DE102011115628A1

DE102011115628A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von mehreren batteriepacks in einem hybrid- oder elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102011115628A1
Application number: DE102011115628A
Authority: DE
Inventors: Edward D. Tate jun.; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-04-12
Also published as: US8532854B2; CN102442220A; CN102442220B; US20120083948A1

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst erste und zweite Batteriepacks mit einer jeweiligen ersten und zweiten Reihe von Schützen. Die Packs sind elektrisch parallel verdrahtet. Unter Nutzen von elektrischer Leistung von den Packs wird ein Antriebssystem angetrieben. Ein Steuergerät ermittelt, welcher Pack den höchsten Ladezustand (SOC) aufweist, und gleicht den SOC der Packs durch Steuern eines offenen/geschlossenen Zustands der Schütze aus. Die Schütze öffnen, um den Pack mit dem höchsten SOC abzutrennen, und schließen wieder, wenn eine Spannungsdifferenz zwiscwendung in dem Fahrzeug umfasst die Packs, Schütze und ein Steuergerät. Ein Verfahren zum Steuern von Leistungsfluss in dem Fahrzeug umfasst das Ermitteln, welcher Pack den höchsten SOC aufweist, das Öffnen der festgelegten Schütze während eines Vorgangs mit nahezu null Strom, um den Batteriepack mit dem höchsten SOC abzutrennen, und das Schließen renz zwischen den Packs bei etwa null liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Leistungsfluss zu mehreren Batteriepacks in einem Fahrzeug, das unter Verwenden der von den mehreren Batteriepacks gelieferten elektrischen Energie selektiv angetrieben werden kann.
HINTERGRUND
Bestimmte neu auftauchende Fahrzeugkonstruktionen können zumindest zu einem Teil der Zeit unter Nutzen nur elektrischer Energie angetrieben werden. Zum Beispiel weisen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV), Steckdosen-HEV (PHEV) und Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite (EREV) jeweils einen oder mehrere rein elektrische Modi (EV) auf. Ein HEV und ein PHEV können eine Brennkraftmaschine als Energiequelle zum Liefern von Drehmoment zu einem Satz von Antriebsrädern verwenden, während das EREV eine kleinere Brennkraftmaschine zum Antreiben eines Stromgenerators verwenden kann, wenn mehr Strom benötigt wird. Batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) können ausschließlich in einem EV-Modus angetrieben werden, und daher benötigen solche Fahrzeuge keine Brennkraftmaschine.
Unabhängig von der Fahrzeugausführungsform kann ein wiederaufladbarer Hochspannungs-Batteriepack verwendet werden, um alternativ die erhebliche elektrische Energie zu speichern und zuzuführen, die zum Antreiben eines oder mehrerer Fahrmotoren des Antriebssystems des Fahrzeugs erforderlich ist. Abhängig von der Auslegung kann der Batteriepack wieder geladen werden, wenn das Fahrzeug nicht in Einsatz ist, indem das Fahrzeug in eine nicht an Bord befindliche Steckdose eingesteckt wird. Der Batteriepack der meisten EV-fähigen Fahrzeuge kann auch unter Verwenden der während eines regenerativen Bremsvorgangs oder eines anderen regenerativen Vorgangs aufgenommenen Energie geladen werden, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Demgemäß wird hierin ein Fahrzeug offenbart, das einen Ladezustand (SOC) über mehreren wiederaufladbaren Batteriepacks, die zueinander elektrisch parallel geschaltet sind, ausgleicht. Ein solches Fahrzeug kann wie vorstehend beschrieben als Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Steckdosen-HEV, ein Elektrofahrzeug verlängerter Reichweite oder ein batterieelektrisches Fahrzeug verwirklicht sein. Die parallelen Batteriepacks speisen kollektiv elektrische Leistung zu einem Antriebssystem mit einem oder mehreren Fahrmotoren ein. Jeder Batteriepack umfasst eine Reihe von Halbleiterrelais oder Schützen, deren offene/geschlossene Zustände während der verschiedenen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs durch das Steuergerät gewählt werden, um den SOC der verschiedenen Batteriepacks automatisch auszugleichen.
Insbesondere umfasst ein Fahrzeug, wie es hierin dargelegt ist, erste und zweite Batteriepacks mit jeweiligen ersten und zweiten Reihen von Schützen. Die Batteriepacks sind wie vorstehend erwähnt zueinander elektrisch parallel verdrahtet. Das Fahrzeug umfasst ein Antriebssystem, das unter Verwenden elektrischer Leistung von den Batteriepacks angetrieben wird, und ein Steuergerät, das mit den Batteriepacks in elektrischer Verbindung steht. Das Steuergerät ermittelt automatisch, welcher Batteriepack den höchsten SOC hat, und gleicht dann durch Steuern eines offenen/geschlossenen Zustands der ersten oder zweiten Reihe von Schützen den SOC der verschiedenen parallelen Batteriepacks nach Bedarf aus. Das Steuergerät öffnet eine festgelegte Reihe von Schützen, z. B. während eines regenerativen Vorgangs des Fahrzeugs oder während eines anderen Vorgangs mit nahezu null oder null elektrischem Strom, wodurch der Batteriepack mit dem höchsten SOC zeitweilig von dem Antriebssystem getrennt wird. Das Steuergerät schließt die gleiche Reihe von Schützen, wenn die Spannungsdifferenz zwischen Packs bei oder nahe null liegt, z. B. wenn das Fahrzeug beschleunigt.
Es wird auch ein System zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Antriebssystem, das unter Nutzen elektrischer Leistung angetrieben wird, vorgesehen. Das System umfasst einen ersten Batteriepack mit einer ersten Reihe von Schützen, einen zweiten Batteriepack mit einer zweiten Reihe von Schützen und ein Steuergerät. Der zweite Batteriepack ist bezüglich des ersten Batteriepacks elektrisch parallel verdrahtet. Das Steuergerät steht mit den Batteriepacks in elektrischer Verbindung und ist für das Ermitteln ausgelegt, welcher der Batteriepacks den höchsten SOC hat. Das Steuergerät öffnet während eines regenerativen Vorgangs des Fahrzeugs selektiv eine festgelegte Reihe von Schützen, um dadurch während eines Vorgangs mit null oder null elektrischem Strom den Batteriepack mit dem höchsten SOC zeitweilig von dem Antriebssystem zu trennen. Die festgelegte Reihe von Schützen schließt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Packs bei oder nahe null liegt.
Es wird auch ein Verfahren zum Steuern von Leistungsfluss in einem Fahrzeug mit mehreren Batteriepacks, die zueinander elektrisch parallel verdrahtet sind, vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln, welcher der Batteriepacks relativ zu dem anderen Batteriepack den höchsten SOC hat, und während eines regenerativen Vorgangs oder eines anderen Vorgangs mit elektrischem Strom nahe null das Öffnen einer festgelegten ersten oder zweiten Reihe von Schützen der jeweiligen ersten und zweiten Batteriepacks, um den Batteriepack mit dem höchsten SOC zeitweilig von dem Antriebssystem zu trennen. Das Verfahren umfasst das Schließen der festgelegten Reihe von Schützen, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen Packs bei oder nahe null liegt.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das wie hierin dargelegt mehrere parallele Batteriepacks aufweist;
2 ist eine zeitliche Darstellung verschiedener Betriebsparameter der in 1 gezeigten parallelen Batteriepacks; und
3 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des Leistungsflusses zu den in 1 gezeigten parallelen Batteriepacks beschreibt.
BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf die Zeichnungen und beginnend mit 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, das alternativ als Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Steckdosen-HEV (PHEV), ein Elektrofahrzeug mit verlängerter Reichweite (EREV) oder ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgelegt sein kann. Somit kann das Fahrzeug 10 von einem an Bord befindlichen wiederaufladbaren Energiespeichersystem (ESS) 12 elektrische Energie abgreifen sowie diesem elektrische Energie liefern. Das ESS 12 ist zum Speichern von elektrischer Hochspannungsenergie, die zum Antreiben des Fahrzeugs 10 erforderlich ist, ausgelegt. Das ESS 12 kann abhängig von den Nennleistungen der verschiedenen elektrischen Vorrichtungen, die von dem ESS elektrische Leistung abgreifen, für etwa 60 bis 300 Volt Gleichspannung oder mehr ausgelegt sein.
Das ESS 12 umfasst mehrere unabhängig wiederaufladbare Hochspannungsbatteriepacks 11, 111. Während in 1 der einfachen Veranschaulichung halber nur zwei Batteriepacks gezeigt sind, können an Bord des Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl mehrerer paralleler Batteriepacks verwendet werden. Die Batteriepacks 11, 111 können zueinander mittels einer Hochspannungsstromschiene 15 elektrisch parallel verbunden werden. Die Batteriepacks 11, 111 können einen jeweiligen Stapel 17, 117 von Zellen, z. B. Lithium-Ionen-Zellen, Nickelmetallhydridzellen oder andere wiederaufladbare elektromechanische Zellen, die eine ausreichend hohe Leistungsdichte vorsehen, sowie beliebige erforderliche leitende Reihenleisten und Batterielagerungsstruktur umfassen.
Die Steuerung des erforderlichen elektrischen Leistungsflusses zu und von den Batteriepacks 11, 111 wird durch ein Steuergerät 24 vorgesehen und wird nachstehend unter Bezug auf 2 und 3 näher beschrieben. Die Batteriepacks 11, 111 umfassen jeweils ein jeweiliges Paar von Halbleiterrelais oder Schützen 22, 23. Die Schütze 22, 23 stehen mit einem Steuergerät 24 in Verbindung und sprechen wie nachstehend erläutert unabhängig auf Signale von dem Steuergerät an. Die Schütze 22, 23 sind ausgelegt, um unter elektrischer Last zu schließen, um bei Bedarf die sofortige oder nahezu sofortige Zufuhr von elektrischer Leistung zu einem Antriebssystem 14 sicherzustellen.
Mehrere Batteriepacks, die elektrisch parallel verdrahtet sind, können aufgrund der unterschiedlichen Ladezustände (SOC) jedes Batteriepacks ein elektrisches Steuerungsproblem darstellen. Um mehrere Batteriepacks, wie etwa die Batteriepacks 11 und 111 von 1 ordnungsgemäß zu steuern, wird typischerweise eine relativ komplexe und teure Gleichspannungswandlervorrichtung samt zugehöriger Steuerungssoftware verwendet, um Energie zwischen den verschiedenen Batteriepacks hin und her zu befördern. Das vorliegend offenbarte Steuergerät 24, ein Leistungsflusssteueralgorithmus 100 und Schütze 22, 23 machen dagegen einen solchen Gleichspannungswandler unnötig. Stattdessen werden die SOC der Batteriepacks 11, 111 durch Betrieb der Schütze 22, 23 automatisch untereinander ausgeglichen. Es wird eine größere Freiheit bei der Unterbringung von mehreren Batteriepacks an Bord eines Fahrzeugs vorgesehen. Diese Freiheit geht mit verringerten Kosten für das Steuern des Leistungsflusses zu den verschiedenen Batteriepacks einher, wenn diese elektrisch parallel verdrahtet sind.
Das vorstehend erwähnte Antriebssystem 14 kann ein Getriebe 16, z. B. ein elektrisch variables Getriebe, Planetengetriebe, etc. umfassen. Das Antriebssystem 14 umfasst einen oder mehrere Fahrmotoren 18. Jeder Motor 18 kann in einer möglichen Ausführungsform als mehrphasige elektrische Wechselstrom-Induktionsmaschine ausgelegt sein. Zwar ist dies in 1 nicht gezeigt, doch wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine Brennkraftmaschine selektiv mit dem Antriebssystem 14 verbunden werden kann, z. B. in HEV- und PHEV-Ausführungsformen. Das Fahrzeug 10 kann alternativ als EREV ausgelegt sein, wobei eine Brennkraftmaschine verringerter Größe genutzt werden kann, um einen (nicht gezeigten) Generator anzutreiben und um dadurch die EV-Reichweite des Fahrzeugs zu vergrößern.
Weiter noch unter Bezug auf 1 führt das Steuergerät 24 den Leistungsflusssteueralgorithmus 100 oder eine andere geeignete Steuerlogik aus, um einen Fluss von elektrischer Energie zu den Batteriepacks 11, 111 in einer Weise zu steuern, die sich mit dem Fahrzeugbetriebsmodus ändert. Das Steuergerät 24 kann als digitaler Computer mit einem Mikroprozessor oder einem Zentralrechner, einem Festwertspeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM), einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einem Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital(A/D)- und Digital/Analog(D/A)-Schaltung und Eingangs-/Ausgangsschaltung sowie Vorrichtungen (E/A) sowie geeigneter Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung ausgelegt sein. Alle Algorithmen, die in dem Steuergerät resident sind bzw. auf die durch dieses zugegriffen werden kann, einschließlich Algorithmus 100, können in dem ROM gespeichert und von dem Steuergerät automatisch ausgeführt werden, um die verschiedenen Betriebsmodi herzustellen.
Das Fahrzeug 10 umfasst Reibungsbremskomponenten 25 an jedem von mehreren Antriebsrädern 28. Reibungsbremskomponenten 25 sprechen auf Bremsmomentsignale 30 an, die von dem Steuergerät 24 übertragen werden, und die durch die Reibungsbremskomponenten vorgesehene Bremskraft kann durch elektrischen Strom von den Batteriepacks 11, 111 unterstützt werden. Die Reibungsbremskomponenten 25 sind aber ausgelegt, um das Fahrzeug 10 ohne solche elektrische Unterstützung zu bremsen, wie nachstehend erwähnt wird, was es ermöglicht, bei Ausgleichen des SOC über den verschiedenen Batteriepacks 11, 111 festgelegte Batteriepacks selektiv und zeitweilig von dem Antriebssystem 14 zu trennen.
Das Steuergerät 24 berechnet und übermittelt auch Regenerations-/Beschleunigungsmomentbefehle 32 zu dem Antriebssystem 14 sowie nach Bedarf Schütz-Öffnungs-/Schließzustandsbefehle 34 zu einem oder mehreren der Schütze 22, 23. Das Steuergerät 24 erhält wiederum entweder durch direktes Messen der in solchen Signalen kodierten Werte oder durch Erhalten von Signalen, die von jeweiligen Sensoren 21, 121 übermittelt werden, Zustandssignale 31, 131 von den jeweiligen Batteriepacks 11 und 111. Die Zustandssignale 31, 131 umfassen in einer Ausführungsform jeweils den elektrischen Stromwert, den Spannungswert und den SOC der Batteriepacks 11 und 111 und können abhängig von der Auslegung des Fahrzeugs 10 und des Steuergeräts 24 andere Werte umfassen.
Wenn das Fahrzeug 10 aktiv bremst, was mittels Signalen 20 ermittelt werden kann, die dem Steuergerät 24 übermittelt werden, z. B. gemessene oder erfasste aktuelle Betriebsbedingungen oder Zustande des Fahrzeugs 10, wird Energie aufgenommen und den Batteriepacks 11, 111 in einem Prozess zugeführt, der als regenerativer Bremsvorgang bekannt ist. Es können andere regenerative Vorgänge als das Bremsen verwendet werden, um Energie zu sammeln, die ansonsten zum Großteil verloren gehen würde, und um die Energie zu dem ESS 12 umzuleiten. Die Reibungsbremskomponenten 25 sind so ausgelegt, dass sie die grundlegenden Bremsanforderungen wie vorstehend erwähnt ahne elektrische Unterstützung bewältigen. Zum Beispiel sollten Reibungsbremskomponenten 25 eine ausreichende hydraulische Ausübungskraft zum Anhalten des Fahrzeugs 10 aufweisen, selbst ohne die zeitweilige Nichtverfügbarkeit von elektrischer Energie von einem bestimmten der Batteriepacks 11, 111. Da die Reibungsbremskomponenten 25 das Fahrzeug 10 ohne elektrische Unterstützung von dem ESS 12, z. B. mittels Motordrehmoment von dem Motor/den Motoren 18, die durch Energie von dem ESS angetrieben werden, bremsen können, kann/können ein oder mehrere der Batteriepacks 11, 111 des ESS durch das Steuergerät6 24 zeitweilig abgetrennt werden, um wie nachstehend dargelegt über dem ESS SOC auszugleichen. Dies erfolgt, ohne die Bremsleistung nachteilig zu beeinflussen.
Wie vorstehend erwähnt umfassen die Batteriepacks 11, 111 jeweils jeweilige Schütze 22, 23. Die Schütze 22, 23 trennen einen jeweiligen der Batteriepacks 11, 111 während Niederlastbedingungen selektiv von der Hochspannungsstromschiene 15 und verbinden die Batteriepacks 11, 111 später während Hochlastbedingungen wieder mit der Hochspannungsstromschiene. Der SOC jedes Batteriepacks 11, 111 wird von dem Steuergerät 24 überwacht. Im Fall, dass ein Energie- und/oder Wärmegleichgewicht zwischen den verschiedenen Batteriepacks 11, 111 während eines regenerativen Vorgangs unausgeglichen wird, kann das Steuergerät 24 einen festgelegten der Schütze 22, 23 automatisch öffnen, um einen bestimmten Batteriepack zu isolieren, wenn zwei Batteriepacks verwendet werden, oder um mehrere Batteriepacks zu isolieren, wenn mehr als zwei Batteriepacks verwendet werden.
Durch asymmetrisches Isolieren ausgewählter Batteriepacks 11, 111 während eines regenerativen Vorgangs kann ein Gleichgewicht von Ladung oder Wärmeenergie wiederhergestellt werden, ohne die Fahrzeugbremsleistung nachteilig zu beeinflussen. Es wird erwartet, dass ein solches Ausgleichen nur zeitweise erforderlich sein sollte, und daher kann die Lebensdauer der Schütze 22, 23 verlängert werden. Die Schütze 22, 23 sind als Halbleiterbauelemente ausgelegt, die unter einer elektrischen Last einschalten können, und daher steht zur Leistungsbereitstellung für Fahrzeugbeschleunigung volle Batterieleistung nahezu sofort von den Batteriepacks 11, 111 zur Verfügung.
Unter Bezug auf 2 wird ein Satz von Leistungskurven 40 gezeigt, um das Arbeiten des Steuergeräts 24 beim Ausführen des Algorithmus 100 zu beschreiben. Die Leistungskurven 40 sind einzelne Kurven von verschiedenen Zustandssignalen 31, 131, die vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben sind. 2 wird unter Bezug auf nur ein mögliches veranschaulichendes Szenario beschrieben, d. h. ein Szenario, bei dem der Batteriepack 111 relativ zu dem SOC des Batteriepacks 11 einen hohen SOC aufweist. Der tatsächliche Batteriepack mit dem höchsten SOC variiert beim tatsächlichen Betrieb.
Die Spannungskurve 42 stellt das elektrische Potential des Batteriepacks 11 dar. Die Spannungskurve 44 stellt analog das elektrische Potential des Batteriepacks 111 dar. Stromkurven 46, 48 stellen den in die Batteriepacks 11 bzw. 111 fließenden elektrischen Strom dar. Die SOC-Kurven 70, 72 stellen den SOC der Batteriepacks 11 bzw. 111 dar. Die Zustandslinie 50 stellt den offenen/geschlossenen Zustand der Reihe von Schützen 22 des Batteriepacks 11 dar.
Zwischen t = 1 und t = 2, Zeitpunkte, die in 2 durch die Punkte 60 bzw. 62 dargestellt sind, weist der Batteriepack 11 relativ zu dem Batteriepack 111 den niedrigeren SOC auf. D. h. der Wert der SOC-Kurve 70 des Batteriepacks 11 ist niedriger als der Wert der SOC-Kurve 72 von Batteriepack 111. Während eines normalen Betriebs des Fahrzeugs 10, d. h. wenn das Fahrzeug unter Motor- und/oder Brennkraftmaschinenleistung Reisegeschwindigkeit hat, sind beide Batteriepacks 11 und 111 mit dem Antriebssystem 14 elektrisch verbunden und sind somit einsatzbereit.
Beginnend bei t = 2 oder Punkt 62, z. B. wenn ein regenerativer Vorgang, der die Batteriepacks 11 und 111 lädt, bei einer Bedingung von null oder nahezu null elektrischem Strom beginnt, liegen in diesem Beispiel des Batteriepacks 111 die Werte der Stromkurven 46 und 48 beide bei oder sehr nahe bei null, und die Schütze 23 des Batteriepacks mit dem höchsten SOC werden geöffnet. Die Reibungsbremskomponenten 25 sind wie vorstehend erwähnt ausgelegt, um mit der durch das Öffnen der Schütze 23 bewirkten zeitweilig verringerten regenerativen Kapazität zurechtzukommen.
Bei t = 3 (Punkt 64) wird die Fahrzeugbeschleunigung wieder aufgenommen, oder wenn der abgetrennte Pack zu entladen beginnt, und die Schütze 23 werden wieder mittels Schätzsignalen 34, die von dem Steuergerät 24 erzeugt und übermittelt werden, geschlossen. Dies erfolgt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Batteriepacks 11 und 111 bei oder nahe null liegt. Diese Spannungsdifferenz von nahezu null ist in dem Verschmelzen der Spannungskurven 42 und 44 in 2 bei etwa t = 3 ersichtlich. Da der Batteriepack 11 den gesamten regenerativen Impuls zwischen t = 2 und t = 3 erhält, d. h. zwischen den Punkten 62 und 64, steigt der SOC des Batteriepacks 11, wie durch die nach oben verlaufende Trajektorie der SOC-Kurve 70 gezeigt. Der SOC des Batteriepacks 111 ändert sich in der gleichen Zeitspanne sehr wenig, wie durch den im Wesentlichen konstanten Pfad der SOC-Kurve 72 gezeigt wird. Die SOC-Differenz zwischen den Batteriepacks 11 und 111 ist somit bei t = 3 (Punkt 64) relativ zu dem gleichen Wert bei t = 2 (Punkt 62) stark verringert.
Wie die Leistungskurven 40 anzeigen, werden die Schütze 22, 23 nur während Bedingungen von Strom bei nahe null oder sehr niedrigem Strom geöffnet. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer der Schütze 22, 23 zu verlängern. Während eines Übergangs zu regenerativem Bremsen werden ausgewählte der Schütze 22, 23 nur geöffnet, wenn die aktuelle Kurve für diesen bestimmten Batteriepack durch null tritt. Während des Übergangs von regenerativem Bremsen zum Beschleunigen wird das Schließen der Schütze koordiniert, um Energieübertragung aufgrund von Spannungsdifferenz zwischen den verschiedenen Batteriepacks zu minimieren. Da ein regenerativer Vorgang mehr Energie liefern kann als erforderlich ist, um den SOC zwischen Batteriepacks auszugleichen, kann überschüssige Energie mittels der Reibungsbremskomponenten 25 abgeführt werden.
Unter Bezug auf 3 wird der Algorithmus 100 von dem Steuergerät 24 während des Betriebs eines Fahrzeugs mit mehreren Batteriepacks, die elektrisch parallel geschaltet sind, z. B. des Fahrzeugs 10 von 1 mit seinen Batteriepacks 11, 111, automatisch ausgeführt. Der Algorithmus 100 beginnt mit Schritt 102, bei dem der SOC des verschiedenen Batteriepacks während des Betriebs des Fahrzeugs 10, z. B. während Reisegeschwindigkeit, ermittelt wird, wenn die Batteriepacks 11, 111 verbunden sind und zur Nutzung zur Verfügung stehen. Der Schritt 102 kann das Erfassen, Messen, Berechnen oder anderweitige Ermitteln des SOC jedes der Batteriepacks 11, 111 von 1 beinhalten. Für diese Zweck können Zustandssignale 31, 131 verwendet werden. Entsprechend dem vorstehend unter Berg auf 2 beschriebenen Szenario wird 3 nachstehend unter Verwenden eines Beispiels beschrieben, bei dem der SOC des Batteriepacks 11 niedriger als der des Batteriepacks 111 ist.
Bei Schritt 104 ermittelt das Steuergerät 24, ob ein regenerativer Vorgang oder ein andere Ladevorgang oder Vorgang mit nahezu null elektrischem Strom ausgelöst wurde. Wenn ja, rückt der Algorithmus 100 zu Schritt 106 vor. Wenn nicht, wiederholt der Algorithmus 100 die Schritte 102 und 104 in einer Schleife, bis von dem Steuergerät 24 das Vorliegen eines regenerativen Vorgangs ermittelt wird.
Wenn bei Schritt 106 der regenerative Vorgang beginnt und wenn bei t = 1 (Punkt 60) von 2 die Bedingungen von nahezu null Strom auftreten, öffnet das Steuergerät 24 die Schütze 23 des Batteriepacks 111, der in dem vorliegenden veranschaulichenden Szenario der Batteriepack mit dem höchsten SOC ist. Die Reibungsbremskomponenten 25 von 1 sind so ausgelegt, dass sie mit der durch das vorstehend erwähnte Öffnen der Schütze 23 bewirkten verringerten regenerativen Kapazität zurechtkommen. Der Algorithmus 100 rückt zu Schritt 108 vor, wenn sich die Schütze 23 in einem offenen Zustand befinden.
Bei Schritt 108 ermittelt das Steuergerät 24, ob eine Beschleunigung des Fahrzeugs 10 wieder aufgenommen wurde oder demnächst wieder aufgenommen wird, z. B. unter Verwenden elektrischer und/oder mechanischer Drosselklappenbefehle. Wenn ja, rückt der Algorithmus 100 zu Schritt 110 vor. Wenn keine anstehende oder bestehende Beschleunigung ermittelt wird, werden die Schritte 106 und 108 in einer Schleife wiederholt, bis eine Beschleunigung ermittelt wird.
Bei Schritt 110 schließt das Steuergerät 24 die Schütze 23, wenn die Beschleunigung einsetzt und die Spannungsdifferenz zwischen den Batteriepacks 11, 111 bei oder nahe null liegt. Da in dem vorliegenden Szenario der Batteriepack 11 den gesamten regenerativen Impuls erhält, ist die SOC-Differenz zwischen den Batteriepacks 11 und 111 verringert.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen ersten Batteriepack mit einer ersten Reihe von Schützen; einen zweiten Batteriepack mit einer zweiten Reihe von Schützen, wobei der zweite Batteriepack bezüglich des ersten Batteriepacks elektrisch parallel verdrahtet ist; ein Antriebssystem, das unter Nutzen elektrischer Leistung von mindestens einem von erstem und zweitem Batteriepack angetrieben wird; und ein Steuergerät in elektrischer Verbindung mit dem ersten und zweiten Batteriepack, wobei das Steuergerät zum Ermitteln, welcher von erstem und zweitem Batteriepack den höchsten Ladezustand (SOC) aufweist, und zum automatischen Ausgleichen des SOC durch Steuern eines Zustands der ersten oder der zweiten Reihe von Schützen ausgelegt ist; wobei das Steuergerät selektiv eine festgelegte von erster und zweiter Reihe von Schützen öffnet, wenn der elektrische Strom in dem Batteriepack mit dem höchsten SOC bei etwa null liegt, wodurch der Batteriepack mit dem höchsten SOC zeitweilig vom Antriebssystem getrennt wird, und die festgelegte von erster und zweiter Reihe von Schützen schließt, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Batteriepack in etwa null ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät während eines regenerativen Bremsvorgangs des Fahrzeugs zum Öffnen der festgelegten einen von erster und zweiter Reihe von Schützen dient.
Fahrzeug nach Anspruch 2, welches weiterhin Reibungsbremskomponenten umfasst, wobei das Steuergerät während des regenerativen Bremsvorgangs unter Verwenden der Reibungsbremskomponenten erzeugte überschüssige Energie abführt.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Reibungsbremskomponenten zum Bremsen des Fahrzeugs ohne Erfordernis elektrischer Unterstützung von entweder dem ersten Batteriepack oder dem zweiten Batteriepack betreibbar sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, welches weiterhin einen mehrphasigen elektrischen Wechselstrom-Induktionsfahrmotor umfasst, der mit dem ersten und zweiten Batteriepack elektrisch verbunden ist, wobei der Fahrmotor zum Antreiben des Fahrzeugs in einem rein elektrischen Modus ausgelegt ist.
System zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Antriebssystem, das unter Nutzen elektrischer Leistung von dem ESS angetrieben wird, wobei das System umfasst: einen ersten Batteriepack mit einer ersten Reihe von Schützen; einen zweiten Batteriepack mit einer zweiten Reihe von Schützen, wobei der zweite Batteriepack bezüglich des ersten Batteriepacks elektrisch parallel verdrahtet ist; und ein Steuergerät in elektrischer Verbindung mit dem ersten und zweiten Batteriepack, das zum Ermitteln ausgelegt ist, welcher von erstem und zweitem Batteriepack relativ zu dem anderen Batteriepack den höchsten Ladezustand (SOC) aufweist; wobei das Steuergerät selektiv eine festgelegte von erster und zweiter Reihe von Schützen öffnet, wenn der elektrische Strom in dem Batteriepack mit dem höchsten SOC bei etwa null liegt, wodurch der Batteriepack mit dem höchsten SOC zeitweilig vom Antriebssystem getrennt wird, und die festgelegte eine von erster und zweiter Reihe von Schützen schlieft, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Batteriepack in etwa null ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät während eines regenerativen Bremsvorgangs des Fahrzeugs zum Öffnen der festgelegten einen von erster und zweiter Reihe von Schützen dient.
System nach Anspruch 7, wobei das Fahrzeug Reibungsbremskomponenten umfasst und wobei das Steuergerät während des regenerativen Bremsvorgangs unter Verwenden der Reibungsbremskomponenten überschüssige Energie abführt.
System nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät ausgelegt ist, durch Verarbeiten einer Reihe von Signalen, die einen elektrischen Stromwert, einen Spannungswert und einen SOC jedes der Batteriepacks beschreiben, automatisch zu ermitteln, welcher von erstem und zweitem Batteriepack den höchsten SOC aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei die Schütze ausgelegt sind, um unter elektrischer Last einzuschalten, um dadurch sicherzustellen, dass elektrische Leistung sofort von den Batteriepacks verfügbar ist, wenn das Fahrzeug beschleunigt.