DE102004042789A1 - Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug. Das Hybridelektrofahrzeug hat einen Motor (12), eine Batterie (14) und einen vom Motor (12) oder der Batterie (14) mit Leistung versorgten Motor-Generator (16) sowie ein Steuermodul (24). Das Verfahren enthält Schritte zur Ermittlung einer Batterietemperatur (60) und ob ein Einsetzereignis (62), ein Absetzereignis (68) oder ein Anschlussspannungsereignis (72) aufgetreten sind. Die Polarität der Batterie (14) wird umgekehrt, wenn die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und wenn ein Einsetzereignis, ein Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten sind (Figur 1).
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft allgemein den Betrieb von Hybridfahrzeugen und besonders den Betrieb eines Batteriesystems eines Hybridelektrofahrzeugs.
- Hybridelektrofahrzeuge verwenden als Kraftquellen für den Fahrzeugantrieb einen Verbrennungsmotor und eine Batterie. Allgemein ist die Batterieleistung bei kalten Temperaturen schlecht. Kalte Temperaturen beeinflussen besonders die Batteriechemie und erhöhen ihren elektrischen Innenwiderstand. Als Ergebnis ist die Spitzenladung der Batterie begrenzt und der Spitzenwert der Entladefähigkeit der Batterie verringert. Die schlecht Batterieleistung reduziert das Drehmoment an den Fahrzeugrädern, wenn die Batterieleistung für den Fahrzeugantrieb genutzt wird, und erhöht den Unterstützungsbedarf durch den Verbrennungsmotor. Mehr Unterstützung des Motors erhöht die Fahrzeugabgase und verringert die Kraftstoffökonomie. Zusätzlich kann sich die durch die kalte Temperatur verringerte Batterieleistung in der Notwendigkeit auswirken, äußere oder sekundäre Batterieheizgeräte in das Hybridelektrofahrzeug einzubauen.
- Kalte Temperaturen erhöhen auch die Auswirkung der Polarisationswiderstandsspannung der Batterie, die bei ausreichend hohen Niveaus das Laden oder Entladen der Batterie verhindern kann. Die Polarisationswiderstandsspannung lässt sich zeitweilig durch Umkehr der Polarität der Batterie absenken, wie z.B. durch die Umschaltung vom Entladen der Batterie zum Laden oder umgekehrt. Eine Verringerung der Polarisationswiderstandsspannung lässt durch die Batterie mehr Strom fließen. Der durch die Batterie fließende Strom wirkt mit dem Innenwiderstand der Batterie zusammen (das bedeutet einen I2R-Verlust), und das Resultat ist eine Temperaturerhöhung der Batterie und eine gesteigerte Batterieleistung bei kalten Temperaturen. Allerdings können die Fahrzeuginsassen die Polaritätsumkehr des Batteriestroms bemerken. Z.B. macht sich eine Polaritätsumkehr in Geräuschen, intermittierenden Motordrehzahlschwankungen und Verzögerungen bei der Fahrzeugbeschleunigung bemerkbar und besonders dann, wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt.
- Folglich gibt es Bedarf an einem Verfahren zum Heizen der Batterie eines Hybridelektrofahrzeugs, um die Batterieleistung zu verbessern und zwar so, dass es die Fahrzeuginsassen nicht merken. Die oben erwähnten im Stand der Technik auftretenden Probleme und weitere Probleme werden durch die Erfindung in der nachfolgend beschriebenen Weise gelöst.
- KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
- Übereinstimmend mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug angegeben. Das Hybridelek trofahrzeug hat einen Motor, eine Batterie, einen vom Motor oder der Batterie gespeisten Motor-Generator, der zum Antrieb eines Fahrzeugrads eingerichtet ist, und ein Steuermodul zur Überwachung und Steuerung des Hybridelektrofahrzeugs. Das Verfahren enthält folgende Schritte: Es wird ermittelt, ob die Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt und ob ein Trigger-Ereignis aufgetreten ist und die Polarität des Batteriestroms wird gewechselt, wenn die Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Niveau liegt und ein Trigger-Ereignis aufgetreten ist. Das Trigger-Ereignis kann ein „Einsetz"-Ereignis, ein „Absetz"-Ereignis oder ein Anschlussspannungsereignis sein. Dann kann die Polarität des Batteriestroms umgekehrt werden, wenn die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Niveau liegt und ein Einsetzereignis, ein Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten sind.
- Der Schritt, der ermittelt, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist, kann eine Messung der Batteriespannung enthalten und die Polarität der Batterie nicht umkehren, wenn die Batteriespannung niedrig ist. Der Schritt, der ermittelt, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist, kann die Messung der Batteriespannung enthalten und die Polarität des Batteriestroms nicht umkehren, wenn die Batteriespannung hoch ist.
- Eine erste Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung kann verwendet werden, wenn die Polarität des Batteriestroms für ein Einsetzereignis und ein Absetzereignis umgekehrt wird. Eine zweite Änderungsgeschwindigkeit kann verwendet werden, wenn die Polarität des Batteriestroms für ein Anschlussspannungsereignis umgekehrt wird. Die erste Änderungsgeschwindigkeit kann schneller sein als die zweite Änderungsgeschwindigkeit.
- Der Schritt, der die Batterietemperatur ermittelt, kann einen Vergleich eines vorbestimmten Werts mit einem von einem Batterietemperatursensor gemessenen Wert sein. Der Schritt, der feststellt, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist, kann auf einer Änderung der Position des Gaspedalpositionssensors beruhen. Der Schritt, der feststellt, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist, kann auf der Änderung der Position eines Bremspedalsensors oder eines Gaspedalpositionssensors beruhen. Der Schritt, der feststellt, ob das Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, kann einen Vergleich eines Anschlussspannungswerts mit einem Grenzwert enthalten, der die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie angibt.
- Einem anderen Aspekt dieser Erfindung gemäß ermittelt das Verfahren, ob die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und stellt fest, ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist. Das Verfahren kann auch feststellen, ob ein Einsetzereignis, ein Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist und kehrt die Polarität des Batteriestroms um, wenn die Batterietemperatur unter dem vorbestimmten Wert liegt, der vorangehende Polaritätswechsel vollständig ist und ein Einsetzereignis, Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten sind. Die Umkehr der Polarität des Batteriestroms kann mit einer ersten Änderungsgeschwindigkeit für ein Einsetzereignis und für ein Absetzereignis und mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit für ein Anschlussspannungsereignis geschehen.
- Der Schritt, der feststellt, ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist, kann nach der Feststellung, ob der vorangehende Polaritätswechsel vollständig ist, feststellen, ob die Batterie geladen oder entladen wird. Der Schritt, der die Polarität des Batteriestroms umkehrt, kann die Berechnung eines Leistungssollwerts enthalten und die Polarität der Batterie zum Leistungssollwert umkehren. Der Schritt, der ermittelt, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, kann die Feststellung enthalten, ob der Anschlussspannungswert größer als ein erster Grenzwert ist, wenn die Batterie entladen wird, und feststellen, ob der Anschlussspannungswert kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, wenn die Batterie geladen wird.
- Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren Schritte, die feststellen, ob die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist und die Realisierung eines nachfolgenden Polaritätswechsels verhindern, bis der vorangehende Polaritätswechsel vollständig ist, ermitteln, ob die Batterie geladen oder entladen wird und ermitteln, ob ein Anschlussspannungsereignis, ein Einsetzereignis oder ein Absetzereignis aufgetreten sind. Wenn ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, wird die Polarität des Batteriestroms mit einer ersten Änderungsgeschwindigkeit umgekehrt. Wenn ein Einsetzereignis oder ein Absetzereignis aufgetreten sind, wird die Polarität des Batteriestroms mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit umgekehrt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt schematisch ein Hybridelektrofahrzeug; -
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Heizen einer Batterie im Hybridelektrofahrzeug; -
3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Heizen der Batterie in dem Hybridelektrofahrzeug; Die4A ,4B u.4B zeigen zusammen ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Heizen der Batterie im Hybridelektrofahrzeug; und -
5 zeigt graphisch den Batteriebetrieb mit dem Verfahren zum Heizen der Batterie im Hybridelektrofahrzeug. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
- Bezogen auf
1 wird ein Blockschema eines Hybridelektrofahrzeugs10 beschrieben. Das Hybridelektrofahrzeug10 kann verschiedene Antriebsstrangkonfigurationen einschließlich eines Serienhybridantriebs, Parallelhybridantriebs oder Trennhybridantriebs haben, wie dies den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. Zusätzlich kann das Hybridelektrofahrzeug10 mit Energierückgewinnungsvorrichtungen, z.B. mit einem regenerativen Bremssystem ausgestattet sein. - Das Hybridelektrofahrzeug
10 enthält einen Motor12 und eine Batterie14 als Leistungsquellen. Die Batterie14 kann eine Einzelzellbatterie oder ein Batteriepack sein, der mehrere Batterien oder Zellen enthält, die elektrisch untereinander verbunden sind. Leistung vom Motor12 oder von der Batterie14 wird einem Motor-Generator16 zugeführt. Der Motor-Generator16 ist dazu eingerichtet, die Antriebsräder des Fahrzeugs anzutreiben. Genauer ist der Motor-Generator16 mit einem Differenzial18 verbunden, welches mit einem Paar Achsen20 verbunden ist, die jeweils mit einem Fahrzeugrad22 in Verbindung stehen. - Ein Steuermodul
24 dient der Überwachung und Steuerung verschiedener Aspekte des Hybridelektrofahrzeugs10 . Z.B. ist das Steuermodul24 mit dem Motor12 und dem Motor-Generator16 zur Überwachung und Steuerung ihres Betriebs und ihrer Leistung verbunden. Das Steuermodul24 kann auch Eingaben verarbeiten und feststellen, ob die Batterie14 geheizt werden soll. Diese Eingaben können die Batterietemperatur und -spannung enthalten. Die Batterietemperatur wird von einem an der Batterie14 sitzenden Temperatursensor26 geliefert. Alternativ können mehrere Temperatursensoren verwendet werden. Ein Spannungssensor28 liest die Anschlussspannung der Batterie14 ab. Optional können auch mehrere Spannungssensoren verwendet werden. Das Steuermodul24 ist auch mit einem Gaspedalpositionssensor30 verbunden, der erfasst, wenn der Fahrer eine Erhöhung oder Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wünscht, und außerdem mit einem Bremspedalpositionssensor32 verbunden, der die Bremseinwirkung des Fahrers erfasst. -
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Heizen der Batterie des Hybridelektrofahrzeugs. Das Flussdiagramm beginnt im Schritt60 mit der Feststellung, ob die Batterie kalt ist. Die Batterie ist kalt, wenn die Batterietemperatur unter einem Temperaturschwellwert liegt. Der Temperaturschwellwert kann ein vorbestimmter konstanter Wert sein, der auf Batteriespezifikationen beruht, die in den Speicher der Steuermoduls einprogrammiert sind. Wenn die Batterietemperatur unter dem Temperaturschwellwert liegt, ist eine Zusatzheizung erforderlich, um die Batterieleistung zu steigern. Wenn die Batterietemperatur nicht unter dem Schwellwert liegt, sind Zusatzmaßnahmen zur Erhöhung der Batterietemperatur unnötig. - Daraufhin ermittelt der Prozess im Schritt
62 , ob ein „Einsetz"-Ereignis aufgetreten ist. Ein Einsetzereignis gibt an, dass vom Fahrer zusätzliche Leistung oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs verlangt wird. Ein Einsetzereignis lässt sich angeben, wenn erfasst wird, dass das Gaspedal schnell gedrückt wird. Wenn ein Einsetzereignis aufgetreten ist, wird im Schritt64 die Batteriespannung gemessen und festgestellt, ob ausreichend Batteriespannung zur Erfüllung der zusätzlich geforderten Leistung zur Verfügung steht. Wenn die Spannung der Batterie gering ist, steht keine zusätzliche Leistung zur Verfügung und der Prozess springt zum Block60 zurück. Wenn die Batteriespannung nicht niedrig ist, wird die Polarität des Batteriestroms im Block66 umgekehrt und dadurch die Polarisationswiderstandsspannung verringert und die Batterie geheizt. - Gleichermaßen ermittelt der Prozess im Schritt
68 , ob ein „Absetz"-Ereignis aufgetreten ist. Ein Absetzereignis gibt an, dass vom Fahrer weniger Leistung oder eine Verlangsamung des Fahrzeugs gefordert ist. Ein Absetzereignis lässt sich beim Bremsen des Fahrzeugs, bei der Entlastung des Gaspedals oder als Kombination von Bremsen und/oder Entlastung des Gaspedals feststellen. Wenn ein Absetzereignis aufgetreten ist, wird die Batteriespannung im Schritt70 gemessen und ermittelt, ob die Batterie mit beim regenerativen Bremsen oder bei einem anderen Energierückgewinnungssystem frei werdender Energie geladen werden kann. Wenn die Spannung hoch ist, kann keine zusätzliche Energie von der Batterie gespeichert werden, und der Prozess kehrt zum Block60 zurück. Wenn die Batteriespannung nicht zu hoch ist, wird die Polarität der Batterie im Block66 umgekehrt und dadurch die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie verringert und die Änderungsgeschwindigkeit der Batte rieheizung erhöht. - Weiter wird im Schritt
72 , wenn weder ein Einsetz- noch ein Absetzereignis aufgetreten ist, gemessen, ob die Anschlussspannung der Batterie einen Grenzwert erreicht hat. Der Grenzwert beruht auf der Polarisationswiderstandsspannung. Wenn die Anschlussspannung am Grenzwert liegt, wird die Polarität der Batterie im Block66 umgekehrt, um zeitweilig die Polarisationswiderstandsspannung zu Null zu machen und die Änderungsgeschwindigkeit des Batterieheizvorgangs zu erhöhen. Wenn die Anschlussspannung nicht am Grenzwert liegt, kehrt der Prozess zum Block60 zurück. -
3 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit dem in2 dargestellten identisch mit der Ausnahme, dass die Polarität der Batterie mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten umgekehrt wird. Genauer wird beim Auftreten eines Einsetzereignisses bei82 und wenn die Batteriespannung bei84 nicht zu klein ist, die Polarität der Batterie schnell mit einer hohen Änderungsgeschwindigkeit bei86 umgekehrt. Gleichermaßen wird, falls ein Absetzereignis bei88 eingetreten ist und die Batteriespannung bei90 nicht zu hoch ist, die Polarität auch schnell bei86 umgekehrt. Jedoch wird bei92 , wenn die Anschlussspannung am Grenzwert liegt, die Polarität mit langsamer Änderungsgeschwindigkeit im Block94 umgekehrt. Optional können zusätzliche Änderungsgeschwindigkeiten des Polaritätswechsels verwendet werden. Z.B. kann eine erste Änderungsgeschwindigkeit für ein Einsetzereignis, eine zweite Änderungsgeschwindigkeit für ein Absetzereignis und eine dritte Änderungsgeschwindigkeit für ein Anschlussspannungsereignis verwendet werden. Alternativ kann jede Kombination von gleichen oder ungleichen Änderungsgeschwindigkeiten für jede Ereignisart verwendet werden. - Eine hohe Änderungsgeschwindigkeit hilft mit einen Polaritätswechsel für die Fahrzeuginsassen unmerklich zu machen, da ein Polaritätswechsel vollendet werden kann, während der Motor beschleunigt oder verlangsamt. Genauer maskiert während eines Einsetz- oder Absetzereignisses ein höherer Umgebungsgeräuschpegel die auf Grund des Polaritätswechsels auftretende Störung. Der Fahrer kann auch eine Drehzahlsteigerung oder -verringerung des Motors während eines Einsetz- oder Absetzereignisses erwarten. Z.B. wird, wenn ein Einsetzereignis auftritt, mehr Energie von der Batterie und vom Verbrennungsmotor angefordert, was den Motor veranlasst, schwerer zu arbeiten und den Geräuschpegel innerhalb des Fahrzeugs steigert. Wenn vom Fahrer kein Polaritätswechsel erwartet oder initiiert wird, kann eine geringere Änderungsgeschwindigkeit verwendet werden. Z.B. wird eine geringere Änderungsgeschwindigkeit verwendet, wenn ein Anschlussspannungsgrenzwert erreicht wird, da der mit der Motorbeschleunigung oder -verlangsamung einhergehende erhöhte Umgebungsstörpegel nicht vorhanden ist. Die geringere Änderungsgeschwindigkeit verringert die Wahrnehmbarkeit einer Änderung der Motordrehzahl oder der vom Polaritätswechsel auf Grund der Anschlussspannungsgrenze rührenden Geräusche. Folglich unterstützt das mehrere Änderungsgeschwindigkeiten verwendende Verfahren die Anpassung an die Störempfindlichkeit der Fahrzeuginsassen.
- Die
4A ,4B u.4C zeigen zusammen ein Flussdiagramm noch eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel fügt dem in3 gezeigten zusätzliche Schritte hinzu, die die Polaritätswechsel von den Fahrzeuginsassen noch unmerklicher machen, und steigert deshalb die Fahrqualität des Fahrzeugs. - Das Flussdiagramm beginnt bei
100 mit der Ermittlung, ob die Batterie kalt ist, wie es zuvor beschrieben wurde. Wenn die Batterie nicht kalt ist, benötigt sie keine zusätzliche Heizung. Wenn die Batterie kalt ist, setzt sich der Prozess bei102 fort. - Die Blöcke
102 ,104 ,106 und108 haben zusammengenommen die Funktion Polaritätswechsel auf Grund eines Einsetz- oder Absetzereignisses zu unterbinden, wenn ein vorangehender Polaritätswechsel nicht vervollständigt wurde, oder wenn die Polarisationswiderstandsspannung zu hoch oder zu niedrig ist. Der Zweck dieser Schritte ist, sicher zu stellen, dass die Polarisationswiderstandsspannung verringert wird, bevor ein geforderter nachfolgender Polaritätswechsel realisiert wird und dadurch eine noch wirksamere Batterieheizung zu erzielen. - Block
102 verhindert einen Polaritätswechsel vom Laden zum Entladen in Reaktion auf ein Einsetzereignis, wenn eine den Batteriezustand angebende Merkfahne auf Laden gesetzt ist. Die Merkfahne für den Batteriezustand, die in4 mit „Flag" bezeichnet ist, gibt die gewünschte Laderichtung an. Z.B. wird, wenn die Batteriezustandsmerkfahne auf Laden gesetzt ist, die Stromrichtung vom Entladen zum Laden gewechselt. Wenn die Batteriezustandsmerkfahne auf Entladen gesetzt ist, wird die Stromrichtung vom Laden zum Entladen gewechselt. Gleichermaßen verhindert Block104 einen Polaritätswechsel vom Entladen zum Laden auf Grund eines Absetzereignisses, wenn die Batteriezustandsmerkfahne auf Entladen gesetzt wird. Die Verhinderung eines Polaritätswechsels verringert die Wahrscheinlichkeit die Batterieladegrenzwerte zu überschreiten oder dass ein zugeordnetes Ereignis: „Fahrzeug unterwegs verlassen" auftritt und lässt einen höheren Stromfluss zu und gestattet eine wirksamere Batterieheizung. - Wenn beide Blöcke
102 und104 einen Polaritätswechsel verhindern, geht der Prozess zum Block100 zurück. Wenn einer der Blöcke102 oder104 einen Polaritätswechsel gestattet, wird eine von zwei Merkfahnen, die Einsetzsperre oder Absetzsperre genannt werden, jeweils in den Blöcken106 und108 auf Falsch gesetzt. Genauer ist, wenn ein momentaner oder gemessener Batteriezustandswert angibt, dass die Batterie geladen wird, die in der Entladerichtung aufgebaute Polarisationswiderstandsspannung überschritten worden und deshalb ein Polaritätswechsel vom Laden zum Entladen (z.B. auf Grund eines Einsetzereignisses) gestattet. Als Ergebnis wird bei106 die Einsetzsperrmerkfahne auf Falsch gesetzt und gestattet dadurch einen auf einem Einsetzereignis beruhenden Polaritätswechsel. Gleichermaßen ist, wenn der momentane oder gemessene Batteriezustandswert angibt, dass die Batterie entladen wird, die in Laderichtung aufgebaute Polarisationswiderstandsspannung überschritten worden und ein Polaritätswechsel vom Entladen zum Laden (d.h. auf Grund eines Absetzereignisses) gestattet. Als Ergebnis wird bei108 die Absetzsperrmerkfahne auf Falsch gesetzt und erlaubt dadurch einen auf einem Absetzereignis beruhenden Polaritätswechsel. - Danach ermittelt der Prozess im Schritt
110 , ob die Batteriezustandsmerkfahne auf Laden oder Entladen steht. Wenn die Batteriezustandsmerkfahne auf Entladen gesetzt ist, fährt der Prozess mit Block112 fort und ermittelt, ob die Batteriespannung gering ist. Wenn die Batteriespannung gering ist, fährt der Prozess mit dem Schritt114 fort. Im Schritt114 wird ein Sollwert der Ladeleistung be rechnet, eine Batteriezustandsmerkfahne, die angibt, ob sich die Stromrichtung zum Laden oder Entladen ändert, auf „Laden" gesetzt und die Einsetzsperrmerkfahne auf „Wahr" gesetzt und die Polarität des Batteriestroms mit geringer Änderungsgeschwindigkeit umgekehrt. - Der Leistungssollwert kann unter Verwendung vorprogrammierter Wert in einer Verweistabelle oder mit einem Algorithmus ermittelt werden. Z.B. können die physikalischen Ladegrenzwerte der Batterie und die Fahreranforderung an zusätzlicher Leistung eingegeben werden. Weil die Fahreranforderung an zusätzlicher Leistung eine Eingabe für die Entscheidung des Leistungssollwerts sein kann, lässt sich die Geschwindigkeit beim Heizen der Batterie in Reaktion auf die Fahreranforderung einstellen, um so den Fahrkomfort des Fahrzeugs und dessen Leistungsfähigkeit zu steigern. Ein erster Leistungsgrenzwert kann auf den physikalischen Grenzwerten der Batterie und ein zweiter Leistungsgrenzwert auf der Leistungsanforderung vom Fahrer beruhen. Der erste und zweite Leistungsgrenzwert können verglichen und der niedrigste Wert als Leistungssollwert gewählt werden.
- Im Schritt
116 ermittelt der Prozess, falls die Batteriespannung nicht niedrig ist, ob es ein Einsetzereignis gibt. Falls ein Einsetzereignis aufgetreten ist, wird der neue Entladeleistungssollwert berechnet und der Prozess stellt die Batterienutzung mit einer schnellen Änderungsgeschwindigkeit auf den Leistungssollwert bei118 ein. - Weiterhin ermittelt Schritt
120 , wenn im Block116 kein Einsetzereignis aufgetreten ist, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist. Falls es ein Absetzereignis gibt, wird der Wert der Absetzsperrmerkfahne im Schritt122 geprüft. Wenn die Ab setzsperrmerkfahne „Falsch" angibt, wird ein Polaritätswechsel zum Laden gestattet. Im Schritt124 wird ein neuer Leistungssollwert für das Laden berechnet und die Batteriezustandsmerkfahne auf „Laden" gesetzt und die Polarität schnell umgekehrt. Wenn bei120 kein Absetzereignis war oder wenn die Absetzsperrmerkfahne „Wahr" ist, wird kein Polaritätswechsel ausgeführt und der Prozess kehrt zum Beginn zurück, wie er durch den von einem Kreis umrahmten Buchstaben A angegeben ist. - Zurück zu
110 werden, falls die Batterie gerade geladen wird, die gleichen Prozessschritte ausgeführt, wie wenn die Batterie entladen wird. Im Schritt132 ermittelt der Prozess, ob die Batteriespannung hoch ist. Falls die Batteriespannung hoch ist, schreitet der Prozess mit Schritt134 fort. Im Schritt134 wird ein Entladeleistungssollwert berechnet, die Batteriezustandsmerkfahne auf „Entladung" unddie Absetzsperrmerkfahne auf „Wahr" gesetzt und die Polarität langsam umgekehrt. - Im Block
136 ermittelt der Prozess, ob es ein Absetzereignis gibt. Im Falle ein Absetzereignis vorliegt, wird ein neuer Ladeleistungssollwert berechnet, und der Prozess stellt die Batterienutzung mit schneller Änderungsgeschwindigkeit im Schritt138 auf diesen Leistungssollwert. - Bei der Weiterführung im Schritt
140 ermittelt der Prozess, wenn kein Absetzereignis im Block136 aufgetreten ist, ob es ein Einsetzereignis gibt. Falls es ein Einsetzereignis gibt, wird der Wert der Einsetzsperrmerkfahne im Schritt142 geprüft. Wenn die Einsetzsperrmerkfahne „Falsch" ist, wird ein Polaritätswechsel zum Entladen erlaubt. Im Schritt144 wird ein neuer Entladeleistungssollwert berechnet, die Batteriezustandsmerkfahne auf „Entladen" gesetzt und die Pola rität schnell gewechselt. Falls es im Schritt140 kein Einsetzereignis gibt oder falls die Einsetzsperrmerkfahne „Wahr" ist, wird kein Polaritätswechsel ausgeführt und der Prozess kehrt zum Anfang zurück, der mit dem vom Kreis umrahmten Buchstaben A bezeichnet ist. -
5 zeigt graphisch die Beziehung des Verfahrens zu den Leistungsanforderungen an die Batterie. In der Grafik stellt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse den Batterieleistungssollwert dar. Die Batterie wird in dem Bereich oberhalb der Leistungsnulllinie entladen und in den Bereichen unterhalb der Nulllinie der Leistung geladen. Die mit „Grenze" bezeichneten horizontalen Linien geben die physikalischen Lade- und Entladegrenzwerte der Batterie an. - Mit Start im Punkt A und von links nach rechts fortschreitend wird die Batterie zwischen den Punkten A und B geladen. Am Punkt B erreicht die Anschlussspannung den Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung und die Batterie kann keine zusätzliche Ladung aufnehmen, ohne zuerst die Batteriepolarität zu wechseln. Batteriestrom wird mit langsamer Änderungsgeschwindigkeit vom Punkt B zum Punkt C umgekehrt. Die Polarität wechselt, wenn die den Lade- und Entladebereich trennende Nulllinie überquert wird.
- Vom Punkt C nach D entlädt die Batterie. Im Punkt D ist der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung der Batterie erreicht, und die Polarität muss erneut umgekehrt werden. Die Polarität des Batteriestroms wird mit kleiner Änderungsgeschwindigkeit vom Punkt D zum Punkt E gewechselt.
- Vom Punkt E zum Punkt F lädt die Batterie. Am Punkt F ist der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Die Polarität des Batteriestroms wird mit geringerer Änderungsgeschwindigkeit vom Punkt F zum Punkt E umgekehrt. Die Batterie entlädt zwischen den Punkten G und N. Im Punkt N tritt ein Absetzereignis auf. Dabei wird die Polarität des Batteriestroms mit schneller Änderungsgeschwindigkeit zwischen den Punkten H und I umgekehrt.
- Vom Punkt I zum Punkt J lädt die Batterie. Im Punkt J ist der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Während die Polarität zwischen den Punkten J und K umgekehrt wird, tritt ein weiteres Absetzereignis auf. Im Punkt K hat der Batteriestrom bereits seine Richtung gewechselt (das bedeutet, dass der Punkt K gegenüber Punkt J auf der gegenüberliegenden Seite der Nulllinie liegt), was heißt, dass die Polarisationswiderstandsspannung überschritten worden ist. Folglich wird ein Polaritätswechsel zurück in den Ladebereich zugelassen.
- Vom Punkt L zum Punkt M lädt die Batterie. Am Punkt M ist der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht, und die Polarität wird vom Punkt M zum Punkt N umgekehrt. Die Batterie entlädt vom Punkt N zum Punkt O. Im Punkt O ist der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht und die Batteriestromrichtung wird mit kleiner Änderungsgeschwindigkeit zwischen den Punkten O und P umgekehrt.
- Vom Punkt P zum Punkt Q lädt die Batterie. Am Punkt Q tritt ein Einsetzereignis auf. Die Polarität des Batteriestroms wird mit hoher Änderungsgeschwindigkeit vom Punkt Q zum Punkt R umgekehrt.
- Vom Punkt R zum Punkt S entlädt die Batterie. Am Punkt S ist die Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Vom Punkt S zum Punkt T wird die Polarität umgekehrt. Während die Polarität umgekehrt wird, tritt ein Einsetzereignis am Punkt T auf. Da im Punkt T eine gegenüber dem Punkt C unterschiedliche Polarität herrscht, ist ein Polaritätswechsel zum Entladen gestattet und die Polarität wird mit hoher Änderungsgeschwindigkeit zum Punkt U umgekehrt.
- Vom Punkt U zum Punkt V entlädt die Batterie. Am Punkt V tritt ein weiteres Einsetzereignis auf. Ein neuer Entladeleistungssollwert wird berechnet und im Punkt W eingestellt. Vom Punkt W zum Punkt X entlädt die Batterie weiter. Am Punkt X ist der Grenzwert der Polarisationsspannung erreicht und die Polarität wird mit geringer Änderungsgeschwindigkeit zum Punkt Y umgekehrt.
- Vom Punkt Y zum Punkt Z lädt die Batterie. Am Punkt Z tritt ein Einsetzereignis auf. Ein neuer Sollwert AA für die Entladeleistung wird berechnet und mit einer hohen Änderungsgeschwindigkeit eingestellt. Vom Punkt AA zum Punkt BB entlädt die Batterie. Am Punkt BB tritt ein weiteres Einsetzereignis auf. Ein neuer Entladeleistungssollwert CC wird berechnet und mit hoher Änderungsgeschwindigkeit eingestellt. Der Prozess der Polaritätsumkehr und der Einstellung des Leistungssollwerts setzt sich auf der Basis von Änderungen des Batteriezustands und von Eingaben des Fahrers fort.
- Zuvor wurden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben. Fachleuten, die auf dem einschlägigen Gebiet bewandert sind, werden verschiedenen alternative Konstruktionen und Ausführungsbeispiele feststellen, wie sie durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert sind.
Claims (20)
- Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug, das einen Motor, eine Batterie, einen von dem Motor oder der Batterie mit Leistung versorgten Motor-Generator, der zum Antrieb eines Fahrzeugrads eingerichtet ist, und ein Steuermodul zur Überwachung und Steuerung des Hybridelektrofahrzeugs hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritt aufweist: Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; Ermitteln, ob ein Trigger-Ereignis aufgetreten ist; und Umkehr der Polarität des Batteriestroms, wenn die Temperatur der Batterie unter dem vorbestimmten Wert liegt und wenn ein Trigger-Ereignis aufgetreten ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der ermittelt, ob ein Trigger-Ereignis aufgetreten ist, feststellt, ob ein Einsetzereignis, ein Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist, die Messung der Batteriespannung aufweist und die Polarität des Batteriestroms nicht umgekehrt wird, wenn die Batteriespannung klein ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist, die Messung der Batteriespannung auf weist und die Polarität des Batteriestroms nicht umgekehrt wird, wenn die Batteriespannung hoch ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehr der Polarität des Batteriestroms bei dem Einsetz- und Absetzereignis mit einer ersten Änderungsgeschwindigkeit und bei dem Anschlussspannungsereignis mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit geschieht.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Änderungsgeschwindigkeit höher als die zweite Änderungsgeschwindigkeit ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der die Batterietemperatur ermittelt, den Vergleich des vorbestimmten Werts mit einem von einem Batterietemperatursensor gemessenen Wert aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist, auf einer Änderung der Position eines Gaspedalpositionssensors beruht.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist, auf der Änderung der Position eines Bremspedalpositionssensors oder des Gaspedalpositionssensors beruht.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der feststellt, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, einen Vergleich eines Anschlussspannungswerts mit einem Grenzwert aufweist, der die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie angibt.
- Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug, das einen Motor, eine Batterie, einen von dem Motor oder der Batterie mit Leistung versorgten Motor-Generator, der zum Antrieb eines Fahrzeugrads eingerichtet ist, und ein Steuermodul zur Überwachung und Steuerung des Hybridelektrofahrzeugs hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; Feststellen, ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist; Feststellen, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist; Feststellen, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist; Feststellen, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist; und Umkehren der Polarität des Batteriestroms, wenn die Temperatur der Batterie unter dem vorbestimmten Wert liegt und der vorangehende Polaritätswechsel vollständig ist und wenn ein Einsetzereignis, ein Absetzereignis oder ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten sind.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polaritätsumkehr des Batteriestroms für das Einsetzereignis und das Absetzereignis mit einer ersten Änderungsgeschwindigkeit und für das Anschlussspannungsereignis mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit ausgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der feststellt, ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist, außerdem nach dieser Feststellung die Feststellung aufweist, ob die Batterie geladen oder entladen wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der feststellt, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, außerdem einen Vergleich eines gemessenen Anschlussspannungswerts mit einem Grenzwert aufweist, der die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie angibt.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der feststellt, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, außerdem eine Ermittlung aufweist, ob der Anschlussspannungswert größer als ein erster Grenzwert ist, falls die Batterie entlädt.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der feststellt, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist, weiterhin eine Ermittlung aufweist, ob der Anschlussspannungswert kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, falls die Batterie lädt.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der die Polarität der Batterie umkehrt, außerdem die Berechnung eines Leistungssollwerts und die Polaritätsumkehr des Batteriestroms zum Leistungssollwert aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der ermittelt, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist, auf einer Positionsänderung eines Gaspedalpositionssensors beruht.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der ermittelt, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist, auf einer Änderung der Position eines Bremspedalpositionssensors oder der eines Gaspedalpositionssensors beruht.
- Verfahren zum Heizen einer Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug, welches einen Motor, eine Batterie, einen von dem Motor und der Batterie mit Leistung versorgten Motor-Generator und ein Steuermodul hat, das zur Überwachung und Steuerung des Hybridelektrofahrzeugs eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; Ermitteln, ob ein vorangehender Polaritätswechsel vollständig ist und Verhindern eines nachfolgenden Polaritätswechsels, bis der vorangehende Polaritätswechsel vollständig ist; Ermitteln, ob die Batterie lädt oder entlädt; Ermitteln, ob ein Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist und Umkehr der Polarität des Batteriestroms mit einer ersten Änderungsgeschwindigkeit, wenn das Anschlussspannungsereignis aufgetreten ist; Ermitteln, ob ein Einsetzereignis aufgetreten ist und Umkehr der Polarität des Batteriestroms mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit, wenn das Einsetzereignis aufgetreten ist; und Ermitteln, ob ein Absetzereignis aufgetreten ist und Umkehr der Polarität des Batteriestroms mit einer zweiten Änderungsgeschwindigkeit, wenn das Absetzereignis aufgetreten ist.
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