Schaltmodus (MDE), Batterietemperatur, Batteriespannung, Batteriestrom oder Ladezustand (SOC) der Batterie anzuzeigen.
Die Steuerlogik oder die von der Steuerung 32 durchgeführten Funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme wiedergegeben sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt sein können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der konkret verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern sie ist zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann hauptsächlich als Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 32, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerungslogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, welche einen Code oder Anweisungen darstellen, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder von dessen Teilsystemen ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
Ein Gaspedal 34 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs dazu verwendet, dem Antriebsstrang 12 (oder genauer dem M/G 14) ein gefordertes Drehmoment, eine geforderte Leistung oder einen geforderten Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Herunterdrücken und Freigeben des Gaspedals 34 ein Gaspedalstellungssignal, das durch die Steuerung 32 als Bedarf an einer erhöhten bzw. verringerten Leistung interpretiert werden kann. Ein Bremspedal 36 wird ebenfalls durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein gefordertes Bremsmoment zum Abbremsen des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Herunterdrücken und Freigeben des Bremspedals 36 ein Bremspedalstellungssignal, das durch die Steuerung 32 als ein Bedarf interpretiert werden kann, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Auf Grundlage der Eingaben von dem Gaspedal 34 und dem Bremspedal 36 befiehlt die Steuerung 32 das Drehmoment und/oder die Leistung zum M/G 14 oder den Reibungsbremsen 38. Die Steuerung 32 steuert zudem die zeitliche Abfolge von Gangwechseln im Getriebe 16.
Der M/G 14 kann als Motor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Um das Fahrzeug mit dem M/G 14 anzutreiben, überträgt die Antriebsbatterie 22 gespeicherte elektrische Energie über Verkabelung 40 an die Leistungselektronik 24, die zum Beispiel einen Wechselrichter beinhalten kann. Die Leistungselektronik 24 wandelt DC-Spannung von der Batterie 22 in AC- Spannung um, die durch den M/G 14 verwendet wird. Die Steuerung 32 befiehlt der Leistungselektronik 24, die Spannung von der Batterie 22 in eine AC-Spannung umzuwandeln, die dem M/G 14 bereitgestellt wird, um der Eingangswelle 18 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen.
Alternativ kann der M/G 14 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie umwandeln, damit sie in der Batterie 22 gespeichert wird. Genauer kann der M/G 14 während Zeiträumen des Nutzbremsens als Generator fungieren, während derer Drehmoment und Rotationsenergie (oder kinetische Energie) von den sich drehenden Rädern 28 durch das Getriebe 16 zurück übertragen und in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 22 umgewandelt wird.
Es versteht sich, dass die schematische Veranschaulichung in 1 lediglich veranschaulichend ist und nicht einschränkend sein soll. Andere Konfigurationen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es versteht sich, dass die in dieser Schrift beschriebene Fahrzeugkonfiguration lediglich beispielhafter Natur ist und nicht einschränkend sein soll. Andere Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugkonfigurationen sollten so betrachtet werden, dass sie hierin offenbart sind. Andere Konfigurationen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen können unter anderem Folgendes beinhalten: Reihenhybridfahrzeuge, Parallelhybridfahrzeuge, Reihen-ParallelHybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (battery operated electric vehicles - BEVs) oder eine beliebige andere einem Durchschnittsfachmann bekannte Fahrzeugkonfiguration.
In Hybridkonfigurationen, die eine Brennkraftmaschine, wie etwa einen mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebenen Motor, oder eine Brennstoffzelle beinhalten, kann die Steuerung 32 dazu konfiguriert sein, verschiedene Parameter in einer derartigen Brennkraftmaschine zu steuern. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, welche unter Verwendung von Steuerlogik und/oder Algorithmen, die durch die Steuerung 32 ausgeführt wird, direkt oder indirekt betätigt werden können, beinhalten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Einspritzmenge und Einspritzdauer, Position der Drosselklappe, Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Motoren), zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass- und Auslassventile usw. Sensoren, die eine Eingabe durch die E/A-Schnittstelle von einem solchen Verbrennungsmotor zu der Steuerung 32 kommunizieren, können verwendet werden, um Turbolader-Ladedruck, Kurbelwellenposition (PIP), Motordrehzahl (RPM), Ansaugkrümmerdruck (MAP), Drosselkappenposition (TP), Konzentration oder Anwesenheit von Abgassauerstoff (EGO) oder anderen Abgaskomponenten, Ansaugluftstrom (MAF) usw. anzugeben.
Das Fahrzeug kann insbesondere eine Teilsteuerung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen der Batterie 22 zu steuern. Die Teilsteuerung kann als eine Batteriesystemsteuerung 42 bezeichnet werden. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann eine Unterkomponente der Steuerung 32 oder eine von der Steuerung 32 getrennte Komponente sein. Die Batterie 22 beinhaltet ein Array von Zellen, die dazu konfiguriert sind, dem M/G 14 Leistung zu liefern und Leistung von diesem zu empfangen. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann eine oder mehrere integrierte Batterieüberwachungsschaltungen (BMICs) beinhalten, die dazu konfiguriert sind, bestimmte Teilmengen von Zellen oder spezifische Zellenbänke innerhalb des Zellenarrays zu steuern (z. B. laden und entladen). Die Batteriesystemsteuerung 42 beinhaltet einen oder mehrere Widerstände 44, die dazu konfiguriert sind, während des Ladungsausgleichs innerhalb des Zellenarrays elektrische Energie von dem Zellenarrays abzuleiten. Insbesondere können der eine oder die mehreren Widerstände 44 dazu konfiguriert sein, elektrische Energie von spezifischen einzelnen Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22 abzuleiten. Insbesondere kann jede BMIC spezifische Widerstände 44 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, elektrische Energie aus den spezifischen Teilmengen von Zellen oder spezifischen Zellenbänken innerhalb des Arrays von Zellen abzuleiten, die jede BMIC steuert.
Ladungsausgleich beinhaltet Ableiten von elektrischer Energie von einzelnen Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22, um die Ladungen jeder einzelnen Zelle auf innerhalb eines gewünschten Bereichs zu bringen, in dem die Abweichung der Ladung zwischen einzelnen Zellen minimiert wird. Zum Beispiel kann jede Zelle nach dem Ausgleichen einen Ladezustand aufweisen, der mindestens ein Mindestladewert ist, oder eine Ladung, die höchstens 0,5 % größer als der Mindestladewert ist. Ein Ungleichgewicht innerhalb der Batterie tritt auf, wenn einzelne Zellen Ladungen aufweisen, die über einem Schwellenwert über dem Mindestladewert liegen. Ein Ausgleichsvorgang beinhaltet das Entladen der einzelnen Zellen, die Ladungen aufweisen, die größer als der Schwellenwert über dem Mindestladewert sind, bis der Ladewert jeder einzelnen Zelle innerhalb des gewünschten Bereichs liegt (z. B. zwischen dem Mindestladewert und 0,5 % größer als der Mindestladewert). Während des Ausgleichs werden die einzelnen Zellen in der Batterie 22 entladen, indem elektrische Energie aus den einzelnen Zellen zu dem einen oder den mehreren Widerständen 44 geleitet wird. Dies kann zu einer Erhöhung der Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 oder der Temperatur der einzelnen BMIC aufgrund der durch den einen oder die mehreren Widerstände 44 erzeugten Wärme führen.
Wenn die Batterie 22 altert, können die Ladekapazitäten der einzelnen Zellen in der Batterie 22 bei verschiedenen Raten auf verschiedene Niveaus abnehmen, was zu größeren Ladungsungleichgewichten innerhalb der einzelnen Zellen der Batterie 22 führt, im Vergleich zu Ladungsungleichgewichten in der Batterie 22 zu Beginn der Betriebslebensdauer der Batterie 22. Größere Ladungsungleichgewichte können die Arbeitsbelastung des einen oder der mehreren Widerstände 44 erhöhen, was zu einer größeren Wärmeerzeugung in der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder den einzelnen BMIC führt. Daher kann es vorteilhaft sein, ein System zu beinhalten, das die Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder der einzelnen BMIC überwacht und jeden Ausgleichsvorgang einstellt, um eine Überhitzung der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder der einzelnen BMIC zu verhindern. Ein oder mehrere Temperatursensoren können dazu konfiguriert sein, die Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder der einzelnen BMIC zu bestimmen. Der eine oder die mehreren Temperatursensoren können dann dazu konfiguriert sein, die Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder der einzelnen BMIC an die Batteriesystemsteuerung 42 oder eine beliebige andere Steuerung in dem Fahrzeug 10 zu kommunizieren.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Ausgleich von Ladung innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22 veranschaulicht. Das Verfahren 100 kann umgesetzt werden, um eine Überhitzung der Batteriesystemsteuerung 42 und/oder der einzelnen BMIC zu verhindern. Das Verfahren 100 kann als Steuerlogik und/oder Algorithmus in der Batteriesystemsteuerung 42 gespeichert sein. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann das Verfahren 100 durch Steuern der verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 umsetzen.
Das Verfahren 100 beginnt bei Startblock 102. Insbesondere kann das Verfahren 100 bei Startblock 102 beginnen, sobald die Batteriesystemsteuerung 42 eingeschaltet wurde. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann dazu konfiguriert sein, das Verfahren 100 in regelmäßigen Intervallen zu initiieren und zu durchlaufen, sobald die Zündung des Fahrzeugs 10 angeschaltet wurde. Als Nächstes geht das Verfahren 100 zu Block 104 über, wo bestimmt wird, ob das Array von Zellen in der Batterie 22 einen Ladungsausgleich erfordert. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann eine Steuerlogik und/oder -schaltung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, die Ladung der einzelnen Zellen in der Batterie zu beobachten. Ein Ladungsausgleich ist erforderlich, wenn ein Ungleichgewicht in der Batterie 22 vorliegt, da einzelne Zellen innerhalb des Arrays von Zellen Ladungen aufweisen, die größer als ein Schwellenwert über einem Mindestladewert sind. Der Mindestladewert kann einem niedrigsten Ladezustand entsprechen, der von der Batteriesystemsteuerung 42 einer einzelnen Zelle vor einem Ausgleichsvorgang beobachtet und/oder empfangen wurde. Die Batteriesystemsteuerung 42 kann dann den beobachteten oder empfangenen Mindestladezustand als den Mindestladezustand definieren, der verwendet wird, um zu bestimmen, um welches Ausmaß die einzelnen Zellen des Arrays von Zellen der Batterie 22 während des Ausgleichsvorgangs abgeleitet werden. Es ist anzumerken, dass vor dem Neuausgleichsvorgang jede Zelle in dem Array von Zellen einen Ladewert aufweist, der größer oder gleich dem Mindestwert des Ladezustands ist. Wenn das Array von Zellen innerhalb der Batterie 22 keinen Ladungsausgleich erfordert, kehrt das Verfahren 100 zum Anfang von Block 104 zurück. Falls das Array von Zellen in der Batterie 22 einen Ladungsausgleich erfordert, geht das Verfahren 100 zu Block 106 über.
Bei Block 106 bestimmt das Verfahren 100 eine maximale Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22, die gleichzeitig entladen werden können, auf Grundlage einer Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42. Ein Temperatursensor kann dann die Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 an die Batteriesystemsteuerung 42 oder eine beliebige andere Steuerung in dem Fahrzeug 10 zu kommunizieren. Block 106 soll die Anzahl der Zellen innerhalb des Zellenarrays der Batterie 22 begrenzen, die während eines Ausgleichsvorgangs auf Grundlage der Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 gleichzeitig entladen werden können, um eine Überhitzung der Batteriesystemsteuerung 42 zu verhindern. Die bei Block 106 umgesetzte Funktion oder Steuerlogik verringert die maximale Anzahl von Zellen, die während eines Ausgleichsvorgangs als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 gleichzeitig entladen werden können, und erhöht die maximale Anzahl von Zellen, die während eines Ausgleichsvorgangs gleichzeitig entladen werden können, als Reaktion auf eine Abnahme der Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42. Die bei Block 106 umgesetzte Funktion kann eine lineare Funktion, eine Exponentialfunktion, eine Stufenfunktion oder eine beliebige andere geeignete Art von Funktion sein.
Nach Block 106 geht das Verfahren 100 zu Block 108 über. Bei Block 108 bestimmt das Verfahren 100 eine erste Anzahl von Zellen, die eine Entladung erfordern, um die Ladung innerhalb des Zellenarrays der Batterie 22 auszugleichen, auf Grundlage dessen, dass die Ladungen der einzelnen Zellen innerhalb der ersten Anzahl von Zellen größer als ein erster Wert eines oberen Ladeschwellenwerts ist, der größer als der Mindestladewert ist. Außerdem kann bei Block 108 der erste Wert des oberen Ladeschwellenwerts bestimmt werden. Der erste Wert kann ein voreingestellter Wert sein, der auf Grundlage des Haltens aller der Ladungen der Zellen des Zellenarrays der Batterie 22 innerhalb eines gewünschten Bereichs (z.B. zwischen dem Mindestladewert und 0,5 % größer als der Mindestladewert) vorausgewählt ist, während gleichzeitig eine gewisse Hysterese ermöglicht wird, um zu verhindern, dass die Batteriesystemsteuerung 42 ständig Ausgleichsvorgänge durchführt. Wenn zum Beispiel der Ausgleichsvorgang die Ladungen jeder Zelle des Arrays von Zellen der Batterie 22 auf innerhalb eines Bereichs zwischen dem Mindestladewert und 0,5 % über dem Mindestladewert anpasst, kann der erste Wert des oberen Schwellenwerts einen Wert aufweisen, der zwischen 1,5 % über dem Mindestladewert und 5 % über dem Mindestladewert liegt.
Als nächstes geht das Verfahren 100 zu Block 110 über, wo bestimmt wird, ob die erste Anzahl von Zellen, die einen Ladewert aufweisen, der größer als der erste Wert des oberen Ladeschwellenwerts ist, und eine Entladung erfordern, um die Ladung innerhalb des Zellenarrays auszugleichen, größer als die Höchstzahl von Zellen ist, die während eines Ausgleichsvorgangs gleichzeitig entladen werden können. Wenn die erste Anzahl von Zellen nicht größer als die Höchstzahl von Zellen ist, geht das Verfahren 100 zu Block 112 über, wo jede Zelle der ersten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen wird, sodass sich die Ladung jeder Zelle innerhalb der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten Wert des oberen Schwellenwerts verringert. Insbesondere kann jede Zelle innerhalb der ersten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen werden, sodass die Ladung der einzelnen Zellen innerhalb des gewünschten Bereichs liegt, der kleiner als der erste Wert des oberen Schwellenwerts ist, nachdem ein beliebiger Hysteresewert berücksichtigt wurde. Wenn zum Beispiel der erste Wert des oberen Schwellenwerts 1,5 % über der Mindestladung liegt, können die einzelnen Zellen innerhalb der ersten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen werden, bis sie eine Ladung innerhalb eines gewünschten Bereichs zwischen dem Mindestladewert und 0,5 % größer als der Mindestladewert aufweisen.
Alternativ kann jede Zelle innerhalb der ersten Anzahl von Zellen gleichzeitig auf eine spezifische Endpunktladung entladen werden, die kleiner als der erste Wert des oberen Schwellenwerts, aber größer als die Mindestladung ist. Wenn zum Beispiel der erste Wert des oberen Schwellenwerts 1,5 % über der Mindestladung liegt, können die einzelnen Zellen innerhalb der ersten Anzahl von Zellen gleichzeitig während eines Ausgleichsvorgang entladen werden, bis jede Zelle einen bestimmten Endpunktladewert von 0,5 % größer als der Mindestladewert aufweist.
Zurück zu Block 110, falls bestimmt ist, dass die erste Anzahl von Zellen größer als eine Höchstzahl von Zellen ist, geht das Verfahren 100 zu Block 114 über, wo der obere Ladeschwellenwert von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert erhöht wird, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert übersteigen, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, die gleichzeitig während eines Ausgleichsvorgangs entladen werden können. Alternativ könnte angegeben werden, dass der erste Wert ein erster oberer Schwellenwert ist und dass der zweite Wert ein zweiter oberer Schwellenwert ist, wobei der zweite obere Schwellenwert größer als der erste obere Schwellenwert ist. Außerdem wird bei Block 114 jede Zelle der zweiten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen, sodass die Ladung jeder Zelle innerhalb der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert des oberen Schwellenwerts abnimmt. Insbesondere kann jede Zelle innerhalb der zweiten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen werden, sodass die Ladung der einzelnen Zellen innerhalb des gewünschten Bereichs liegt, der kleiner als der zweite Wert des oberen Schwellenwerts ist, nachdem ein beliebiger Hysteresewert berücksichtigt wurde. Wenn zum Beispiel der zweite Wert des oberen Schwellenwerts 4 % über der Mindestladung liegt, können die einzelnen Zellen innerhalb der zweiten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen werden, bis sie eine Ladung innerhalb eines gewünschten Bereichs zwischen dem Mindestladewert und 2,5 % größer als der Mindestladewert aufweisen. Das Verfahren 100 kann dann zu Block 108 zurückkehren, sobald die zweite Anzahl von Zellen bei Block 114 entladen wurde.
Alternativ kann jede Zelle innerhalb der zweiten Anzahl von Zellen gleichzeitig auf eine spezifische Endpunktladung entladen werden, die kleiner als der zweite Wert des oberen Schwellenwerts, aber größer als die Mindestladung ist. Wenn zum Beispiel der zweite Wert des oberen Schwellenwerts 4 % über der Mindestladung liegt, können die einzelnen Zellen innerhalb der zweiten Anzahl von Zellen gleichzeitig entladen werden, bis jede Zelle einen bestimmten Endpunktladewert von 2,5 % größer als der Mindestladewert aufweist. Wenn das Verfahren 100 gemäß dieser alternativen Ausführungsform arbeitet, kann die spezifische Endpunktladung, auf die jede Zelle der zweiten Anzahl von Zellen entladen wird, bei Block 114 relativ zu der spezifischen Endpunktladung, auf die jede Zelle der ersten Anzahl von Zellen bei Block 112 entladen wird, erhöht werden. Wenn zum Beispiel das Verfahren 100 so eingestellt ist, dass es jede Zelle auf einen spezifischen Endpunktladewert von 0,5 % über dem Mindestladewert während des Ausgleichs bei Block 112 entlädt, kann das Verfahren 100 den Endpunktladewert auf einen Wert erhöhen, der gleich oder größer als 0,5 % größer als der Mindestladewert bei Block 114 ist.
Der obere Schwellenwert und die spezifischen Endpunktentladungspunkte können derart begrenzt werden, dass das Verfahren 100 die Werte nicht über einen bestimmten Bereich hinaus erhöht. Zum Beispiel kann der erste Wert des oberen Schwellenwerts einen Wert aufweisen, der mindestens 1,5 % größer als die Mindestladung ist, während der zweite Wert des oberen Schwellenwerts einen Wert aufweisen kann, der höchstens 5 % größer als die Mindestladung ist. Daher stellt das Verfahren 100 in einem derartigen Szenario sicher, dass der obere Schwellenwert innerhalb eines Bereichs zwischen 1,5 % über der Mindestladung und 5 % über der Mindestladung bleibt. Als ein anderes Beispiel kann das Verfahren 100 die erste Anzahl von Zellen bei Block 112 auf einen Endpunktwert zwischen dem Mindestladewert und 0,5 % größer als der Mindestladewert entladen, und kann die zweite Anzahl von Zellen bei Block 114 auf einen Endpunktwert zwischen dem Mindestladewert und 3 % größer als der Mindestladewert entladen. Daher stellt das Verfahren 100 in einem derartigen Szenario sicher, dass die Zellen auf innerhalb eines Bereichs zwischen dem Mindestladewert und 3 % über dem Mindestladewert während des Ausgleichens entladen werden.
Es versteht sich, dass das Ablaufdiagramm in 2 lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung dient und dass das Verfahren 100 nicht als auf das Ablaufdiagramm in 2 beschränkt ausgelegt werden soll. Einige der Schritte des Verfahrens 100 können neu geordnet werden, während andere ganz weggelassen werden können. Darüber hinaus kann das Verfahren 100 angewendet werden, um eine oder mehrere Teilmengen oder Zellenbänke innerhalb des Zellenarrays der Batterie 22 auszugleichen, wobei die Teilmengen oder Zellenbänke durch einzelne BMICs gesteuert werden, die ableitende Widerstände aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren 100 die Höchstzahl von Zellen innerhalb jeder Teilmenge oder Zellenbank definieren, die gleichzeitig auf Grundlage der Temperaturen der einzelnen BMIC, die jede Teilmenge oder Zellenbank steuern, entladen werden können.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Diagramm 200 eines Ladungsungleichgewichts innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22 veranschaulicht. Das Diagramm 200 ist ein Balkendiagramm, das die Ladungen der einzelnen Zellen veranschaulicht. Die spezifischen Zellen werden durch eine Zellenanzahl identifiziert, die als die vertikale Achse gezeigt ist. Der Ladezustand der Zellen ist als die vertikale Achse veranschaulicht. Das Diagramm 200 beinhaltet eine erste Linie 202, die die Mindestladung darstellt, eine zweite Linie 204, die den oberen Schwellenwert darstellt, und eine dritte Linie 206, die eine Endpunktladung darstellt, wie vorstehend beschrieben. Gemäß dem Verfahren 100 ist, solange die Anzahl der Zellen, die entladen werden müssen (das heißt, die Anzahl der Zellen, die einen Wert aufweisen, der größer als die Linie 204 ist), kleiner oder gleich der Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22 ist, die gleichzeitig auf Grundlage einer Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 entladen werden kann, können die in dem Diagramm 200 veranschaulichten Zellen während eines Zellladeausgleichsvorgangs gleichzeitig entladen werden, bis sie den Endpunktladewert (d. h. Linie 206) erreichen. Andererseits, falls die Anzahl der Zellen, die entladen werden müssen, größer ist als die Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22, die gleichzeitig auf Grundlage einer Temperatur der Batteriesystemsteuerung 42 entladen werden kann, können der obere Schwellenwert (d. h. Linie 204) und möglicherweise der Endpunktladewert (d. h. die Linie 206) erhöht werden, bis die Anzahl von Zellen, die entladen werden müssen, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays von Zellen der Batterie 22 ist, die gleichzeitig entladen werden können.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich eher um beschreibende als um einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen sind in Bezug auf andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften zwar als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben, doch erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um gewünschte Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Leistung an Räder zum Antreiben des Fahrzeugs zu liefern; eine Batterie, die ein Array von Zellen aufweist, die dazu konfiguriert sind, elektrische Leistung an die elektrische Maschine zu liefern und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, Bestimmen einer Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays zum gleichzeitigen Entladen, um die Ladung auszugleichen, auf Grundlage einer Temperatur der Steuerung, und Bestimmen eines ersten Werts für einen oberen Ladeschwellenwert für die Zelle innerhalb des Arrays von Zellen, als Reaktion darauf, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die den ersten Wert überschreiten und dass die erste Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart, dass sich jede Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf geringer als der erste Wert verringert, und als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl größer als die Höchstzahl ist, Erhöhen des oberen Ladeschwellenwerts von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert übersteigen, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, und gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf geringer als den zweiten Wert verringert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf ein Erhöhen der Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu verringern, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung ferner Widerstände, die dazu konfiguriert sind, elektrische Energie aus dem Array von Zellen während des Ausgleichens abzuleiten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, als Reaktion auf das Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, einen Mindestladezustand zu definieren, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen dem Mindestladezustand und 0,5 % größer als der Mindestladezustand liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen dem Mindestladezustand und 3 % größer als der Mindestladezustand liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Wert mindestens 1,5 % größer als der Mindestladezustand.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Wert höchstens 5 % größer als der Mindestladezustand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Leistung an Räder zum Antreiben des Fahrzeugs zu liefern; eine Batterie, die ein Array von Zellen aufweist, die dazu konfiguriert sind, elektrische Leistung an die elektrische Maschine zu liefern und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen ersten Schwellenwert übersteigen, und die erste Anzahl geringer als oder gleich einer Höchstzahl von Zellen für gleichzeitiges Entladen zum Ausgleichen der Ladung sind, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart, dass sich die Ladung jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf geringer als den ersten oberen Schwellenwert verringert, und als Reaktion auf das Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass die erste Anzahl von Zellen größer als die Höchstzahl ist, dass eine zweite Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen zweiten oberen Schwellenwert übersteigen, und dass die zweite Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf geringer als den zweiten oberen Schwellenwert verringert, wobei der zweite obere Schwellenwert größer als der erste obere Schwellenwert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf ein Erhöhen einer Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu verringern, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf ein Verringern einer Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu erhöhen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung ferner Widerstände, die dazu konfiguriert sind, elektrische Energie aus dem Array von Zellen während des Ausgleichens abzuleiten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen einem Mindestladezustand und 0,5 % größer als der Mindestladezustand liegt, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen dem Mindestladezustand und 3 % größer als der Mindestladezustand liegt, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste obere Schwellenwert mindestens 1,5 % größer als der Mindestladezustand.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite obere Schwellenwert höchstens 5 % größer als der Mindestladezustand.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Ausgleichen von Ladung innerhalb eines Arrays von Zellen einer Batterie, die dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, Folgendes: Empfangen einer Höchstzahl von Zellen innerhalb des Arrays zur gleichzeitigen Entladung, um die Ladung auszugleichen, wobei die Höchstzahl auf einer Temperatur einer Batteriesteuerung beruht; Empfangen eines Mindestladezustands, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer oder gleich dem Mindestladezustand ist; Empfangen eines ersten Werts für einen oberen Ladungsschwellenwert für die Zellen innerhalb des Arrays von Zellen; Entladen jeder Zelle einer ersten Anzahl von Zellen mit Ladungen, die den ersten Wert übersteigen derart, dass sich die Ladung jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl kleiner als oder gleich der Höchstzahl ist, auf weniger als den ersten Wert verringert, Erhöhen des oberen Ladeschwellenwerts von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert überschreiten, kleiner als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl größer als die Höchstzahl ist; und Entladen jeder Zelle einer zweiten Anzahl von Zellen, sodass sich die Ladung jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert verringert.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Verringern der Höchstzahl von Zellen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen, als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur der Steuerung.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Erhöhen der Höchstzahl von Zellen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen, als Reaktion auf eine Verringerung der Temperatur der Steuerung.
In einem Aspekt der Erfindung ist der erste Wert mindestens 1,5 % größer als der Mindestladezustand.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Leistung an Räder zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die ein Array von Zellen aufweist, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine zu liefern; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, Bestimmen einer Höchstanzahl von Zellen innerhalb des Arrays zum gleichzeitigen Entladen, um die Ladung auf Grundlage einer Temperatur der Steuerung auszugleichen, und Bestimmen eines ersten Werts eines oberen Ladeschwellenwerts für die Zelle innerhalb des Zellenarrays, als Reaktion darauf, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die den ersten Wert überschreiten, und dass die erste Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten Wert verringert, und als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl von Zellen größer als die Höchstzahl ist, Erhöhen des oberen Ladeschwellenwerts von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert überschreiten, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, und gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen, sodass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert verringert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf ein Erhöhen der Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu verringern, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner Widerstände umfasst, die dazu konfiguriert sind, elektrische Energie aus dem Array von Zellen während des Ausgleichens abzuleiten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, einen Mindestladezustand zu definieren, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen dem Mindestladezustand und 0,5 % größer als der Mindestladezustand liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu laden, der zwischen dem Mindestladezustand und 3 % größer als der Mindestladezustand liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei der erste Wert mindestens 1,5 % größer als der Mindestladezustand ist.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei der zweite Wert höchstens 5 % größer als der Mindestladezustand ist.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Leistung an Räder zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die ein Array von Zellen aufweist, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine zu liefern; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: als Reaktion auf ein Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass eine erste Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen ersten oberen Schwellenwert überschreiten, und dass die erste Anzahl geringer als oder gleich einer Höchstzahl von Zellen zur gleichzeitigen Entladung zum Ausgleichen der Ladung ist, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten oberen Schwellenwert verringert, und als Reaktion auf das Ladungsungleichgewicht innerhalb des Arrays von Zellen, dass die erste Anzahl von Zellen größer als die Höchstzahl ist, eine zweite Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays Ladungen aufweist, die einen zweiten oberen Schwellenwert überschreiten, und dass die zweite Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist, gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten oberen Schwellenwert verringert, und wobei der zweite obere Schwellenwert größer als der erste obere Schwellenwert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf ein Erhöhen einer Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu verringern, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf ein Verringern der Temperatur der Steuerung, die Höchstzahl von Zellen zu erhöhen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner Widerstände umfasst, die dazu konfiguriert sind, elektrische Energie aus dem Array von Zellen während des Ausgleichens abzuleiten.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu verringern, der zwischen einem Mindestladezustand und 0,5 % größer als der Mindestladezustand liegt, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf gleichzeitiges Entladen jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen, die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf einen Ladewert zu verringern, der zwischen dem Mindestladezustand und 3 % größer als der Mindestladezustand ist, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist.
Verfahren zum Ausgleichen von Ladung innerhalb eines Arrays von Zellen einer Batterie, die dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, das Folgendes umfasst: Empfangen einer maximalen Anzahl von Zellen innerhalb des Arrays zur gleichzeitigen Entladung, um die Ladung auszugleichen, wobei die maximale Anzahl auf einer Temperatur einer Batteriesteuerung beruht; Empfangen eines Mindestladezustands, wobei jede Zelle des Arrays von Zellen eine Ladung aufweist, die größer als oder gleich dem Mindestladezustand ist; Empfangen eines ersten Werts für einen oberen Ladungsschwellenwert für die Zellen innerhalb des Arrays von Zellen; Entladen jeder Zelle einer ersten Anzahl von Zellen die Ladungen aufweisen, die den ersten Wert übersteigen, derart, dass sich die Ladung von jeder Zelle der ersten Anzahl von Zellen auf weniger als den ersten Wert verringert, als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl geringer als oder gleich der Höchstzahl ist; Erhöhen des oberen Ladeschwellenwerts von dem ersten Wert auf einen zweiten Wert, sodass eine zweite Anzahl von Zellen, die Ladungen aufweisen, die den zweiten Wert überschreiten, geringer als oder gleich der Höchstzahl von Zellen ist, als Reaktion darauf, dass die erste Anzahl größer als die Höchstzahl ist; Entladen jeder Zelle einer zweiten Anzahl von Zellen, sodass sich die Ladung von jeder Zelle der zweiten Anzahl von Zellen auf weniger als den zweiten Wert verringert; Verringern der Höchstzahl von Zellen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen, als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur der Steuerung; und Erhöhen der Höchstzahl von Zellen, die gleichzeitig entladen werden können, um die Ladung auszugleichen, als Reaktion auf eine Verringerung der Temperatur der Steuerung.