DE102004045525A1 - Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug - Google Patents

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Vincent Ypsilanti Freyermuth
Shailesh S. Novi Kozarekar
Mukunda V. Canton Prema
Chris A. Canton Ochocinski
Bob K. Plymouth Taenaka
Douglas X. Canton Zhu
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Abstract

Ein Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug. Das Hybrid-Elektro-Fahrzeug weist eine Brennkraftmaschine, eine Batterie, einen durch die Brennkraftmaschine oder die Batterie angetriebenen Motorgenerator sowie ein Steuermodul auf. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ermittelns einer Batterietemperatur und des Ermittelns, ob ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist. Die Polarität der Batterie wird umgekehrt, wenn die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und wenn ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen den Betrieb von Hybridfahrzeugen und insbesondere den Betrieb eines Batteriesystems eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs.
  • 2. Zugrundeliegende Technik
  • Hybrid-Elektro-Fahrzeuge verwenden eine Brennkraftmaschine und eine Batterie als Energiequellen für das Antreiben des Fahrzeugs. Im Allgemeinen erbringt die Batterie bei niedrigen Temperaturen eine schlechte Leistung. Insbesondere beeinträchtigen niedrige Temperaturen die Batteriechemie und erhöhen den elektrischen Widerstand in der Batterie. Dadurch ist die Spitzenaufladung der Batterie beschränkt und die Spitzenentladungsfähigkeit der Batterie verringert. Eine schlechte Batterieleistung senkt das Drehmoment auf die Fahrzeugräder bei Nutzung der Batterieenergie für den Antrieb des Fahrzeugs und verstärkt die Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine. Eine größere Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine erhöht die Fahrzeugemissionen und führt zu schlechteren Kraftstoffverbrauchswerten. Ferner könnte eine schlechte Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen das Anbringen externer oder sekundärer Batterieaufwärmgeräte an dem Hybrid-Elektro-Fahrzeug erfordern.
  • Niedrige Temperaturen verstärken auch die Wirkungen der Polarisationswiderstandsspannung der Batterie, welche bei hinreichend hohen Werten ein Laden oder Entladen der Batterie verhindern kann. Die Polarisationswiderstandsspannung kann durch Umkehren der Polarität der Batterie zeitweilig gesenkt werden, wie zum Beispiel durch Umschalten von Entladen der Batterie zu Aufladen oder umgekehrt. Das Senken der Polarisationswiderstandsspannung lässt mehr Strom durch die Batterie fließen. Der durch die Batterie fließende Strom tritt in Wechselwirkung mit dem Innenwiderstand der Batterie (d.h. I2R-Verlust), was zu einem Anstieg der Batterietemperatur und verbesserter Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen führt. Die Umkehrungen der Batteriestrompolarität können aber von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen werden. Die Polaritätsumkehrungen können sich als Geräusch, intermittierendes Hochdrehen des Motors und zögerliche Fahrzeugbeschleunigung äußern und sind eventuell bei gleichbleibender Fahrtgeschwindigkeit besonders wahrnehmbar.
    •
  • Daher bestand Bedarf nach einem Verfahren für das Erwärmen einer Batterie eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs, um die Batterieleistung zu verbessern und zwar in einer für die Fahrzeuginsassen nicht störenden Weise. Die mit der vorbekannten Technik verbundenen oben erwähnten Probleme sowie weitere Probleme werden durch die Erfindung der Anmelderin wie nachstehend zusammengefasst gelöst.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug an die Hand gegeben. Das Hybrid-Elektro-Fahrzeug weist eine Brennkraftmaschine, eine Batterie, einen durch die Brennkraftmaschine oder die Batterie angetriebenen und für das Antreiben eines Fahrzeugrads ausgelegten Motorgenerator sowie ein Steuermodul für das Überwachen und Steuern des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs auf. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ermittelns, ob eine Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt, des Ermittelns, ob ein auslösendes Ereignis eingetreten ist, und des Umkehrens der Polarität des Batteriestroms, wenn die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und ein auslösendes Ereignis eingetreten ist. Das auslösende Ereignis kann ein sogenanntes "Tip-In" Ereignis, ein sogenanntes "Tip-Out" Ereignis (bei diesen Ereignissen handelt es sich um Geschwindigkeitsänderungen durch den Fahrer) oder ein Klemmenspannungsereignis sein. Die Polarität des Batteriestroms kann umgekehrt werden, wenn die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt und ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist.
  • Der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, kann das Messen der Batteriespannung und das Nichtumkehren der Polarität der Batterie bei niedriger Batteriespannung umfassen. Der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, kann das Messen einer Batteriespannung und das Nichtumkehren der Polarität des Batteriestroms bei hoher Batteriespannung umfassen.
  • Eine erste Anstiegsgeschwindigkeit kann bei Umkehren der Polarität des Batteriestroms bei einem Tip-In-Ereignis und einem Tip-Out-Ereignis verwendet werden. Eine zweite Anstiegsgeschwindigkeit kann bei Umkehren der Polarität des Batteriestroms bei einem Klemmenspannungsereignis verwendet werden. Die erste Anstiegsgeschwindigkeit kann größer als die zweite Anstiegsgeschwindigkeit sein.
  • Der Schritt des Ermittelns der Batterietemperatur kann das Vergleichen eines vorbestimmten Werts mit einem Messwert eines Batterie-Temperaturfühlers umfassen. Der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, kann auf einer Änderung der Stellung eines Gaspedalstellungssensors beruhen. Der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, kann auf der Änderung der Stellung eines Bremspedalsensors oder Gaspedalstellungssensors beruhen. Der Schritt des Ermittelns, ob das Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, kann das Vergleichen eines Klemmenspannungswerts mit einem Grenzwert, welcher die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie anzeigt, umfassen.
  • Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ermittelt das Verfahren, ob eine Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt, und ermittelt, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen wurde. Das Verfahren kann auch ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, und die Polarität des Batteriestroms umkehren, wenn die Batterietemperatur unter dem vorbestimmten Wert liegt, die vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen wurde und ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist. Das Umkehren der Polarität des Batteriestroms kann bei einem Tip-In-Ereignis sowie bei einem Tip-Out-Ereignis bei einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit und bei einem Klemmenspannungsereignis bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit eintreten.
  • Der Schritt des Ermittelns, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen wurde, kann das Ermitteln umfassen, ob die Batterie lädt oder entlädt, nachdem ermittelt wurde, ob die vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen wurde. Der Schritt des Umkehrens der Polarität des Batteriestroms kann das Berechnen eines Leistungszielwertes und das Umkehren der Batteriepolarität auf den Leistungszielwert umfassen. Der Schritt des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereingis eingetreten ist, kann Folgendes umfassen: das Ermitteln, ob der Klemmenspannungswert größer als ein ersten Grenzwert ist, wenn die Batterie entlädt, und das Ermitteln, ob der Klemmenspannungswert kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, wenn die Batterie lädt.
  • Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst das Verfahren die Schritte des Ermittelns, ob die Batterietemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt, des Ermittelns, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen wurde, sowie des Verhinderns der Ausführung einer folgenden Polaritätsumkehrung, solange die vorherige Polaritätsumkehrung nicht abgeschlossen ist, des Ermittelns, ob die Batterie lädt oder entlädt, und des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereignis, ein Tip-In-Ereignis oder ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist. Ist ein Klemmenspannungsereignis eingetreten, dann wird die Polarität des Batteriestroms bei einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt. Wenn ein Tip-In-Ereignis oder ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, dann wird die Polarität des Batteriestroms bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs;
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens für das Erwärmen einer Batterie in dem Hybrid-Elektro-Fahrzeug;
  • 3 ist eine zweite Ausführung des Verfahrens für das Erwärmen der Batterie in dem Hybrid-Elektro-Fahrzeug;
  • 4 ist eine dritte Ausführung des Verfahrens für das Erwärmen der Batterie in dem Hybrid-Elektro-Fahrzeug; und
  • 5 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der Batterie unter dem Verfahren für das Erwärmen der Batterie in dem Hybrid-Elektro-Fahrzeug darstellt.
    •
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
  • Unter Bezug auf 1 wird eine schematische Darstellung eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs 10 gezeigt. Das Hybrid-Elektro-Fahrzeug 10 kann verschiedene dem Fachmann bekannte Antriebsstrangkonfigurationen aufweisen, einschließlich eines Serien-Hybridantriebs, eines Parallel-Hybridantriebs oder eines geteilten Hybridantriebs. Ferner kann das Hybrid-Elektro-Fahrzeug 10 mit Energierückgewinnungsvorrichtungen, wie zum Beispiel einer Nutzbremsanlage, ausgelegt sein.
  • Das Hybrid-Elektro-Fahrzeug 10 umfasst einen Motor 12 und eine Batterie 14 als Energiequellen. Die Batterie 14 kann eine Einzelzellenbatterie oder ein Batteriepack bestehend aus mehreren Batterien oder Zellen, die elektrisch mit einander verbunden sind, sein. Leistung von dem Motor 12 oder der Batterie 14 wird einem Motorgenerator 16 zugeführt. Der Motorgenerator 16 ist dafür ausgelegt, die Antriebsräder des Fahrzeugs anzutreiben. Im Einzelnen ist der Motorgenerator 16 mit einem Differential 18 verbunden, welches mit einem Paar Achsen 20 verbunden ist, welche jeweils mit einem Fahrzeugrad 22 verbunden sind.
  • Ein Steuermodul 24 dient zur Überwachung und Steuerung verschiedener Aspekte des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs 10. Zum Beispiel ist das Steuermodul 24 mit dem Motor 12 und dem Motorgenerator 16 verbunden, um deren Arbeitsweise und Leistung zu überwachen und zu steuern. Das Steuermodul 24 verarbeitet auch Eingaben, um zu ermitteln, ob die Batterie 14 erwärmt werden sollte. Diese Eingaben können die Batterietemperatur und die Spannung umfassen. Die Batterietemperatur wird durch einen an der Batterie 14 angeordneten Temperaturfühler 26 geliefert. Alternativ können mehrere Temperaturfühler verwendet werden. Ein Spannungssensor 28 liest die Klemmenspannung der Batterie 14 ab. Optional können mehrere Spannungssensoren verwendet werden. Das Steuermodul 24 ist ferner mit einem Gaspedalstellungssensor 30, welcher detektiert, wenn der Fahrer die Fahrzeuggeschwindigkeit anheben oder senken möchte, sowie mit einem Bremspedalstellungssensor 32, welcher den Bremseinsatz des Fahrers detektiert, verbunden.
  • Unter Bezug auf 2 wird ein Flussdiagramm eines Verfahrens für das Erwärmen der Batterie des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs gezeigt. Bei 60 setzt das Flussdiagramm mit der Ermittlung ein, ob die Batterie kalt ist. Die Batterie ist kalt, wenn die Batterietemperatur unter einem Grenztemperaturwert liegt. Der Grenztemperaturwert kann eine auf Batteriespezifikationen beruhende vorbestimmte Konstante sein, die in den Speicher des Steuermoduls einprogrammiert ist. Wenn die Batterietemperatur unter dem Grenztemperaturwert liegt, ist zusätzliches Erwärmen erwünscht, um die Batterieleistung zu verbessern. Wenn die Batterietemperatur nicht unter dem Grenzwert liegt, sind weitere Bemühungen, die Batterietemperatur zu erhöhen, unnötig.
  • Als Nächstes ermittelt der Prozess bei 62, ob ein "Tip-In"-Ereignis eingetreten ist. Ein Tip-In-Ereignis zeigt an, dass vom Fahrer zusätzliche Leistung oder Fahrzeugbeschleunigung gefordert wird. Ein Tip-In-Ereignis kann durch Detektieren, dass schnell auf das Gaspedal getreten wurde, angezeigt werden. Bei Eintritt eines Tip-In-Ereignisses wird bei 64 die Batteriespannung beurteilt, um zu ermitteln, ob ausreichend Batteriespannung verfügbar ist, um die zusätzlich geforderte Leistung zu erbringen. Ist die Batteriespannung niedrig, wird keine weitere Leistung erbracht und der Prozess kehrt zu Block 60 zurück. Ist die Batteriespannung nicht niedrig, dann wird die Polarität des Batteriestroms bei 66 umgekehrt, wodurch die Polarisationswiderstandsspannung gesenkt und die Batterie erwärmt wird.
  • Analog ermittelt der Prozess bei 68, ob ein "Tip-Out"-Ereignis eingetreten ist. Ein Tip-Out-Ereignis zeigt an, dass vom Fahrer weniger Leistung bzw. ein Abbremsen des Fahrzeugs gefordert wird. Ein Tip-Out-Ereignis kann durch Abbremsen des Fahrzeugs, Loslassen des Gaspedals oder eine Kombination von Bremsen und/oder Loslassen des Gaspedals angezeigt werden. Bei Eintritt eines Tip-Out-Ereignisses wird bei 70 die Batteriespannung beurteilt, um zu ermitteln, ob die Batterie mit Energie geladen werden kann, welche durch regeneratives Bremsen oder ein anderes Energierückgewinnungssystem zurückgewonnen wurde. Ist die Spannung hoch, dann kann von der Batterie keine weitere Energie gespeichert werden und der Prozess kehrt zu Block 60 zurück. Ist die Batteriespannung nicht zu hoch, dann wird bei Block 66 die Polarität der Batterie umgekehrt, wodurch die Polaritätswiderstandsspannung der Batterie gesenkt und die Geschwindigkeit der Erwärmung der Batterie erhöht wird.
  • Weiter bei 72 beurteilt der Prozess, ob die Klemmenspannung der Batterie einen Grenzwert erreicht hat, wenn keine Tip-In- oder Tip-Out-Ereignisse vorliegen. Der Grenzwert beruht auf der Polarisationswiderstandsspannung. Wenn die Klemmenspannung am Grenzwert liegt, dann wird bei Block 66 die Polarität der Batterie umgekehrt, um vorübergehend die Polarisationswiderstandsspannung aufzuheben und die Geschwindigkeit der Erwärmung der Batterie zu erhöhen. Liegt die Klemmenspannung nicht am Grenzwert, dann kehrt der Prozess zu Block 60 zurück.
  • Unter Bezug auf 3 wird ein Flussdiagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Diese Ausführung ist identisch mit der in 2 gezeigten Ausführung, lediglich die Polarität der Batterie ist bei zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten umgekehrt. Wenn bei 82 ein Tip-In-Ereignis eintritt und die Batteriespannung bei 84 nicht niedrig ist, dann wird im Einzelnen bei 86 die Polarität der Batterie schnell bzw. bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt. Wenn bei 88 ein Tip-Out-Ereignis eintritt und die Batteriespannung bei 90 nicht zu hoch ist, dann wird analog bei 86 die Polarität ebenfalls schnell umgekehrt. Wenn sich jedoch bei 92 die Klemmenspannung am Grenzwert befindet, dann wird die Polarität bei Block 94 bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt. Optional können weitere Anstiegsgeschwindigkeiten für die Polaritätsumkehrung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann eine erste Anstiegsgeschwindigkeit für ein Tip-In-Ereignis, eine zweite Anstiegsgeschwindigkeit für ein Tip-Out-Ereignis und eine dritte Anstiegsgeschwindigkeit für ein Klemmenspannungsereignis verwendet werden. Alternativ könnte jede Kombination gleicher oder ungleicher Anstiegsgeschwindigkeiten für jede Art von Ereignis eingesetzt werden.
  • Eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit trägt dazu bei, Polaritätsumkehrungen für die Fahrzeuginsassen weniger spürbar zu machen, da eine Umkehrung abgeschlossen werden kann, während der Motor beschleunigt oder abgebremst wird. Während eines Tip-In- oder Tip-Out-Ereignisses überdecken im Einzelnen höhere Umgebungsgeräuschpegel das durch den Polaritätsumkehrungsprozess bedingte Geräusch. Der Fahrer erwartet unter Umständen auch, dass der Motor während eines Tip-In- oder Tip-Out-Ereignisses hoch- oder runterdreht. Bei Eintritt eines Tip-In-Ereignisses wird zum Beispiel von der Batterie und dem Verbrennungsmotor mehr Energie gefordert, was den Motor härter arbeiten lässt und den Geräuschpegel im Fahrzeug erhöht. Wenn eine Polaritätsumkehrung vom Fahrer nicht erwartet oder eingeleitet wird, kann eine langsamere Anstiegsgeschwindigkeit verwendet werden. Eine langsame Anstiegsgeschwindigkeit wird zum Beispiel verwendet, wenn eine Klemmenspannungsgrenze erreicht wird, da die erhöhten Umgebungsgeräuschpegel, welche mit Motorbeschleunigung und Abbremsen einhergehen, nicht vorhanden sind. Die langsame Anstiegsgeschwindigkeit verringert die Wahrnehmbarkeit einer Änderung der Motordrehzahl bzw. des Geräusches, das sich aus der Klemmenspannungsgrenzwert-Polaritätsumkehrung ergibt. Daher trägt das Auslegen des Verfahrens mit mehreren Anstiegsgeschwindigkeiten dazu bei, der Geräuschempfindlichkeit der Insassen Rechnung zu tragen.
  • Unter Bezug auf 4 wird ein Flussdiagramm einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Diese Ausführung erweitert die in 3 gezeigte Ausführung um Schritte, um die Polaritätsumkehrungen für die Fahrzeuginsassen noch weniger spürbar zu machen und das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Bei 100 setzt das Flussdiagramm mit der Ermittlung ein, ob die Batterie kalt ist, wie bereits beschrieben wurde. Ist die Batterie nicht kalt, ist weiteres Erwärmen nicht erforderlich. Ist die Batterie kalt, fährt der Prozess mit 102 fort.
  • Die Blöcke 102, 104, 106 und 108 dienen zusammen zur Unterbindung von Polaritätsumkehrungen basierend auf einem Tip-In- oder Tip-Out-Ereignis, wenn eine vorherige Polaritätsumkehrung nicht abgeschlossen wurde oder wenn die Polaritätswiderstandsspannung zu hoch oder zu niedrig ist. Der Zweck dieser Schritte besteht darin, sicherzustellen, dass die Polarisationswiderstandsspannung gesenkt wird, bevor einer folgenden Polaritätsumkehrungsanforderung Folge geleistet wird, und um ein effizienteres Erwärmen der Batterie zu verwirklichen.
  • Block 102 verhindert eine Polaritätsumkehrung von Laden zu Entladen als Reaktion auf ein Tip-In-Ereignis, wenn der Batterie-Zustandsmerker auf Laden gesetzt ist. Der Batterie-Zustandsmerker, welcher in 4 mit "Merker" bezeichnet ist, zeigt die gewünschte Richtung des Ladens an. Wenn zum Beispiel der Batterie-Zustandsmerker auf Laden gesetzt wird, wird die Richtung des Stroms von Entladen zu Laden geändert. Wenn der Batterie-Zustandsmerker auf Entladen gesetzt wird, wird die Richtung des Stroms von Laden auf Entladen geändert. Block 104 verhindert analog eine Polaritätsumkehrung von Entladen zu Laden aufgrund eines Tip-Out-Ereignisses, wenn der Batterie-Zustandsmerker auf Entladen gesetzt ist. Das Deaktivieren einer Polaritätsumkehrung verringert die Wahrscheinlichkeit, dass Batterieladegrenzen überschritten werden oder ein damit verbundenes "Absterben" des Fahrzeugs eintritt, und trägt dazu bei, höheren Stromfluss und ein effizienteres Erwärmen der Batterie zu verwirklichen.
  • Wenn die Blöcke 102 und 104 beide eine Polaritätsumkehrung verhindern, kehrt der Prozess zu Block 100 zurück. Wenn einer der Blöcke 102 oder 104 eine Polaritätsumkehrung zulässt, dann wird einer der beiden Merker mit der Bezeichnung "Tip-In Deaktivieren" bzw. "Tip-Out Deaktivieren" im Block 106 bzw. r auf Falsch gesetzt. Wenn ein tatsächlicher oder gemessener Batteriezustandswert anzeigt, dass die Batterie lädt, dann wurde im Einzelnen die in der Entladerichtung aufgebaute Polarisationswiderstandsspannung überwunden und eine Polaritätsumkehrung von Laden zu Entladen (z.B. aufgrund eines Tip-In-Ereignisses) ist zulässig. Dadurch wird der Merker "Tip-In Deaktivieren" bei 106 auf Falsch gesetzt, um diese Polaritätsumkehrungen basierend auf einem Tip-In-Ereignis zuzulassen. Wenn analog ein tatsächlicher oder gemessener Batteriezustandswert anzeigt, dass die Batterie entlädt, dann wurde die in der Laderichtung aufgebaute Polarisationswiderstandsspannung überwunden und eine Polaritätsumkehrung von Entladen zu Laden (z.B. aufgrund eines Tip-Out-Ereignisses) ist zulässig. Dadurch wird der Merker "Tip-Out Deaktivieren" bei 108 auf Falsch gesetzt, um diese Polaritätsumkehrungen basierend auf einem Tip-Out-Ereignis zuzulassen.
  • Als Nächstes ermittelt der Prozess bei 110, ob der Zustandsmerker der Batterie auf Laden oder Entladen gesetzt ist. Wenn der Batterie-Zustandsmerker auf Entladen gesetzt ist, fährt der Prozess bei Block 112 fort und ermittelt, ob die Batteriespannung niedrig ist. Wenn die Batteriespannung niedrig ist, fährt der Prozess bei 114 fort. Bei 114 wird ein gewünschter Ladeleistungs-Zielwert berechnet, es wird ein Batterie-Zustandsmerker, der anzeigt, ob sich die Richtung des Stroms zu Laden oder Entladen ändert, auf Laden gesetzt, der Merker "Tip-In-Deaktivieren" wird gleich "Richtig" gesetzt und die Polarität des Batteriestroms wird bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Der erwünschte Leistungszielwert kann mit Hilfe vorprogrammierter Werte einer Nachschlagetabelle oder mit einem Algorithmus ermittelt werden. Die physikalischen Ladegrenzen der Batterie und die Fahrerforderungen nach zusätzlicher Leistung können zum Beispiel Eingaben sein. Da Fahrerforderungen nach mehr Leistung eine Eingabe bei der Entscheidung des Leistungszielwerts sein können, kann die Geschwindigkeit des Erwärmens der Batterie als Reaktion auf die Fahrerforderungen nach Leistung und verbessertem Fahrzeugfahrverhalten angepasst werden. Ein erster Leistungsgrenzwert kann auf den physikalischen Grenzen der Batterie beruhen und ein zweiter Leistungsgrenzwert kann auf einer vom Fahrer ausgelösten Leistungsforderung beruhen. Die ersten und zweiten Leistungsgrenzwerte können verglichen werden, um den niedrigsten Wert als gewünschten Leistungszielwert zu wählen.
  • Wenn bei 116 die Batteriespannung nicht niedrig ist, dann ermittelt der Prozess, ob ein Tip-In-Ereignis vorliegt. Liegt ein Tip-In-Ereignis vor, wird der neue Entladungsleistungszielwert berechnet und der Prozess passt die Nutzung der Batterie bei 118 bei einer schnellen Anstiegsgeschwindigkeit an diesen Leistungszielwert an.
  • Weiter bei 120 ermittelt der Prozess, wenn bei Block 116 kein Tip-In-Ereignis vorliegt, ob ein Tip-Out-Ereignis vorliegt. Liegt ein Tip-Out-Ereignis vor, wird der Wert "Tip-Out Deaktivieren" bei 122 getestet. Ist "Tip-Out Deaktivieren" falsch, dann wird eine Polaritätsumkehrung zu Laden gestattet. Bei 124 wird ein neuer Ladeleistungszielwert berechnet, der Zustandsmerker der Batterie wird auf Laden gesetzt und die Polarität wird schnell umgekehrt. Liegt bei 120 kein Tip-Out-Ereignis vor oder ist "Tip-Out Deaktivieren" richtig, dann wird keine Polaritätsumkehrung ausgeführt und der Prozess kehrt zum Anfang zurück, der mit dem Buchstaben A in einem Kreis gekennzeichnet ist.
  • Zurück bei 110 werden bei Laden der Batterie ähnliche Prozessschritte wie bei Entladen der Batterie verwendet. Bei 132 ermittelt der Prozess, ob die Batteriespannung hoch ist. Ist die Batteriespannung hoch, fährt der Prozess bei 134 fort. Bei 134 wird ein erwünschter Entladeleistungszielwert berechnet, der Zustandsmerker der Batterie wird auf Entladen gesetzt, der Merker "Tip-Out Deaktivieren" wird auf richtig gesetzt und die Polarität wird langsam umgekehrt.
  • Bei Block 136 ermittelt der Prozess, ob ein Tip-Out-Ereignis vorliegt. Liegt ein Tip-Out-Ereignis vor, wird ein neuer Ladeleistungszielwert berechnet und der Prozess passt die Batterienutzung bei 138 bei einer schnellen Anstiegsgeschwindigkeit an diesen Leistungszielwert an.
  • Weiter bei 140 ermittelt der Prozess dann, wenn bei Block 136 kein Tip-Out-Ereignis vorliegt, ob ein Tip-In-Ereignis vorliegt. Liegt ein Tip-In-Ereignis vor, wird der Wert von "Tip-In Deaktivieren" bei 142 getestet. Ist "Tip-In Deaktivieren" falsch, dann ist eine Polaritätsumkehrung zu Entladen zulässig. Bei 144 wird ein neuer Entladeleistungszielwert berechnet, der Zustandsmerker der Batterie wird auf Entladen gesetzt und die Polarität wird schnell umgekehrt. Liegt bei 140 kein Tip-In-Ereignis vor oder ist "Tip-In Deaktivieren" richtig, dann wird keine Polaritätsumkehrung ausgeführt und der Prozess kehrt zum Anfang zurück, der mit dem Buchstaben A in einem Kreis gekennzeichnet ist.
  • Unter Bezug auf 5 wird in einem Diagramm gezeigt, wie das Verfahren zu den Leistungsanforderungen an die Batterie in Beziehung steht. Im Diagramm stellt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse den Leistungszielwert der Batterie dar. Die Batterie entlädt in dem Bereich über der Null-Leistungslinie und lädt in dem Bereich unter der Null-Leistungslinie. Die mit "Grenze" bezeichneten horizontalen Linien bezeichnen die physikalischen Lade- und Entladegrenzen der Batterie.
  • Beginnend bei Punkt A und von links nach rechts gehend lädt die Batterie zwischen den Punkten A und B. Bei Punkt B erreicht die Klemmenspannung den Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung und die Batterie akzeptiert kein weiteres Laden, ohne zuerst die Batteriepolarität umzukehren. Der Batteriestrom wird von den Punkten B und C bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt. Die Polarität wird umgekehrt, wenn die die Lade- und Entladebereiche teilende Nulllinie überschritten wird.
  • Von Punkt C zu D entlädt die Batterie. Bei Punkt D wird der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht und die Polarität muss erneut umgekehrt werden. Die Strompolarität der Batterie wird von den Punkten D bis E bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt E zu Punkt F lädt die Batterie. Bei Punkt F wird der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Die Strompolarität der Batterie wird von Punkt F zu Punkt G bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt. Die Batterie entlädt zwischen den Punkten G und H. Bei Punkt H tritt ein Tip-Out-Ereignis ein. Zwischen den Punkten H und I wird die Strompolarität der Batterie bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt I zu Punkt J lädt die Batterie. Bei Punkt J wird der Grenzwert der Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Während die Polarität zwischen den Punkten J und K umgekehrt wird, tritt ein weiteres Tip-Out-Ereignis ein. Bei Punkt K hat der Batteriestrom bereits die Richtung geändert (d.h. Punkt K ist auf der gegenüberliegenden Seite der Nulllinie von Punkt J), was bedeutet, dass die Polaritätswiderstandsspannung überwunden wurde. Daher ist eine Polaritätsumkehrung zurück zum Ladebereich zulässig.
  • Von Punkt L zu Punkt M lädt die Batterie. Bei Punkt M wird der Grenzwert der Polaritätswiderstandsspannung erreicht und die Polarität wird von Punkt M zu Punkt N umgekehrt. Die Batterie entlädt von Punkt N zu Punkt O. Bei Punkt O wird der Grenzwert der Polarisationsspannung erreicht und die Batteriestrompolarität wird zwischen den Punkten O und P bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt P zu Punkt Q lädt die Batterie. Bei Punkt Q tritt ein Tip-In-Ereignis ein. Die Batteriestrompolarität wird von Punkt Q zu Punkt R bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt R zu Punkt S entlädt die Batterie. Bei Punkt S wird die Polarisationswiderstandsspannung erreicht. Von Punkt S zu Punkt T wird die Polarität umgekehrt. Während die Polarität umgekehrt wird, tritt bei Punkt T ein Tip-In-Ereignis ein. Da Punkt T eine andere Polarität als Punkt S aufweist, ist eine Polaritätsumkehrung zu Entladen zulässig und die Polarität wird bis zu Punkt U bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt U bis zu Punkt V entlädt die Batterie. Bei Punkt V tritt ein weiteres Tip-In-Ereignis ein. Es wird ein neues Entladeleistungsziel berechnet und bei Punkt W festgelegt. Von Punkt W bis zu Punkt X entlädt die Batterie weiter. Bei Punkt X wird der Grenzwert der Polarisationsspannung erreicht und die Polarität wird bis zu Punkt Y bei einer langsamen Anstiegsgeschwindigkeit umgekehrt.
  • Von Punkt Y bis zu Punkt Z lädt die Batterie. Bei Punkt Z tritt ein Tip-In-Ereignis ein. Es wird ein neuer Entladeleistungszielwert AA berechnet und bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit festgelegt. Von Punkt AA bis zu Punkt BB entlädt die Batterie. Bei Punkt BB tritt ein weiteres Tip-In-Ereignis ein. Ein neuer Entladeleistungszielwert CC wird berechnet und bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit festgelegt. Der Prozess der Umkehrung der Polarität und des Festlegens der Leistungszielwerte wird basierend auf Änderungen des Batteriezustands und der Fahrereingaben fortgesetzt.
  • Zwar wurden mehrere Ausführungen für das Ausführen der Erfindung eingehend beschrieben, doch wird der Fachmann, auf den diese Erfindung abgestellt ist, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungen für das Anwenden der Erfindung, welche durch die folgenden Ansprüche festgelegt werden, erkennen.

Claims (20)

  1. Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine, eine Batterie, einen durch die Brennkraftmaschine oder die Batterie angetriebenen und für den Antrieb eines Fahrzeugrads ausgelegten Motorgenerator sowie ein Steuermodul für das Überwachen und Steuern des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; – Ermitteln, ob ein auslösendes Ereignis eingetreten ist; und – Umkehren der Polarität eines Batteriestroms, wenn die Temperatur der Batterie unter dem vorbestimmten Wert liegt und ein auslösendes Ereignis eingetreten ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein auslösendes Ereignis eingetreten ist, das Ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, das Messen einer Batteriespannung und bei niedriger Batteriespannung das Nichtumkehren der Polarität des Batteriestroms umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, das Messen einer Batteriespannung und bei hoher Batteriespannung das Nichtumkehren der Polarität des Batteriestroms umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehren der Polarität der Batterie bei dem Tip-In-Ereignis und bei dem Tip-Out-Ereignis bei einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit und bei dem Klemmenspannungsereignis bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit stattfindet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anstiegsgeschwindigkeit höher als die zweite Anstiegsgeschwindigkeit ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns der Temperatur der Batterie das Vergleichen des vorbestimmten Werts mit einem Messwert eines Batterietemperaturfühlers umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, auf einer Änderung der Stellung eines Gaspedalstellungssensors beruht.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, auf der Änderung der Stellung eines Bremspedalstellungssensors oder des Gaspedalsensors beruht.
  10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, das Vergleichen eines Klemmenspannungswerts mit einem Grenzwert, welcher die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie anzeigt, umfasst.
  11. Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine, eine Batterie, einen durch die Brennkraftmaschine oder die Batterie angetriebenen und für den Antrieb eines Fahrzeugrads ausgelegten Motorgenerator sowie ein Steuermodul für das Überwachen und Steuern des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; – Ermitteln, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen ist; – Ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist; – Ermitteln, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist; – Ermitteln, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist; und – Umkehren der Polarität eines Batteriestroms, wenn die Temperatur der Batterie unter dem vorbestimmten Wert liegt und die vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen ist und ein Tip-In-Ereignis, ein Tip-Out-Ereignis oder ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehren der Polarität des Batteriestroms bei dem Tip-In-Ereignis und bei dem Tip-Out-Ereignis bei einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit und bei dem Klemmenspannungsereignis bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit stattfindet.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen ist, weiterhin das Ermitteln umfasst, ob die Batterie lädt oder entlädt, nachdem ermittelt wurde, ob die vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, weiterhin das Vergleichen eines gemessenen Klemmenspannungswerts mit einem Grenzwert, welcher die Polarisationswiderstandsspannung der Batterie anzeigt, umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, weiterhin das Ermitteln umfasst, ob der Klemmenspannungswert größer als ein erster Grenzwert ist, wenn die Batterie entlädt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, weiterhin das Ermitteln umfasst, ob der Klemmenspannungswert kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, wenn die Batterie lädt.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Umkehrens der Polarität der Batterie weiterhin das Berechnen eines Leistungszielwerts und das Umkehren der Polarität des Batteriestroms zum Leistungszielwert umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, auf einer Änderung der Stellung eines Gaspedalstellungssensors beruht.
  19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, auf einer Änderung der Stellung eines Bremspedalstellungssensors oder des Gaspedalstellungssensors beruht.
  20. Verfahren für das Erwärmen einer Batterie in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine, eine Batterie, einen durch die Brennkraftmaschine oder die Batterie angetriebenen und für den Antrieb eines Fahrzeugrads ausgelegten Motorgenerator sowie ein Steuermodul für das Überwachen und Steuern des Hybrid-Elektro-Fahrzeugs umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Ermitteln, ob eine Temperatur der Batterie unter einem vorbestimmten Wert liegt; – Ermitteln, ob eine vorherige Polaritätsumkehrung abgeschlossen ist, und Verhindern der Ausführung einer folgenden Polaritätsumkehrung, solange die vorherige Polaritätsumkehrung nicht abgeschlossen ist; – Ermitteln, ob die Batterie lädt oder entlädt; – Ermitteln, ob ein Klemmenspannungsereignis eingetreten ist, und Umkehren der Polarität eines Batteriestroms bei einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit, wenn das Klemmenspannungsereignis eingetreten ist; – Ermitteln, ob ein Tip-In-Ereignis eingetreten ist, und Umkehren der Polarität eines Batteriestroms bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit, wenn das Tip-In-Ereignis eingetreten ist; und – Ermitteln, ob ein Tip-Out-Ereignis eingetreten ist, und Umkehren der Polarität eines Batteriestroms bei einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit, wenn das Tip-Out-Ereignis eingetreten ist.
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