CN111845451A - 用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法，其中针对用于机动车的行驶开始的第一电池组充电状态预先给定第一额定值，其中为了避免老化过程，牵引电池组只要其电池组充电状态小于第二额定值就在第一充电过程中被充电到小于第一电池组充电状态的与第二额定值相对应的第二电池组充电状态，而其中牵引电池组在第二充电过程中被充电到第一电池组充电状态，其中第二充电过程的开始时间点根据所确定的出发时间点、第一额定值和第二额定值来调整，或其中第二充电过程基于启动信号来开始，启动信号由于用户与终端设备的交互而由终端设备来输出。本发明还涉及一种用于按照该方法来给牵引电池组充电的充电设备以及具有这种充电设备的机动车。

Description

用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法
技术领域
本发明涉及一种用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法。本发明还涉及一种充电设备以及一种具有这种充电设备的机动车。
背景技术
电驱动机动车通常具有牵引电池组，该牵引电池组给用于驱动机动车的电机供应能量。在此，电驱动机动车尤其应被理解为：电动车辆，该电动车辆将对于驱动来说所需的能量仅仅存储在牵引电池组中（BEV，battery electric vehicle（电池组电动车））；具有增程器的电动车辆（REEV，range extended electric vehicle（增程电动车））；混合动力车辆（HEV，hybrid electric vehicle）；或者插电式混合动力车辆（PHEV，plug-in hybridelectric vehicle）。
在这种牵引电池组的情况下，通常发生不可逆的老化过程，所述不可逆的老化过程不利地导致牵引电池组的容量和/或可带来的最大功率的降低。
在这种情况下，牵引电池组的所谓的日历老化尤其是受牵引电池组的温度影响以及受该牵引电池组的电池组充电状态（state of charge，SOC）影响。这样，在牵引电池组的温度比较高的情况下和/或在电池组充电状态比较高的情况下的老化过程快于在温度相对于此较低或电池组充电状态相对于此较低的情况下的老化过程。例如，所谓的“SolidElectrolyte Interphase（固态电解质相间）”（SEI）、即在牵引电池组的阳极与电解质之间的起钝化作用的分界层由于电解质在高温下和/或在高电池组充电状态下的分解而比较快地形成。
一方面，这种老化过程对于牵引电池组的使用寿命（使用时长）来说不利，另一方面，机动车的用户常常希望在行驶开始时航程远并且随之而来希望电池组充电状态高。
发明内容
本发明所基于的任务在于：说明一种适合于电驱动机动车的牵引电池组的充电过程。尤其是应该避免或者至少减缓牵引电池组的老化和/或将牵引电池组尽可能地充电到用户所希望的电池组充电状态。还应该说明一种用于按照该方法来给牵引电池组充电的充电设备以及一种具有这种充电设备的机动车。
按照本发明，关于该方法方面，该任务通过权利要求1的特征来解决。按照本发明，关于该充电设备方面，该任务利用权利要求5的特征来解决，而关于该机动车方面，该任务按照本发明利用权利要求6的特征来解决。有利的设计方案和扩展方案是从属权利要求的主题。在此，比照来说，与该方法相关联的实施方案也适用于该充电设备以及适用于该机动车，而且反之亦然。
该方法被设置用于并且适合于给电驱动机动车的牵引电池组充电。在这种情况下，针对牵引电池组在机动车的（将来的）行驶开始时应该具有的第一电池组充电状态，预先给定第一额定值。在此，第一额定值尤其是由用户来预先给定。替选于此，第一额定值例如寄存在对牵引电池组的充电进行控制的充电设备上或者依据用户的输入、例如由用户预先给定的机动车的航程来由该充电设备确定并且紧接着被预先给定。进一步替选地，第一额定值由其它在车辆外部或在车辆内部的设备来确定，被传送给该充电设备并且紧接着被预先给定。这样，第一额定值例如由导航系统的后台依据预先给定的路线和为此所需的能量量来确定并且被传送给该充电设备。
牵引电池组只要其电池组充电状态在与充电站连接时小于第二额定值就在第一充电过程中被充电到第二电池组充电状态，该第二电池组充电状态对应于第二额定值。优选地，第一充电过程在将牵引电池组连接到充电站上之后立即、即在时间上在将牵引电池组连接到充电站上之后紧接着进行。充电站例如是充电桩或所谓的墙盒（Wall-Box），其中充电站提供或可以提供适合于给牵引电池组充电的充电电压或适合于此的充电电流。
在该方法的接下来的步骤中，牵引电池组在第二充电过程中被充电到与第一额定值相对应的第一电池组充电状态。即，只要牵引电池组在第一充电过程中被充电到了第二电池组充电状态，该牵引电池组就在第二充电过程中从第二电池组充电状态被充电到第一电池组充电状态。否则，牵引电池组就在第二充电过程中从该牵引电池组在连接到充电站上时已经具有的那个电池组充电状态被充电到第一电池组充电状态。
按照该方法的第一变型方案，第二充电过程的开始时间点根据所确定的（所预测的）出发时间点以及根据第一额定值来调整。此外，为了确定该开始时间点，同样使用第二额定值或牵引电池组在连接到充电站上时已经具有的那个（连接）电池组充电状态。尤其是，该开始时间点依据对于将牵引电池组从第二电池组充电状态充电到第一电池组充电状态或从（连接）电池组充电状态充电到第一电池组充电状态来说所需的时长而得到。尤其是，该时长还取决于：能由充电站提供的充电功率；例如由电池组管理系统预先给定的针对该充电功率的限制；和/或周围环境温度。
在此，特别优选地，第二充电过程的开始时间点被调整为使得尽可能避免或至少减少开头提及的老化过程。为此，尤其是使在第一充电过程的结束与第二充电过程的开始时间点之间的时长最大化和/或使能依据该时长和第二电池组充电状态的数值来确定的老化参数最小化，该老化参数表征牵引电池组的老化过程。在此，适宜地，第二充电过程在时间上被延迟为使得第二充电过程的结束与所确定的出发时间点一致并且牵引电池组被充电到第一电池组充电状态。
按照该方法的第二变型方案，第二充电过程基于启动信号来开始，该启动信号由于机动车的用户与终端设备的交互而由该终端设备输出。为此，尤其是将该启动信号传送给该充电设备并且由该充电设备引入牵引电池组的第二充电过程。即，概括来说，第二充电过程的开始是由于实际操作所引起而不是由于用户的预测所引起。适宜地，附加地确定（可能的）出发时间点，并且第二充电过程、尤其是充电电流被调整为使得第二充电过程的结束与所确定的出发时间点一致并且牵引电池组被充电到第一电池组充电状态。
在这种情况下，（数据）终端设备应被理解为能连接在电信网络、例如互联网的网络终端上的设备。终端设备尤其是也能被理解为移动终端设备，如智能电话、平板计算机（Tablett）、笔记本电脑（Laptop）等等。在任何情况下，终端设备都能以信号传输技术方式来与该充电设备耦合。在此，该耦合例如直接进行，也就是说启动信号直接从终端设备被传送给该充电设备。替选地，间接地传输该启动信号，例如借助于车辆制造商的又能与该充电设备以信号传输技术方式耦合的后台或者借助于所谓的智能家居系统（Smart-Home-System）的中央控制单元来传输该启动信号。
在该方法的两个变型方案中，第二电池组充电状态都小于第一电池组充电状态。换言之，在第二电池组充电状态下存储在牵引电池组中的能量量小于在第一电池组充电状态下存储在牵引电池组中的能量量。因此，第二电池组充电状态尤其是小于在行驶开始时用户所希望的第一电池组充电状态。因此，在电池组充电状态小于第一电池组充电状态的那个时长期间，避免或至少减少了由于电池组充电状态比较高而引起的日历老化。即，概括来说，避免了机动车的期间牵引电池组具有比较高的电池组充电状态的停车时间。
此外，由于根据所确定的出发时间点和第一额定值来调整第二充电过程的开始时间点或由于基于启动信号来开始第二充电过程，在第一充电过程的结束或只要牵引电池组没有被充电到第二电池组充电状态就将该牵引电池组连接到充电站上的时间点与第二充电过程的开始时间点之间的时长比较长。因此，也有利地避免或至少减少了在该比较长的时长期间牵引电池组的日历老化。
例如，预先给定第二额定值。然而，按照该方法的两个变型方案的一个有利的扩展方案，第二额定值根据第一额定值来确定。相比于恒定地预先给定的第二额定值，以这种方式能够实现：降低第二额定值并且随之而来降低第二电池组充电状态，尤其是使第二额定值最小化并且随之而来使第二电池组充电状态最小化，而且因此进一步避免老化过程。适当地，在第一额定值比较小时，第二额定值降低。
在按照第一变型方案的方法中，附加地或替选地根据所确定的（所预测的）出发时间点来确定第二额定值。在按照第二变型方案的方法中，附加地或替选地，首先确定（预测）出发时间点并且紧接着根据该出发时间点来确定第二额定值。第二额定值以及相对应地第二电池组充电状态适宜地被确定并且适宜地紧接着预先给定为使得：在第一充电过程的结束与第二充电过程的开始时间点之间的时长最大化；第二电池组充电状态的数值最小化；和/或依据该时长和第二电池组充电状态的数值、尤其是最小化的数值所能确定的老化参数最小化，该老化参数表征牵引电池组的老化过程。尤其是，在将牵引电池组连接到充电站上的时间点与所确定的出发时间点之间的时长比较长的情况下，第二额定值适当地被减小。
例如，针对第二额定值规定最小数值，使得机动车即使在第二充电过程完成之前也可以被用户以至少与该最小数值相对应的最小航程来使用。
按照一个适当的设计方案，为了确定出发时间点，使用先前的实际出发时间点的数据和/或先前的启动信号的信息。这些数据和信息也被称作历史数据或历史信息。对于确定（所预测的）出发时间点来说，借助于这些数据和信息能考虑用户的习惯，并且因此能比较精确地确定出发时间点。尤其是，为了预测出发时间点，使用先前的实际出发时间点中的典型的或平均的出发时间点，或者替选于此，使用在传送该启动信号的时间点与相对应的实际出发时间点之间的典型的或平均的时长。
按照一个有利的扩展方案，在充电到第二电池组充电状态的过程中、即在第一充电过程中，在充电到第一电池组充电状态的过程中、即在第二充电过程中，和/或在时间上在这些充电过程之间，牵引电池组的温度被调整为使得不超过预先给定的或可预先给定的最高温度。为此，例如相对应地调整充电电流，而且附加地或替选地使用机动车的冷却装置来对牵引电池组进行冷却。因此，有利地避免或至少减少了由于温度比较高而引起的日历老化。
按照一个有利的设计方案，该充电设备被设置和设立用于按照上文示出的实施方案之一的方法来给电驱动机动车的牵引电池组充电。为此，该充电设备具有测量装置，用于检测机动车的牵引电池组的（当前的）电池组充电状态。该充电设备还具有控制单元，用于控制第一充电过程和/或用于控制第二充电过程。在此，该控制单元不仅以电路技术方式而且以编程技术方式来设立为使得按照上文所示出的方法来给牵引电池组充电。尤其是，该控制单元被设置和设立用于开始第二充电过程，尤其是基于依据第一额定值和所确定的出发时间对开始时间点的确定或基于该启动信号来开始第二充电过程；以及被设置和设立用于确定第二额定值。
只要该充电设备被设置用于按照第二变型方案（根据该第二变型方案，第二充电过程基于启动信号来开始）的方法来给牵引电池组充电，该充电设备就适宜地具有针对该启动信号的接收器、例如所谓的在线连接单元（online-connected-Unit，OCU）。
例如，该充电设备还具有温度传感器或者与这种温度传感器的接口，使得牵引电池组的温度被检测并且充电电流或冷却装置相对应地被调整或运行。
按照一个适宜的扩展方案，电驱动机动车具有在上文呈现的变型方案之一下的充电设备。替选于此，该充电设备是充电站的组成部分，换言之，该充电设备于是集成到该充电站中。
附图说明
随后，本发明的实施例依据附图进一步予以阐述。其中：
图1a示出了流程图，该流程图表示用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法的第一变型方案，其中牵引电池组首先被充电到第二电池组充电状态，其中确定第二充电过程的开始时间点并且在该开始时间点开始第二充电过程；
图1b示出了用于按照该方法的第一变型方案来给牵引电池组充电的时间-电池组充电状态图表；
图2a示出了流程图，该流程图表示用于给电驱动机动车的牵引电池组充电的方法的第二变型方案，其中牵引电池组首先被充电到第二电池组充电状态，而且其中基于启动信号来开始第二充电过程；
图2b示出了用于按照该方法的第二变型方案来给牵引电池组充电的时间-电池组充电状态图表；而
图3示出了具有牵引电池组并且具有与该牵引电池组连接的充电设备的电驱动机动车，其中该充电设备连接到充电站上并且具有用于与终端设备以信号传输技术方式耦合的接收器。
在所有附图中，彼此相对应的部分和参量始终配备有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1a中示出了流程图，该流程图呈现了用于给电驱动机动车4的牵引电池组2充电的方法的第一变型方案。在图1b中，示出了与之相对应的时间-电池组充电状态图表，其中时间t绘制于横坐标轴而牵引电池组2的电池组充电状态SOC绘制于纵坐标轴。
在这种情况下，首先在第一步骤I中，针对牵引电池组2在行驶开始时应该具有的第一电池组充电状态SOC1，预先给定第一额定值S1。该第一额定值例如为80%。该第一额定值S1由用户预先给定或者依据用户的规定或输入、例如用户所希望的机动车4的航程或对机动车4的运行模式（如用于日常使用的运行模式）的选择来确定并且紧接着被预先给定。
在第二步骤II中，确定（预测）机动车4的（可能的）出发时间点tA。为此，使用先前的实际出发时间点的数据，其中确定先前的实际出发时间点的典型的或平均的出发时间并且将其用作所确定的出发时间点tA。
在接下来的第三步骤III中，依据第一额定值S1和所预测的（所确定的）出发时间点tA，针对牵引电池组2应该首先被充电到的第二电池组充电状态SOC2，确定第二额定值S2。在此，第二电池组充电状态SOC2小于与第一额定值相对应的第一电池组充电状态SOC1。
如在图1b中示出的那样，机动车4以及因此牵引电池组2在时间点tV被连接到充电站6上，即与该充电站连接。将在该时间点tV的电池组充电状态SOCV与第二额定值S2进行比较（第四步骤IV）。只要在时间点tV电池组充电状态SOCV小于第二额定值S2，牵引电池组2就在第一充电过程L1中被充电到第二电池组充电状态SOC2（第五步骤V）。第一充电过程L1在时间点tE结束。第二电池组充电状态例如为50%。
在接下来的（第六）步骤VI中，确定第二充电过程L2的开始时间点tS。在此，开始时间点tS被确定为使得：牵引电池组2由于第二充电过程L2而尽可能精确地在所预测的出发时间点tA具有第一电池组充电状态SOC1。在此，开始时间点tS依据所预测的出发时间tA和如下时长来得到，该时长被需要用于将牵引电池组2从与第二额定值S2相对应的第二电池组充电状态SOC2充电到与第一额定值S1相对应的第一电池组充电状态SOC1或用于只要牵引电池组2在第四步骤IV中未曾被充电到第二电池组充电状态SOC2就从电池组充电状态SOCV充电到第一电池组充电状态SOC1。即，概括来说，开始时间点tS根据所确定的（所预测的）出发时间点tA以及根据第一额定值S1来确定和调整。
在第七步骤VII中，进行第二充电过程L2。在此，牵引电池组2相对应地从第二电池组充电状态SOC2被充电到第一电池组充电状态SOC1或从在时间点tV的电池组充电状态SOCV被充电到第一电池组充电状态SOC1，这在图1a中以虚线示出。
概括来说，牵引电池组2不是直接被充电到第一电池组充电状态SOC1。更确切地说，牵引电池组2首先被充电到与第一电池组充电状态SOC1相比更小的第二电池组充电状态SOC2，使得避免了机动车在电池组充电状态比较高的情况下的时长。因此，同样避免或至少减少了牵引电池组的日历老化。
在图2a中示出了流程图，该流程图示出了用于给牵引电池组2充电的方法的第二变型方案；而在图2b中，示出了与此相对应的时间-电池组充电状态图表。在这种情况下，步骤I直至包括IV以及必要时步骤V都类似于按照图1a和1b的第一变型方案来进行。
按照该方法的第二变型方案的一个替选的设计方案，在步骤III中，仅仅根据第一额定值S1、即没有根据所预测的出发时间tA来确定第二额定值S2。因此，也不需要步骤II、即对（可能的）出发时间tA的预测，因此该步骤在图2a中以虚线示出。
在步骤VI'中，机动车4的用户与终端设备8（参见图3）进行交互，因此启动信号S从终端设备8被输出并且被传输给充电设备10。如能在图2b中看出的那样，该启动信号S在时间点tU被充电设备10接收到，并且引起、换言之引入第二充电过程L2的开始。牵引电池组2被充电到第一电池组充电状态SOC1（步骤VII）。即，牵引电池组2在时间上在接收到启动信号S之后直接从第二电池组充电状态SOC2或从电池组充电状态SOCV被充电到第一电池组充电状态SOC1。
在该方法的两个变型方案中，在第一充电过程L1中、在第二充电过程L2中以及在时间上在这两个充电过程之间、即在时间点tE与时间点tA或tU之间检测牵引电池组2的温度T。为了避免由于温度比较高而引起的牵引电池组2的日历老化，牵引电池组2的温度T被调整为使得不超过预先给定的或可预先给定的最高温度Tmax、例如22℃。为此，相对应地选择用于给牵引电池组2充电的充电电流，而且附加地或替选地激活用于牵引电池组2的冷却装置12（参见图3）。
在图3中示出了电驱动机动车4。该电驱动机动车具有牵引电池组2，该牵引电池组与机动车4的充电设备10连接。在此，充电设备10被设立为使得牵引电池组2按照该方法的根据图1a至2b的变型方案之一来充电。为此，机动车4以及尤其是其充电设备10借助于充电线缆14连接到充电站6上，该充电站这里示例性地构造为充电桩。在此，充电站6提供适合于给牵引电池组2充电的充电电压或适合于此的充电电流。充电设备10还具有控制单元16。在此，该控制单元调节或控制被输送给牵引电池组2的充电电流的数值和随时间的变化过程或者相对应地调节或控制附在牵引电池组2上的充电电压的数值和随时间的变化过程。概括来说，控制单元16控制第一充电过程L1和第二充电过程L2。
充电设备10还具有测量单元18，借助于该测量单元，能检测牵引电池组2的电池组充电状态SOC。
机动车4具有冷却装置12，借助于该冷却装置可以对牵引电池组2进行冷却，使得不超过最高温度Tmax。在此，冷却装置12能由控制装置16来操控，其中在该控制单元上寄存该最高温度Tmax，而且其中控制单元16为了检测牵引电池组2的温度T而与温度传感器20连接。
充电设备10还包括与控制单元16连接的接收器22，用于接收从终端设备8输出的启动信号S。尤其是，终端设备8具有附加地被设置用于引入第二充电过程L2的功能性。例如，终端设备8是智能电话，该智能电话在用户与终端设备8交互时、示例性地在闹钟功能关闭时输出所谓的推送（Push）消息作为启动信号S并且将其传输给接收器22。
此外，借助于终端设备8由未进一步示出的用户来预先给定第一额定值S1并且将其传输给充电设备10。
本发明并不限于在上文所描述的实施例。更确切地说，本发明的其它变型方案也可以由本领域技术人员从中推导出来，而不脱离本发明的主题。此外，尤其是，所有结合这些实施例所描述的单个特征也能以其它方式来彼此组合，而不脱离本发明的主题。
附图标记列表
2 牵引电池组
4 机动车
6 充电站
8 终端设备
10 充电设备
12 冷却装置
14 充电线缆
16 控制单元
18 测量装置
20 温度传感器
22 接收器
I 预先给定第一额定值
II 确定出发时间点
III 确定第二额定值
IV 将第二额定值与电池组充电状态进行比较
V 第一充电过程
VI 确定第一充电过程的开始时间点
VI' 输出启动信号
VII 第二充电过程
L1 第一充电过程
L2 第二充电过程
S 启动信号
S1 第一额定值
S2 第二额定值
SOC 电池组充电状态
SOCV 在时间点tV的电池组充电状态
SOC1 第一电池组充电状态
SOC2 第二电池组充电状态
t 时间
tA 出发时间点
tE 第一充电过程的结束时间点
tS 第二充电过程的开始时间点
TU 接收到启动信号的时间点
tV 将充电设备连接到充电站上的时间点
T 牵引电池组的温度
Tmax 牵引电池组的最高温度

Claims (6)

1.一种用于给电驱动机动车（4）的牵引电池组（2）充电的方法，
- 其中针对用于所述机动车（4）的行驶开始的第一电池组充电状态（SOC1）预先给定第一额定值（S1），
- 其中为了避免老化过程，所述牵引电池组只要其电池组充电状态（SOCV）小于第二额定值（S2）就在第一充电过程（L1）中被充电到与所述第二额定值（S2）相对应的第二电池组充电状态（SOC2），所述第二电池组充电状态小于所述第一电池组充电状态（SOC1），而
- 其中所述牵引电池组（2）在第二充电过程（L2）中被充电到所述第一电池组充电状态（SOC1），
- 其中所述第二充电过程（L2）的开始时间点（tS）根据所确定的出发时间点（tA）、所述第一额定值（S1）和所述第二额定值（S2）来调整，或者
- 其中所述第二充电过程（L2）基于启动信号（S）来开始，所述启动信号由于用户与终端设备（8）的交互而由所述终端设备来输出。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述第二额定值（S2）根据所述第一额定值（S1）和/或根据所确定的出发时间点（tA）来确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
为了确定所述出发时间点（tA），使用先前的出发时间点的数据和/或先前的启动信号的信息。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
为了避免所述牵引电池组（2）的老化过程，所述牵引电池组的温度（T）在充电到所述第二电池组充电状态（SOC2）的过程中、在充电到所述第一电池组充电状态（SOC1）的过程中和/或在时间上在这些充电过程之间被调整为使得不超过预先给定的或可预先给定的最高温度（Tmax）。
5.一种用于根据权利要求1至4之一所述的方法来给电驱动机动车（4）的牵引电池组（2）充电的充电设备（10），所述充电设备具有：
- 测量装置（18），用于检测所述机动车（4）的牵引电池组（2）的电池组充电状态（SOCA）；和
- 控制单元（16），用于控制所述第一充电过程（L1）和/或用于控制所述第二充电过程（L2）。
6.一种机动车（4），其具有根据权利要求5所述的充电设备（10）。
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