DE102021124593A1

DE102021124593A1 - Prognostizieren der ladezeit für die batterie eines elektrifizierten fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021124593A1
Application number: DE102021124593.1A
Authority: DE
Inventors: Gabrielle VUYLSTEKE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN114248656A; US11603010B2; US20220089058A1

Abstract

Diese Offenbarung betrifft das Prognostizieren einer Ladezeit für eine Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Ein beispielhaftes elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet unter anderem eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Drehausgabeleistung bereitzustellen, um das elektrifizierte Fahrzeug anzutreiben, ein Batteriepack, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine auszugeben, und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, ein Profil zu prognostizieren, das eine Laderate des Batteriepacks angibt. Das Profil wird auf Grundlage dessen prognostiziert, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack auf Grundlage mindestens einer Ladegrenze des Batteriepacks geladen wird.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft das Prognostizieren einer Ladezeit für eine Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, da elektrifizierte Fahrzeuge unter Verwendung von einer oder mehreren elektrischen Maschinen, die von einer Traktionsbatterie mit Leistung versorgt werden, selektiv angetrieben werden. Die elektrischen Maschinen können die elektrifizierten Fahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine antreiben. Zu den elektrifizierten Fahrzeugen gehören zum Beispiel Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEVs), Plugin-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge (fuel cell vehicles - FCVs) und Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs).
Bei der Traktionsbatterie handelt es sich um eine Batterie mit relativ hoher Spannung, die selektiv die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Leistung versorgt. Die Traktionsbatterie eines Plug-in-Elektrofahrzeugs kann zum Beispiel an öffentlichen oder privaten Ladestationen für elektrifizierte Fahrzeuge geladen werden. Plug-in-Elektrofahrzeuge beinhalten einen Ladeanschluss, der dazu konfiguriert ist, an einen Stecker der Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge gekoppelt zu werden. Wenn der Stecker an den Ladeanschluss gekoppelt ist, kann die Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge die Traktionsbatterie laden.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektrifiziertes Fahrzeug nach einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Drehausgabeleistung bereitzustellen, um das elektrifizierte Fahrzeug anzutreiben, ein Batteriepack, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine auszugeben, und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, ein Profil zu prognostizieren, das eine Laderate des Batteriepacks angibt. Das Profil wird auf Grundlage dessen prognostiziert, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack auf Grundlage mindestens einer Ladegrenze des Batteriepacks geladen wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten elektrifizierten Fahrzeugs ist die Steuerung dazu konfiguriert, das Profil zu verwenden, um eine verbleibende Zeitdauer zu prognostizieren, bis das Batteriepack einen Ziel-Ladezustand erreicht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist der Ziel-Ladezustand 100 %.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge wird der Ziel-Ladezustand durch eine Benutzer festgelegt und beträgt weniger als 100 %.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge wird der Ziel-Ladezustand auf Grundlage einer Entfernung bis zu einem Ziel-Bestimmungsort der Fahrt bestimmt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist die mindestens eine Ladegrenze eine Temperaturgrenze, und wenn eine Temperatur des Batteriepacks unter einem Temperaturschwellenwert liegt, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der Temperaturgrenze laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge prognostiziert die Steuerung einen Zeitraum, für den das Batteriepack unter dem Temperaturschwellenwert bleiben wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist die mindestens eine Ladegrenze eine kurzzeitige Stromgrenze, und wenn das Batteriepack ein Laden auf Grundlage einer kurzzeitigen Stromgrenze zulässt, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der kurzzeitigen Stromgrenze laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge, wenn das Batteriepack ein Laden auf Grundlage einer Vielzahl von kurzzeitigen Stromgrenzen zulässt, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage jeder der kurzzeitigen Stromgrenzen laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist die mindestens eine Ladegrenze eine Zellenschutzgrenze, und wenn die Steuerung prognostiziert, dass eine Umgebungsbedingung oder eine Bedingung des Batteriepacks einen Zellenschutzschwellenwert erfüllt oder überschreitet, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der Zellenschutzgrenze laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge gibt das Profil an, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack unter Verwendung eines Ladens mit konstantem Strom oder eines Ladens mit konstanter Spannung lädt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge beinhaltet das elektrifizierte Fahrzeug einen Ladeanschluss, der dazu konfiguriert ist, an einen Stecker zu koppeln.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist der Stecker ein Stecker einer Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten elektrifizierten Fahrzeuge ist das elektrifizierte Fahrzeug eines von einem Batterieelektrofahrzeug und einem Plug-in-Hybridelektrofahrzeug.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Prognostizieren eines Profils, das eine Laderate eines Batteriepacks angibt. Das Profil wird auf Grundlage dessen prognostiziert, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack auf Grundlage mindestens einer Ladegrenze des Batteriepacks geladen wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Verfahrens beinhaltet das Verfahren Verwenden des Profils, um eine verbleibende Zeitdauer zu prognostizieren, bis das Batteriepack einen Ziel-Ladezustand erreicht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren ist die mindestens eine Ladegrenze eine Temperaturgrenze, und wenn eine Temperatur des Batteriepacks unter einem Temperaturschwellenwert liegt, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der Temperaturgrenze für einen Zeitraum laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren ist die mindestens eine Ladegrenze eine kurzzeitige Stromgrenze, und wenn das Batteriepack ein Laden auf Grundlage einer kurzzeitigen Stromgrenze zulässt, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der kurzzeitigen Stromgrenze laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren ist die mindestens eine Ladegrenze eine Zellenschutzgrenze, und wenn prognostiziert wird, dass eine Umgebungsbedingung oder eine Bedingung des Batteriepacks einen Zellenschutzschwellenwert erfüllt oder überschreitet, gibt das Profil an, dass das Batteriepack auf Grundlage der Zellenschutzgrenze laden wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren gibt das Profil an, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack unter Verwendung eines Ladens mit konstantem Strom oder eines Ladens mit konstanter Spannung lädt.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch verschiedene Komponenten, einschließlich eines Antriebsstrangs, eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht schematisch ein elektrifiziertes Fahrzeug neben einer Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren wiedergibt.
4 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Profil wiedergibt, das unter Verwendung des beispielhaften Verfahrens erzeugt wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung betrifft das Prognostizieren einer Ladezeit für eine Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Ein beispielhaftes elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Drehausgabeleistung bereitzustellen, um das elektrifizierte Fahrzeug anzutreiben, ein Batteriepack, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine auszugeben, und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, ein Profil zu prognostizieren, das eine Laderate des Batteriepacks angibt. Das Profil wird auf Grundlage dessen prognostiziert, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack auf Grundlage mindestens einer Ladegrenze des Batteriepacks geladen wird. Diese Offenbarung stellt eine genaue Schätzung der Ladezeit bereit, die das Vertrauen und die Zufriedenheit des Benutzers erhöht. Diese und andere Vorteile werden aus der folgenden schriftlichen Beschreibung ersichtlich.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Wenngleich ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf BEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich anderer Plug-in-Elektrofahrzeuge, wie etwa Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs). Demnach könnte das elektrifizierte Fahrzeug 12, wenngleich dies in dieser Ausführungsform nicht gezeigt ist, mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet sein, die entweder für sich oder in Kombination mit anderen Energiequellen eingesetzt werden kann, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 anzutreiben.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 12 ein reines Elektrofahrzeug, das einzig durch elektrische Leistung angetrieben wird, wie etwa von einer elektrischen Maschine 14, ohne Unterstützung einer Brennkraftmaschine. Die elektrische Maschine 14 kann als Elektromotor, elektrischer Generator oder beides betrieben werden. Die elektrische Maschine 14 empfängt elektrische Leistung und stellt eine Drehausgabeleistung bereit. Die elektrische Maschine 14 kann zum Einstellen des Ausgabedrehmoments und der Drehzahl der elektrischen Maschine 14 mittels eines vorher festgelegten Übersetzungsverhältnisses mit einem Schaltgetriebe 16 verbunden sein. Das Schaltgetriebe 16 ist über eine Ausgangswelle 20 mit einem Satz von Antriebsrädern 18 verbunden. Ein Hochspannungsbus 22 verbindet die elektrische Maschine 14 über einen Wechselrichter 26 elektrisch mit einem Batteriepack 24. Die elektrische Maschine 14, das Schaltgetriebe 16 und der Wechselrichter 26 können gemeinsam als Getriebe 28 bezeichnet werden.
Das Batteriepack 24 ist eine Energiespeichervorrichtung und ist in diesem Beispiel eine beispielhafte Batterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Insofern kann das Batteriepack 24 einfach als „Batterie“ bezeichnet werden. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um ein Hochspannungs-Traktionsbatteriepack handeln, das eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 (d. h. Batteriearrays oder Gruppen von Batteriezellen) beinhaltet, die in der Lage ist, elektrische Leistung für den Betrieb der elektrischen Maschine 14 und/oder anderer elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 auszugeben. Es können auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 elektrisch zu betreiben.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 beinhaltet zudem ein Ladesystem 30 zum periodischen Laden der Zellen des Batteriepacks 24. Das Ladesystem 30 kann mit einer externen Leistungsquelle, wie etwa einem Stromnetz 64, verbunden werden (2), um Leistung zu empfangen und an die Zellen weiterzugeben.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet das Ladesystem 30 eine Schnittstelle, die in diesem Beispiel ein Ladeanschluss 32 ist, der sich an Bord des Elektrofahrzeugs 12 befindet. Der Ladeanschluss 32 ist dazu ausgelegt, selektiv Leistung von einer externen Leistungsquelle, wie etwa von einem mit der externen Leistungsquelle verbundenen Stromkabel, zu empfangen und die Leistung dann zum Laden der Zellen an das Batteriepack 24 weiterzugeben. Ein Beispiel für eine externe Leistungsquelle ist eine Ladestation 60 für elektrifizierte Fahrzeuge (2), wie etwa eine öffentlich zugängliche Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge. In einem weiteren Beispiel ist die Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge privat, wie etwa die bei Wohnstätten oder Geschäften. Der Ladeanschluss 32 kann dazu konfiguriert sein, an einen Stecker, der Wechselstrom (alternating current - AC) liefert, oder einen Stecker, der Gleichstrom (direct current - DC) liefert, zu koppeln. Hierzu kann das Ladesystem 30 mit Leistungselektronik ausgestattet sein, die verwendet wird, um von einer externen Leistungsversorgung empfangene AC-Leistung in DC-Leistung zum Laden der Zellen des Batteriepacks 24 umzuwandeln. Das Ladesystem 30 kann in einigen Beispielen zudem einen DC/DC-Wandler beinhalten. Das Ladesystem 30 kann zudem eine oder mehrere herkömmliche Spannungsquellen von der externen Leistungsversorgung aufnehmen (z. B. 110 Volt, 220 Volt usw.).
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 beinhaltet ferner eine Steuerung 50, die mit ausführbaren Anweisungen zum Bilden einer Schnittstelle mit den verschiedenen Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 12 und Betreiben derselben programmiert sein kann. Die Steuerung 50 ist dazu konfiguriert, Informationen von dem elektrifizierten Fahrzeug 12 zu empfangen, und ist dazu konfiguriert, diese Informationen auszulegen und auf Grundlage dieser Informationen Befehle an verschiedene Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 12 auszugeben. Die Steuerung 50 ist in den 1 und 2 schematisch gezeigt. Es versteht sich, dass die Steuerung 50 Hardware und Software beinhalten kann und Teil eines übergeordneten Fahrzeugsteuermoduls, wie etwa eines Karosseriesteuermoduls (body control module - BCM) oder einer Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) sein könnte oder alternativ eine eigenständige von dem BCM oder VSC getrennte Steuerung sein könnte. Ferner kann die Steuerung 50 mit ausführbaren Anweisungen zum Bilden einer Schnittstelle mit den verschiedenen Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 12 und Betreiben derselben programmiert sein. Die Steuerung 50 beinhaltet zusätzlich eine Verarbeitungseinheit und einen nichttransitorischen Speicher zum Ausführen der verschiedenen Steuerstrategien und Modi des Fahrzeugsystems.
2 veranschaulicht schematisch ein elektrifiziertes Fahrzeug 12, insbesondere ein Plugin-Elektrofahrzeug, wie etwa ein BEV oder PHEV, relativ zu einer Ladestation 60 für elektrifizierte Fahrzeuge („Ladestation 60“). Die Ladestation 60 ist dazu konfiguriert, das Batteriepack 24 entweder direkt oder indirekt zu laden. Die Ladestation 60 beinhaltet eine angebundene Ladebaugruppe 62 und ist an ein Stromnetz 64 gekoppelt, bei dem es sich um eine Netzleistungsquelle handelt. Die Ladebaugruppe 62 überträgt Leistung aus dem Stromnetz 64 an das elektrifizierte Fahrzeug 12. In diesem Beispiel beinhaltet die Ladebaugruppe 62 eine Anschlussstelle 66, einen Stecker 68 und ein Ladekabel 70 zwischen der Anschlussstelle 66 und dem Stecker 68. Der Stecker 68 kann eine Standardsteckerkonfiguration aufweisen, die der des Ladeanschlusses 32 entspricht. Auch wenn eine beispielhafte Ladestation 60 gezeigt ist, erstreckt sich diese Offenbarung auf andere Arten von Fahrzeug-zu-Netz-Schnittstellen.
Das Laden des elektrifizierten Fahrzeugs 12 unter Verwendung der Ladestation 60 beinhaltet ein Positionieren des elektrifizierten Fahrzeugs 12 in der Nähe der Ladestation 60 und ein elektrisches Koppeln des Steckers 68 an das elektrifizierte Fahrzeug 12 über den Ladeanschluss 32. Leistung kann sich dann aus dem Stromnetz 64 zu dem elektrifizierten Fahrzeug 12 und insbesondere zu dem Batteriepack 24 bewegen. Das Batteriepack 24 kann geladen werden, wenn sich das elektrifizierte Fahrzeug 12 in einer Ladeposition befindet.
In dieser Offenbarung ist die Steuerung 50 dazu konfiguriert, eine Ladezeit des Batteriepacks 24 zu prognostizieren und diese prognostizierte Ladezeit über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle („MMS“) 72 (1) an einen Benutzer weiterzugeben. Die prognostizierte Ladezeit ist die Zeit, die das Batteriepack 24 nach Prognose der Steuerung 50 benötigt, um von seinem gegenwärtigen Ladezustand (state of charge - „SOC“) auf einen Ziel-SOC zu laden. In einem konkreten Beispiel ist die prognostizierte Ladezeit die Zeit, die während des Ladens verbleibt, bis ein Ziel-SOC erreicht ist. Die MMS 72 kann eine Anzeige innerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 sein. Die MMS 72 kann alternativ oder zusätzlich eine mobile Vorrichtung, wie etwa ein Mobiltelefon, des Benutzers sein. Ferner kann die MMS alternativ oder zusätzlich eine cloudbasierte Benutzerschnittstelle sein, wie etwa eine Anwendung, mit der der Benutzer auf die prognostizierte Ladezeit zugreifen und diese ansehen kann.
Die Steuerung 50 ist dazu konfiguriert, eine Vielzahl von Eingaben 74A-74N zur Verwendung beim Prognostizieren der Ladezeit des Batteriepacks 24 zu empfangen. In 1 ist die Ellipse zwischen 74B und 74N repräsentativ dafür, dass die Steuerung 50 eine beliebige Anzahl von Eingaben empfängt. Insbesondere erstreckt sich diese Offenbarung auf Konfigurationen, bei denen die Steuerung 50 eine oder mehrere Eingaben empfängt.
Die Eingaben 74A-74N beinhalten als Beispiele einen gegenwärtigen Ladezustand (SOC) des Batteriepacks 24, eine Kapazität des Batteriepacks 24, Umgebungsbedingungen, wie etwa Temperatur und Druck, des elektrifizierten Fahrzeugs 12, gegenwärtige Bedingungen des elektrifizierten Fahrzeugs 12, einschließlich Bedingungen, die mit dem Heizungs-, Lüftungs- und Kühlsystem (HLK-System) des elektrifizierten Fahrzeugs 12, dem DC/DC-Wandler, dem Antriebsstrang und einem Batterielademodul zusammenhängen. Die Eingaben 74A-74N können ferner Eingaben in Bezug auf die Reiseplanung beinhalten, wie etwa ein Ziel-Bestimmungsort, Informationen eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS), Echtzeit-Verkehrsaktualisierungen usw. Die Eingaben 74A-74N können ferner die Leistung beinhalten, die einer elektrischen Heizung oder anderen Wärmeverwaltungssystemen des Batteriepacks 24 zugeordnet ist. Die Eingaben 74A-74N können zusätzlich den Strom, der durch das Batteriepack 24 fließt, die Spannung des Batteriepacks 24, die verfügbare maximale Energie des Batteriepacks 24 und die maximale Batteriezellenspannung (z. B. die Spannung der Batteriebaugruppen 25) beinhalten. Die Eingaben 74A-74N können ferner die Ladefähigkeiten der Ladestation 60, den Ladeleistungsmodus der Ladestation 60 und/oder die maximale Ladeleistung der Ladestation 60 beinhalten, wie etwa, ob die Ladestation eine DC-Schnellladestation ist. Eine weitere beispielhafte Eingabe beinhaltet einen Fahrverlauf des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Diese Eingaben 74A-74N sind beispielhaft. Zusätzliche oder weniger Eingaben können verwendet werden.
Auf Grundlage der Eingaben 74A-74N ist die Steuerung 50 dazu konfiguriert, ein Profil zu prognostizieren, das eine Laderate des Batteriepacks 24 angibt. Das Profil ist eine prognostizierte Beziehung zwischen einem Ladezustand (SOC) des Batteriepacks 24 und der Zeit und kann durch die Steuerung 50 verwendet werden, um eine Zeitdauer zu prognostizieren, die benötigt wird, bis das Batteriepack 24 einen konkreten SOC erreicht. Das Profil geht nicht davon aus, dass das Batteriepack 24 während des gesamten Ladezyklus (d. h. der Zeit zwischen einem gegenwärtigen SOC und einem Ziel-SOC) mit einer konstanten Rate laden wird. Stattdessen gibt das Profil in Abhängigkeit von den Eingaben 74A-74N an, dass das Batteriepack 24 mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Raten über den Ladezyklus laden wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Prognostizieren eines Profils zwischen einem gegenwärtigen SOC des Batteriepacks 24 und einem Ziel-SOC darstellt. Verschiedene zusätzliche Aspekte des elektrifizierten Fahrzeugs 12 und des Profils werden in Bezug auf 3 beschrieben. Es versteht sich, dass die in den 1 und 2 beschriebenen und gezeigten Komponenten verwendet werden, um das beispielhafte Verfahren 100 auszuführen.
Das unter Verwendung des Verfahrens 100 erzeugte Profil wird durch die Steuerung 50 verwendet, um eine Zeitdauer zu prognostizieren, die das Batteriepack 24 benötigt, um von seinem gegenwärtigen SOC auf einen Ziel-SOC zu laden. In einem Beispiel ist der Ziel-SOC eine vollständige Ladung, nämlich 100 % SOC. Die Steuerung 50 kann auch einen vordefinierten Ziel-SOC verwenden, der weniger als 100 % SOC ist. In einem weiteren Beispiel wird der Ziel-SOC durch einen Benutzer festgelegt und kann wiederum entweder 100 % SOC oder weniger als 100 % SOC sein, wie etwa 80 % SOC. In noch einem weiteren Beispiel wird der Ziel-SOC durch die Steuerung 50 auf Grundlage einer prognostizierten Ladung festgelegt, die erforderlich ist, damit das elektrifizierte Fahrzeug 12 einen Ziel-Bestimmungsort der Fahrt erreicht. In diesem Beispiel kann die Steuerung 50 GPS, Verkehrsinformationen usw. verwenden, um den Ziel-SOC zu prognostizieren.
In dem Verfahren 100 bestimmt die Steuerung 50 zuerst, ob das Batteriepack 24 gerade geladen wird, wie etwa, ob das elektrifizierte Fahrzeug 12 eingesteckt ist (d. h. ob der Stecker 68 an den Ladeanschluss 32 gekoppelt ist) und die Ladestation 60 aktiv ist. Wenn dies der Fall ist, beginnt das Verfahren 100 bei 102 damit, dass die Steuerung 50 bestimmt, ob prognostiziert wird, dass eine oder mehrere Kalttemperaturgrenzen während des bevorstehenden Ladezyklus (d. h. in dem Zeitraum zwischen dem gegenwärtigen SOC und dem Ziel-SOC) aktiv sind. Eine Kalttemperaturgrenze ist eine von einer Vielzahl von Ladegrenzen, die dem Batteriepack 24 zugeordnet ist und als eine Grenze für die Laderate des Batteriepacks 24 wirkt. Diese Ladegrenzen werden typischerweise durch den Hersteller des Batteriepacks 24 und/oder den Hersteller der einzelnen Batteriebaugruppen 25 definiert. Die Ladegrenzen sind der Steuerung 50 bekannt (z. B. in diese programmiert oder für diese leicht zugänglich).
Bei 102 empfängt die Steuerung 50 Informationen von einem oder mehreren Sensoren, die eine Temperatur des Batteriepacks 24 und/oder eine Umgebungstemperatur des elektrifizierten Fahrzeugs 12 angeben. Wenn die Steuerung 50 bei 102 bestimmt, dass die Temperatur des Batteriepacks 24 gegenwärtig unter einem Temperaturschwellenwert liegt oder prognostiziert wird, dass sie unter einen Temperaturschwellenwert fällt, dann prognostiziert die Steuerung 50 bei 104, dass das Batteriepack 24 auf Grundlage einer oder mehrerer Kalttemperaturgrenzen der Batterie für einen Zeitraum laden wird. Die Steuerung 50 prognostiziert auf Grundlage von Umgebungsbedingungen des elektrifizierten Fahrzeugs 12 die aktuelle Temperatur des Batteriepacks 24 und/oder auf Grundlage von Informationen, die sich auf eine elektrische Heizung des Batteriepacks 24 beziehen, den Zeitraum, für den die Kalttemperaturgrenzen der Batterie aktiv sein werden. In einem Beispiel bestimmt die Steuerung 50, wenn die gegenwärtige Temperatur des Batteriepacks 24 0 °C beträgt und der Temperaturschwellenwert 5 °C beträgt, dass Kalttemperaturgrenzen der Batterie zu Beginn des Ladens für einen Zeitraum aktiv sein werden. Die Steuerung 50 kann bestimmen, dass die Kalttemperaturgrenze der Batterie 10 Minuten lang aktiv sein wird, was ein Zeitraum ist, für den die Steuerung 50 prognostiziert, dass er nötig ist, damit eine Temperatur des Batteriepacks 24 5 °C erreicht oder überschreitet. In anderen Beispielen können zusätzliche Kalttemperaturgrenzen vorhanden sein. Zum Beispiel kann die Steuerung 50 prognostizieren, dass das Batteriepack 24 gemäß einer ersten Kalttemperaturgrenze laden wird, bis sich das Batteriepack 24 von -10 °C auf 0 °C erwärmt. Dann prognostiziert die Steuerung 50 in diesem Beispiel, dass das Batteriepack 24 gemäß einer zweiten Kalttemperaturgrenze lädt, die einen zusätzlichen Strom durch das Batteriepack 24 im Vergleich zur ersten Kalttemperaturgrenze zulässt, bis sich das Batteriepack 24 von 0 °C auf 5 °C erwärmt. In jedem Fall sind als Reaktion auf Anweisungen von der Steuerung 50 verschiedene Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 12 und/oder der Ladestation 60 dazu konfiguriert, den Strom zu begrenzen, der durch das Batteriepack 24 fließt, während die Kalttemperaturgrenzen der Batterie oder eine der hierin erörterten Ladegrenzen vorhanden sind. Die in diesem Absatz erwähnten spezifischen Temperaturen (z. B. -10 °C, 0 °C und 5 °C) sind beispielhaft und diese Offenbarung erstreckt sich auf andere Temperaturschwellenwerte.
Bei 106 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob kurzzeitige Stromgrenzen zulässig sind. Kurzzeitige Stromgrenzen sind zusätzliche beispielhafte Ladegrenzen, die dem Batteriepack 24 zugeordnet sind. Kurzzeitige Stromgrenzen lassen das Laden des Batteriepacks 24 mit relativ hohen Strompegeln für einen vordefinierten, relativ kurzen Zeitraum zu. Beispielsweise kann das Batteriepack 24 durch den Hersteller ausgelegt sein, zum Beispiel für 5 Minuten bei 500 Ampere und dann für 10 Minuten bei 400 Ampere und dann für 15 Minuten bei 300 Ampere zu laden. Dieses Beispiel beträgt 30 Minuten Laden mit einer Rate, die einen Strom überschreitet, der dem normalen Laden des Batteriepacks 24 zugeordnet ist. Indem das Laden mit relativ hohen Strömen für kurze Zeiträume zugelassen wird, lädt das Batteriepack 24 relativ schnell und wird der Verschleiß des Batteriepacks 24 relativ zu Szenarien, in denen das Batteriepack 24 über längere Zeiträume mit relativ hohen Strömen lädt, reduziert. Wenn kurzzeitige Stromgrenzen zulässig sind, fügt die Steuerung 50 bei 108 jede dieser kurzzeitigen Stromgrenzen zu dem Profil hinzu. Die Steuerung 50 fügt dem Profil die Zeitdauer hinzu, die jeder kurzzeitigen Stromgrenze zugeordnet ist, und fügt ferner dem Profil hinzu, wann das Batteriepack 24 der Prognose nach in dem Ladezyklus auf Grundlage jeder kurzzeitigen Stromgrenze lädt.
Bei 110 berücksichtigt die Steuerung 50, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack 24 auf Grundlage von Laden mit konstantem Strom lädt, und bei 112 berücksichtigt die Steuerung 50, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack 24 auf Grundlage von Laden mit konstanter Spannung lädt. Während des Ladens mit konstantem Strom führt die Ladestation 60 dem Batteriepack 24 einen relativ gleichmäßigen Strom zu, unabhängig von anderen Variablen, wie etwa dem gegenwärtigen Batterie-SOC, der gegenwärtigen Temperatur des Batteriepacks 24 oder der gegenwärtigen Umgebungstemperatur des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Während des Ladens mit konstanter Spannung führt die Ladestation 60 dem Batteriepack 24 eine relativ gleichmäßige Spannung zu. Das Laden mit konstanter Spannung erfolgt typischerweise, wenn der Batterie-SOC relativ hoch ist, wie etwa 90 % SOC oder höher. Wenn prognostiziert wird, dass Laden mit konstantem Strom auftritt, wird dies bei 114 zum Profil hinzugefügt. Wenn prognostiziert wird, dass Laden mit konstanter Spannung auftritt, wird dies bei 116 zum Profil hinzugefügt. Wenn die Steuerung 50 dem Profil ein Laden mit konstantem Strom und/oder konstanter Spannung hinzufügt, fügt die Steuerung 50 dem Profil auch die prognostizierte Zeitdauer hinzu, die jeder Art von Laden zugeordnet ist. Die Steuerung 50 aktualisiert auch das Profil, sodass das Profil angibt, wann jede Art von Laden erfolgen wird.
Bei 118 prognostiziert die Steuerung 50, ob das Batteriepack 24 gemäß einer oder mehreren Zellenschutzgrenzen geladen werden wird. Zellenschutzgrenzen sind zusätzliche beispielhafte Ladegrenzen, die dem Batteriepack 24 zugeordnet sind. Beispielhafte Zellenschutzgrenzen beinhalten einen übermäßigen Strom während des Ladens, eine hohe Umgebungstemperatur, eine hohe Temperatur des Batteriepacks 24, einen hohen Druckaufbau innerhalb des Batteriepacks 24 und/oder der Batteriebaugruppen 25 usw. Die Steuerung 50 kann prognostizieren, dass eine Umgebungsbedingung und/oder eine Bedingung des Batteriepacks 24 (d. h. eine der Eingaben 74A-74N) sich einem Zellenschutzschwellenwert nähern, der einer Zellenschutzgrenze zugeordnet ist. Wenn dies der Fall ist, fügt die Steuerung 50 bei 120 das Laden mit Zellenschutzgrenze zum Profil hinzu. Während das Laden mit Zellenschutzgrenze jederzeit erfolgen kann, ist bekannt, dass das Batteriepack 24 gemäß den Zellenschutzgrenzen zwischen dem Laden mit konstantem Strom und dem Laden mit konstanter Spannung lädt. Somit kann die Steuerung 50 in einem beispielhaften Aspekt dieser Offenbarung dazu programmiert sein, zu prognostizieren, ob Zellenschutzgrenzen vorhanden sind, nachdem Laden mit konstantem Strom für einen Zeitraum erfolgt. Wenn die Zellenschutzgrenze zu dem Profil hinzugefügt ist, prognostiziert die Steuerung 50 die Zeitdauer, für die das Batteriepack 24 erwartungsgemäß gemäß der Zellenschutzgrenze laden wird, und wann diese Ladegrenze auftreten wird. Es ist anzumerken, dass das Batteriepack 24 nicht notwendigerweise gemäß den prognostizierten Zellenschutzgrenzen laden wird. Vielmehr prognostiziert die Steuerung 50 lediglich zum Zwecke der Erstellung eines Profils, das dem Benutzer eine genaue Ladezeitschätzung liefern kann, dass das Batteriepack 24 gemäß einer oder mehreren Zellenschutzgrenzen laden wird. Die Steuerung 50 verwendet während des Ladezyklus Echtzeitinformationen, um zu bestimmen, ob das Batteriepack 24 gemäß den Zellenschutzgrenzen laden sollte.
Bei 122 vervollständigt die Steuerung 50 das Profil auf Grundlage der Ergebnisse der vorgenannten Schritte des Verfahrens 100. Bei 124 verwendet die Steuerung 50 das Profil, um eine Zeitdauer zu prognostizieren, die das Batteriepack 24 benötigt, um von seinem gegenwärtigen SOC auf einen Ziel-SOC zu laden. Diese Prognose wird über die MMS 72 an den Benutzer weitergegeben.
4 veranschaulicht grafisch ein beispielhaftes Profil, das unter Verwendung des Verfahrens 100 erzeugt wurde. In 4 ist das Profil 200 durch eine Linie in einem Diagramm mit der Zeit auf der X-Achse und dem SOC des Batteriepacks 24 auf der rechten Y-Achse dargestellt. Die Y-Achse beinhaltet zudem einen Ladestrom auf der linken Seite. Eine Linie 202 ist gezeigt, die einen prognostizierten Ladestrom angibt, der während des Ladezyklus durch das Batteriepack 24 fließt.
Das Profil 200 stellt grafisch dar, wie sich der SOC des Batteriepacks 24 gemäß der Prognose im Laufe der Zeit bei einem bestimmten Satz von Bedingungen ändern wird. Insbesondere beginnt das Batteriepack 24 in dem Beispiel der 4 mit 10 % SOC zum Zeitpunkt T₀. Die Steuerung 50 führt das gesamte Verfahren 100 zu oder um den Zeitpunkt T₀ auf Grundlage der Bedingungen (d. h. Eingaben 74A-74N) durch, die zu oder um den Zeitpunkt T₀ vorliegen, um das Profil 200 zu erzeugen. In anderen Beispielen kann die Steuerung 50 prognostizieren, wie sich die Eingaben 74A-74N während des Ladezyklus ändern werden, und diese prognostizierten Änderungen berücksichtigen, wenn das Profil zum Zeitpunkt T₀ erzeugt wird. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 50 die Eingaben 74A-74N in Echtzeit während eines Ladezyklus aktualisieren und das Profil nach Bedarf aktualisieren, um eine Änderung der Eingaben 74A-74N zu berücksichtigen.
In dem Beispiel der 4 beträgt der Ziel-SOC 100 % SOC, und die Steuerung 50 bestimmt, dass das Batteriepack 24 in der Zeit T₄ 100 % SOC erreichen wird. Die Zeit T₄ kann in einem Beispiel etwa 2 Stunden betragen. Die Zeit T₄ wird dem Benutzer über die MMS 72 zu oder um den Zeitpunkt T₀ gemeldet. Die Steuerung 50 kann zudem aktualisierte Ladezeitschätzungen an die MMS 72 senden.
Unter Bezugnahme auf das Verfahren 100 und das Beispiel der 4 prognostiziert die Steuerung 50 bei 102, dass die Temperatur des Batteriepacks 24 über dem Temperaturschwellenwert liegt, sodass Kalttemperaturgrenzen nicht aktiv sind. Bei 106 prognostiziert die Steuerung 50, dass das Batteriepack 24 kurzzeitige Stromgrenzen zulässt. Somit fügt die Steuerung 50 bei 108 dem Profil 200 eine Anzahl von kurzzeitigen Stromgrenzen hinzu. In diesem Beispiel gibt das Profil 200 zwischen Zeitpunkt T₀ und T₁ an, dass das Batteriepack 24 für einen Zeitraum, der bei Zeitpunkt T₀ beginnt, mit 500 Ampere laden wird, dann für einen Zeitraum mit 400 Ampere und dann mit 250 Ampere für einen Zeitraum, bis der Zeitpunkt T₁ erreicht ist.
Zum Zeitpunkt T₁ wird prognostiziert, dass der SOC des Batteriepacks 24 etwa 60 % SOC erreicht. Von Zeitpunkt T₁ bis T₂ bestimmt die Steuerung 50 bei 110, dass das Batteriepack 24 auf Grundlage von Laden mit konstantem Strom laden wird. In dem Beispiel wird das Batteriepack 24 von Zeitpunkt T₁ bis T₂ mit 200 Ampere geladen. Zum Zeitpunkt T₂ wird prognostiziert, dass der SOC des Batteriepacks 24 etwa 85 % SOC sein wird.
Bei 118 prognostiziert die Steuerung 50, dass das Batteriepack 24 von Zeitpunkt T₂ bis T₃ gemäß einer oder mehreren Zellenschutzgrenzen geladen werden wird. Zum Beispiel könnte die Steuerung 50 diese Prognose unter Verwendung der Eingaben 74A-74N auf eine prognostizierte Temperatur oder einen prognostizierten Druck des Batteriepacks 24 basieren. Zum Zeitpunkt T₃, bei dem prognostiziert wird, dass der SOC des Batteriepacks 24 bei etwa 95% SOC liegt, prognostiziert die Steuerung 50 bei 112, dass das Batteriepack 24 auf Grundlage von Laden mit konstanter Spannung laden wird, bis das Batteriepack 100 % SOC bei T₄ erreicht.
4 ist wiederum repräsentativ für ein beispielhaftes Profil. Das Verfahren 100 kann verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Profilen zu erzeugen. Als ein weiteres beispielhaftes Profil könnte das Batteriepack 24 eine gegenwärtige Ladung von 10 % SOC aufweisen, wie in dem Beispiel der 4, und kann der Ziel-SOC 50 % SOC betragen. In diesem Beispiel kann die Steuerung 50 bestimmen, dass der Ziel-SOC durch Laden des Batteriepacks 24 gemäß kurzfristigen Stromgrenzen erreicht werden kann. In diesem Fall würde das Profil kein Laden mit konstantem Strom oder konstanter Spannung beinhalten. Verschiedene andere beispielhafte Profile liegen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung.
Die Bezugnahme auf Prognosen, wie etwa die Prognosen der Steuerung 50, beinhaltet, dass die Steuerung 50 eine Lookup-Tabelle und/oder einen Algorithmus verwendet, um eine Prognose auf Grundlage einer oder mehrerer der Eingaben 74A-74N auszugeben. In dem Beispiel der 4 wird das Profil 200 unter Verwendung des Verfahrens 100 auf Grundlage einer Vielzahl von Prognosen der Steuerung 50 erzeugt, und das Profil 200 gibt jede dieser Prognosen an.
Es versteht sich, dass Ausdrücke wie „etwa“ und „im Wesentlichen“ nicht als Ausdrücke mit grenzenloser Bedeutung gedacht sind und im Einklang damit ausgelegt werden sollten, wie ein Fachmann diese Ausdrücke auslegen würde.
Wenngleich die unterschiedlichen Beispiele die in den Darstellungen gezeigten konkreten Komponenten aufweisen, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale eines der Beispiele in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten eines anderen der Beispiele zu verwenden. Außerdem sind die verschiedenen Figuren, die dieser Offenbarung beigefügt sind, nicht zwingend maßstabsgetreu und einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um bestimmte Details einer konkreten Komponente oder Anordnung zu zeigen.
Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft und nicht einschränkend sind. Das heißt, Modifikationen dieser Offenbarung würden in den Umfang der Ansprüche fallen. Dementsprechend sollten die folgenden Ansprüche genau gelesen werden, um ihren tatsächlichen Umfang und Inhalt zu bestimmen.

Claims

Elektrifiziertes Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Drehausgabeleistung bereitzustellen, um das elektrifizierte Fahrzeug anzutreiben; ein Batteriepack, das dazu konfiguriert ist, elektrische Leistung an die elektrische Maschine auszugeben; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, ein Profil zu prognostizieren, das eine Laderate des Batteriepacks angibt, wobei das Profil auf Grundlage dessen prognostiziert wird, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack auf Grundlage mindestens einer Ladegrenze des Batteriepacks geladen wird.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das Profil zu verwenden, um eine verbleibende Zeitdauer zu prognostizieren, bis das Batteriepack einen Ziel-Ladezustand erreicht.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Ziel-Ladezustand 100 % beträgt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Ziel-Ladezustand durch einen Benutzer festgelegt ist und weniger als 100 % beträgt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Ziel-Ladezustand auf Grundlage einer Entfernung zu einem Ziel-Bestimmungsort der Fahrt bestimmt wird.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: die mindestens eine Ladegrenze eine Temperaturgrenze ist, und das Profil angibt, dass das Batteriepack auf Grundlage der Temperaturgrenze laden wird, wenn eine Temperatur des Batteriepacks unter einem Temperaturschwellenwert liegt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuerung einen Zeitraum, für den das Batteriepack unter dem Temperaturschwellenwert bleiben wird, prognostiziert.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: die mindestens eine Ladegrenze eine kurzzeitige Stromgrenze ist, und das Profil, wenn das Batteriepack ein Laden auf Grundlage einer kurzzeitigen Stromgrenze zulässt, angibt, dass das Batteriepack auf Grundlage der kurzzeitigen Stromgrenze laden wird.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Profil, wenn das Batteriepack ein Laden auf Grundlage einer Vielzahl von kurzzeitigen Stromgrenzen zulässt, angibt, dass das Batteriepack auf Grundlage jeder der kurzzeitigen Stromgrenzen laden wird.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: die mindestens eine Ladegrenze eine Zellenschutzgrenze ist, und das Profil angibt, dass das Batteriepack auf Grundlage der Zellenschutzgrenze laden wird, wenn die Steuerung prognostiziert, dass eine Umgebungsbedingung oder eine Bedingung des Batteriepacks einen Zellenschutzschwellenwert erfüllt oder überschreitet.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Profil angibt, ob prognostiziert wird, dass das Batteriepack unter Verwendung eines Ladens mit konstantem Strom oder eines Ladens mit konstanter Spannung lädt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Ladeanschluss, der dazu konfiguriert ist, an einen Stecker zu koppeln.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem Stecker um einen Stecker einer Ladestation für elektrifizierte Fahrzeuge handelt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das elektrifizierte Fahrzeug eines von einem Batterieelektrofahrzeug und einem Plug-in-Hybridelektrofahrzeug ist.