CN112438005A - 用于为电能储存器充电的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于为电能储存器充电的方法和装置。待充电的至少两个电能储存器分别连接一个充电器。电能储存器以分别分配到各个充电器的充电功率(pj i)进行充电。对充电功率(pj i)进行闭环控制，其中确定每个充电器的瞬时充电功率(pj i)并将这些瞬时充电功率相加以得出瞬时总充电功率(Pj)。在将瞬时总充电功率(Pj)与预定义的充电功率上限(Oj)进行比较之后，如果瞬时总充电功率(Pj)大于预定义的充电功率上限(Oj)，则分配给各个充电器的至少一个充电功率(pj i)被降低。

Description

用于为电能储存器充电的方法和装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求德国专利申请DE 10 2018 211 633.4的优先权，其内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于为电能储存器充电的方法和装置，特别是用于为移动工业应用的电池、特别是工厂内工业卡车的驱动电池充电的方法和装置。本发明特别地涉及一种用于在低压范围内、特别是在高达120V的低压范围内为电能储存器充电的方法和装置。
背景技术
用于为电能储存器充电的方法和装置是已知的。它们例如用于为工厂内工业卡车的驱动电池充电。在充电期间，可能会出现高峰负荷。这种高峰负荷特别是在白天的特定时间，例如在换班期间出现，在该换班期间要对大量的电能储存器、特别是大量的驱动电池进行充电。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改进的用于为电能储存器充电的方法，特别是提供一种可以降低不期望有的高峰负荷的方法。
通过具有权利要求1中限定的步骤的方法来实现该目的。首先，待充电的至少两个电能储存器分别被连接到一个充电器。所述至少两个电能储存器利用分配给各个充电器的充电功率进行充电。本发明的实质在于，对充电功率进行闭环控制。为此目的，确定每个充电器的瞬时充电功率。将瞬时充电功率相加以得出瞬时总充电功率，将瞬时总充电功率与预定义的充电功率上限进行比较。当瞬时总充电功率大于预定义的充电功率上限时，分配给各个充电器的充电功率中的至少一个被降低。至少一个充电功率的降低限制了总充电功率。因此，即使在高负荷需求时，例如在换班期间，也可以减少并且特别是防止不期望有的高峰负荷。例如，总充电功率可以可靠地保持在干线连接功率以下。这样增加了安全性并降低了在电能储存器充电期间的运行成本。
各个充电器的充电功率与分配给各个充电器的充电电流成比例。该充电电流包括供应给充电器的电流和每单位时间输出给电能储存器的电荷。
充电功率以及由此而来的总充电功率是根据本发明的方法的控制变量。瞬时充电功率和由此计算出的瞬时总充电功率是待确定的实际变量。充电功率上限表示用于闭环控制的极限值。
闭环控制可以在多个控制回路中进行，特别是在周期性重复的控制回路中进行。例如，可以依次确定、特别是依次读取单个充电器的充电功率。充电器的读取优选地通过多路复用方法进行。在读取单个充电器之后，然后可以进行闭环控制步骤。在闭环控制步骤期间，在闭环控制步骤中确定的设定点变量可以传输到充电器。然而，优选地，在下一个控制回路中在读取充电功率期间将设定点变量传输到充电器。这样的并行传输和读取特别有效，并且可以优选地通过多路复用方法来实现。
例如，两个连续的控制回路可以具有固定的时间间隔。特别是在顺序读取充电器的情况下，控制回路的时间间隔可以取决于充电器的数量。优选地，在顺序读取所有充电器和闭环控制步骤之后，重复控制回路。由控制回路的周期性重复所确定的周期可以特别地由充电器的数量和确定单个充电器的充电功率所需的读取时长的乘积得出。该周期与由重复控制回路而实现的采样率成反比。所有充电器的读取时长可能都相同，并且可以特别地在10ms与100ms之间、特别是在20ms与50ms之间、优选地约为25ms。因此，可以快速且同时精确地确定各个充电器的充电功率。
降低至少一个充电器的充电功率可以连续发生或以固定的功率电平发生。在这种情况下，也特别可能的是，暂时切断充电器中的单个充电器。
该方法的实施、特别是控制回路可以使用闭环控制单元进行。闭环控制单元可以以能够传输数据的方式连接到各个充电器。闭环控制单元可以例如从充电器读取瞬时实际变量，并将控制命令传输到各个充电器。
充电器可以彼此分开，或者可以仅仅是公共充电站的单个端子。充电器可以组合在不同的充电器组中，每个充电器组具有至少两个充电器，其中可以为每个充电器组预设第一充电功率上限。单个充电器组的充电功率上限总计得出总充电功率极限。替代地，也可以规定仅预先设定总充电功率上限。充电器特别地适合于为工厂内工业卡车、特别是堆垛机卡车和/或叉车的驱动电池充电。但是，单个充电器也可以用于为不同类型的电能储存器充电。
电能储存器被理解为所有已知的用于电能的储存装置。电能储存器优选是电池，特别是用于移动工业应用的电池，特别是用于工厂内工业卡车的驱动电池。优选地，为了充电目的，从待被供应电流的各个设备中、特别是从各个移动工业应用中、特别是从各个工厂内工业卡车中移除待充电的能量储存器中的至少一个能量储存器、特别是电池中的一个电池、特别是驱动电池中的一个驱动电池。该方法可以特别地具有移除步骤，该移除步骤用于从分别待被供应电流的设备中、特别是从各个移动工业应用中、特别是从各个工厂内工业卡车中移除待充电的能量储存器。
电能储存器分别与一个充电器连接旨在表示建立用于将能量从充电器传输到电能储存器的连接。这可以以任何已知的方式进行。例如，可以经由电源电缆和/或公连接器触点产生电连接。替代地，可以设置无线链路以对电能储存器进行无线充电。
优选地，电能储存器的充电使用直流(DC)充电方法进行。电能储存器的连接特别地经由直流端子进行。
特别优选地，电能储存器的充电在低压范围内、特别是在高达120V的低压范围内进行。在高达120V的低压范围内的电压也称为超低电压。
根据该方法的优选实施例，充电功率上限在最大充电功率的75％与99.5％之间、特别是在80％与99％之间、特别是在85％与95％之间、优选地约为90％。通过选择这样的充电功率上限，可以可靠地避免超过最大充电功率的情况。因此，确保可靠地防止高峰负荷的安全充电方法。最大充电功率可以例如对应于可用于给电能储存器充电的电源连接功率。除了安全的充电性能，所选的充电功率上限还可以使可用的最大充电功率具有良好的容量利用率。
最大充电功率可以例如由能量供应者、能量供应合同、工厂内电源基础设施和/或默认操作来预设。充电功率上限小于最大充电功率。它特别地通过最大充电功率减去安全偏离量来确定。
根据该方法的另一优选实施例，至少一个充电功率从额定功率阶梯式降低，该额定功率被设置用于为各个电能储存器充电。阶梯式降低至少一个充电功率确保一种有效、响应快速且安全的方法。例如，取决于各个额定功率的不同功率电平可以用于操作充电器。
额定功率可以取决于电能储存器和/或各个充电器。所有待充电的电能储存器的额定功率可以是相同的也或是不同的。额定功率可以被集中存储在例如闭环控制单元中。替代地，额定功率以及瞬时充电功率可以在闭环控制期间被确定，特别是从各个充电器中被读取。
根据本发明的另一优选方面，一旦瞬时总充电功率下降到充电功率下限以下，则增大至少一个充电功率，其中充电功率下限小于充电功率上限。因此，确保安全且同时快速充电。特别地，最大功率被有效地耗尽，而没有任何超过最大功率的威胁。充电功率下限例如由最大功率减去容量利用率偏离量来确定。
优选地，当低于充电功率下限时，增加先前由于充电功率的闭环控制而已经降低的充电功率。充电功率的增加优选地以与其阶梯式减小相同的方式进行，直到达到各个额定功率。为此目的，可以规定，确定、特别是读取充电器分别工作的功率电平以及瞬时充电功率。
根据本发明的另一个有利方面，充电功率下限在最大充电功率的50％与95％之间、特别是在60％与90％之间、特别是在70％与80％之间、优选地约为75％。这使得最大充电功率具有特别有效的容量利用率。在该方法的特别优选的实施例中，充电功率下限由充电功率上限减去一个或多个充电器的额定功率的差来确定。如果使用该方法为两个以上的充电器、特别是三个以上的充电器、特别是四个以上的充电器、特别是五个以上的充电器、特别是十个以上的充电器充电，而每个充电器具有相同的额定功率，则该过程是特别有利的。在这种情况下，可以特别地规定，充电功率下限等于充电功率上限减去两倍的充电器中一个充电器的额定功率。
根据本发明的另一优选方面，根据各个电能储存器的荷电状态进行充电功率的闭环控制。电能储存器的充电效率可以取决于各个荷电状态。将荷电状态作为实际变量包含在闭环控制中确保对电能储存器进行特别有效的充电。各个荷电状态(SOC)可以被测量为各个电能储存器的充电容量的百分比。各个荷电状态例如可以与充电功率一起被确定、特别是被读取。
特别优选地，根据荷电状态将电能储存器分类为不同的优先级。
根据本发明的又一个优选方面，当超出充电功率上限时，首先减小至少两个电能储存器中的至少一个电能储存器的充电功率，所述至少一个电能储存器的荷电状态高于其他电能储存器的荷电状态。当将电能储存器分类为不同的优先级时，与具有高荷电状态的电能储存器相比，可以将具有低荷电状态的电能储存器特别地分类为较高优先级。这种方法特别有效，特别是因为电能储存器可以在低荷电状态下充电而几乎没有功率损耗。具有低荷电状态的电能储存器的优先级另外确保待充电的所有电能储存器在尽可能短的时间内被充电到最小荷电状态，例如相应充电容量的30％。因此，可以至少暂时地克服电能储存器的瓶颈。
优选地，当超过充电功率上限时，动态地抑制和/或重新分配至少一个电能储存器的充电功率。优先级、特别是分类到不同的优先级中，特别地保证待充电的电能储存器的尽可能高的效率。具有最低荷电状态的(一个或多个)电能储存器被分配有最高充电功率。有利地，不超过最大充电功率，并且同时实现对电能储存器的尽可能快的充电。
根据本发明的另一优选方面，将充电功率上限和/或充电功率下限设定为是可变的，特别根据当日时间是可变的。这种充电方法特别具有成本效益并且灵活。例如，用户可以手动预设充电功率上限和/或充电功率下限。替代地或附加地，可以预设可变的、特别是根据用途可变的、或根据当日时间可变的最大充电功率，其中充电功率极限基于可变的最大充电功率。此外，可以根据需求改变安全偏离量和/或容量利用率偏离量。
根据本发明的另一优选方面，确定先前确定的充电功率的时间特性。时间特性例如可以在外部设备上和/或在闭环控制单元上显示给用户。所确定的时间特性也被称为“趋势”。这样可以对充电方法进行精确的监视和用户侧监控。可以特别容易地计划充电方法、特别是其他能量储存器的连接。这样在为电能储存器充电时增加了安全性。
特别优选地，对于其他的操作参数，例如瞬时荷电状态、优先级和/或功率电平，也出现趋势。因此，可以由用户全面监控和分析充电方法。
本发明的另一目的在于提供一种改进的用于为电能储存器充电的装置，特别是制造一种可以降低峰值功率的装置。
通过具有权利要求10所限定的特征的装置来实现该目的。该装置包括至少两个充电器，用于分别利用分配给各个充电器的充电功率分别给一个电能储存器充电。另外，设有闭环控制单元。根据以上描述的方法，闭环控制单元被配置关于被用于在至少两个电能储存器的充电期间进行充电的各个充电器的充电功率来执行闭环控制，每个电能储存器被连接到至少两个充电器中的一个充电器。该装置的优点根据上述方法的优点而变得显而易见。
该装置可以具有大量的充电器。优选地，经由所有充电器对电能储存器充电。然而，也可以将装置中包含的单个充电器不用于给电能储存器充电。未使用的充电器不消耗任何充电功率，且也不包含在闭环控制中。
电能储存器不是装置的一部分，而仅为了充电目的可以连接到装置的充电器。一旦至少两个电能储存器分别与装置的一个充电器连接，就借助于闭环控制单元进行闭环控制。例如，电能储存器经由分别待供应电流的设备上的端子、特别是在各个移动工业应用上的端子、特别是在各个工厂内工业卡车上的端子可连接到充电站。优选地，电能储存器从各个设备、特别是各个移动工业应用、特别是各个工厂内工业卡车中被移除，以用于连接到充电器。
优选地，该装置适合于实施直流充电方法。特别地，充电器具有用于连接电能储存器的直流端子。
优选地，该装置被配置成用于在低压范围内、特别是在高达120V的低压范围内为电能储存器充电。
根据该装置的优选实施例，设有用于输入操作参数的接口。例如，可以经由接口输入最大充电功率以及充电功率上限或下限。该接口优选地经由网络、特别是无线网络提供到闭环控制单元的连接。因此，例如可以通过应用程序或网络浏览器在用户装置上进行输入。替代地，接口可以被配置为用于将专用输入设备、特别是键盘或触摸屏，连接到闭环控制单元。
根据该装置的另一优选实施例，提供至少两个充电器组，每个充电器组具有至少两个充电器，其中充电功率的闭环控制针对两个充电器组彼此独立地进行。特别地，为每个充电器组预设专用的最大充电功率以及专用的充电功率上限和/或下限。对于每个充电器组，独立地确定总充电功率。设置不同的充电器组提供了装置的高度灵活性的可能性。例如，可以将不同的充电器组分配给不同的电气端子。同样，可以使用不同的充电器组为不同类型的电能储存器充电。
装置的充电器被分类为不同的充电器组。该分类可以被预设为是固定的或是可变的。例如，可以根据待充电的能量储存器和可用的电气端子形成不同的充电器组，从而使预设的电源连接电压得到最佳利用。
根据本发明的另一优选方面，该装置可以具有模块化设计。这意味着，例如，充电器和/或充电器组的数量可以灵活地与各个要求相匹配。该装置特别地是可扩展的。另外，模块化设计使得容易更换有缺陷和/或过期的充电器。
为了提供模块化装置，例如可以设置，闭环控制单元不直接与充电器连接，而是经由数据链路连接。已经证明在这种情况下特别适合存在无线数据链路、特别是WLAN链路。特别优选地，WPAN(无线个域网)、特别是868MHz WPAN，被用于充电器与闭环控制单元之间的无线通信。作为无线数据链路的替代，可以使用有线数据链路、特别是符合RS485标准的有线数据链路。这样使得装置的设计特别灵活。特别地，充电器和闭环控制单元的布置可以与各个物理条件相匹配。
附图说明
下面将参考附图以示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了用于为电能储存器充电的模块化装置的示意图，
图2示出了用于为电能储存器充电的示意性方法序列，以及
图3示出了根据图2所示的方法在对三个电能储存器充电期间的充电功率的时间特性。
具体实施方式
图1示出了用于为电能储存器充电的充电装置1的示意性设计。充电装置1的中央部件是闭环控制单元2。闭环控制单元2是所谓的NBG控制单元。
充电装置1包括被划分为不同充电器组Gj的多个充电器Lj i。在此，索引j＝1、2、……为不同的充电器组Gj连续编号。充电器Lj i被分配给充电器组Gj。索引j＝1、2、……为各个充电器组Gj中的充电器Lj i连续编号。图1中所示的充电装置1具有三个充电器组Gj(j＝1、2、3)，每个充电器组具有四个充电器Lj i(i＝1、2、3、4)。当然也可以考虑具有更多或更少、特别是仅一个充电器组Gj的实施例。另外，可以为每个充电器组Gj设置不同数量的充电器Lj i。单个充电器Lj i彼此独立地实施为不同的组成部分。在其他示例性实施例中，至少一些充电器Lj i可以被实施为公共充电站的单个端子。
单个充电器Lj i均经由数据链路3以数据传输的方式连接到闭环控制单元2。数据链路3用于将充电器Lj i的操作数据传输到闭环控制单元2，并且将控制命令从闭环控制单元2传输到各个充电器Lj i。数据链路3可以是常规的有线数据链路，例如符合RS485标准的有线数据链路。替代地，将数据链路3设置成无线。这可以使用任何期望的本地或远程通信手段(例如蓝牙、W-LAN或移动无线电网络)进行。在优选的示例性实施例中，无线数据链路经由868MHz WPAN进行。
基于可灵活配置的数据链路3，充电器Lj i被灵活地连接到闭环控制单元2。以这种方式，可以将更多或更少的充电器Lj i连接至闭环控制单元2。基于灵活的构造，充电装置1具有模块化设计。充电装置1可以灵活地用于为不同数量的电能储存器充电。
电能储存器的充电以这样的方式进行，即分别连接一个能量储存器的充电器Lj i利用分配给各个充电器Lj i的充电功率pj i对相关能量储存器充电。充电功率pj i对应于用于为能量储存器充电的各个充电器Lj i的功率消耗。充电功率pj i与充电电流成比例，而该充电电流包括用于提供给各个充电器Lj i的电流和每单位时间传输到电能储存器的充电功率。充电功率pj i小于或等于额定功率Nj i，该额定功率被设置用于为各个电能储存器充电。
充电器Lj i被设计为用于为工厂内工业卡车的驱动电池充电。需要高充电电流用于为驱动电池充电，即各个充电功率pj i和额定功率Nj i高。在某些时刻，特别是在换班期间，可能会出现高峰负荷，这是因为许多充电器Lj i同时用于为驱动电池充电。这些高峰负荷可能超过电源连接功率。这会导致高昂的运行成本。
为了防止和避免这样的高峰负荷，闭环控制单元2通过充电器Lj i对电能储存器进行充电以进行闭环控制。单个充电器组Gj相互独立地进行闭环控制。在这种情况下，将每个充电器组Gj的充电器Lj i的瞬时充电功率pj i相加，以得出各个充电器组Gj的总充电功率Pj。闭环控制确保总充电功率Pj不超过分配给各个充电器组Gj的最大充电功率Mj。为每个充电器组Gj定义了充电功率上限Oj和充电功率下限Uj。最大充电功率Mj、充电功率上限Oj和充电功率下限Uj是用于充电功率pj i的闭环控制的极限值。
最大充电功率Mj通常是外部预设的上限。其例如可以通过电源连接功率进行设置。充电功率极限Oj、Uj与各个最大充电功率Mj相匹配并且小于所述最大充电功率。充电功率上限Oj通常由最大充电功率Mj减去安全偏离量确定。已经证明可行的是，充电功率上限Oj在最大充电功率的75％与99.5％之间、特别是在80％与99％之间、特别是在85％与95％之间、优选为约90％。充电功率下限Uj小于充电功率上限Oj。它由最大充电功率Mj减去容量利用率偏离量确定。已经证明可行的是，将充电功率下限Uj选择为最大充电功率Mj的50％与95％之间、特别是60％与90％之间、特别是70％与80％之间、优选地约为75％。
闭环控制单元2具有接口4。可以经由接口4将用于为电能储存器充电的操作参数传输给闭环控制单元2。为此目的，接口4包括到计算机6的LAN链路5。操作参数可以经由计算机6传输到闭环控制单元2。另外，可以通过计算机6读取并显示操作数据。作为LAN链路5的补充或替代，接口4向移动终端装置8提供无线链路7。移动终端装置8例如可以是平板电脑或智能电话。经由移动终端装置8也可以将操作参数传输到闭环控制单元2和/或从所述闭环控制单元2中读取操作数据。可以根据当日时间或消耗量来确定操作参数。它们包括每个充电器组Gj的充电功率上限Oj、充电功率下限Uj和最大充电功率Mj。可以读取的操作数据包括分别待充电的电能储存器的瞬时充电功率pj i、瞬时总充电功率Pj和/或荷电状态Zj i。可以在计算机6和/或移动终端装置8上显示和评估操作数据。
为单个充电器组Gj彼此独立地设定极限值最大充电功率Mj、充电功率上限Oj和充电功率下限Uj。另外，闭环控制单元2使单个充电器组Gj的充电方法彼此独立地进行闭环控制。因此，下面将仅参考充电器组Gj对充电方法进行更详细地说明。
下面将参照图2和图3详细描述用于为电能储存器充电的方法。图2示出了借助于充电装置1的充电方法10的示意性顺序。
首先，在校准步骤11中，将用于充电方法10的操作参数传输到控制单元2。因此，得以设定极限值最大充电功率Mj、充电功率上限Oj和充电功率下限Uj。极限值可以例如经由计算机6或移动终端装置8被输入，并且经由接口4传输到闭环控制单元2。由用户设定的极限值可以是可变的。充电功率极限Oj、Uj和最大充电功率Mj例如可以根据当日时间来定义。因此，可以考虑取决于白天时间的能量成本和/或电源连接功率。通过设定较低的最大充电功率Mj和相应较低的充电功率极限Oj、Uj，也可以考虑其他与操作相关的高峰负荷。
在校准步骤11之后的连接步骤12中，待充电的电能储存器被连接到各个充电器Lj i。在这种情况下，连接被理解为是指在各个充电器Lj i和各个电能储存器之间建立用于能量传输的连接。在最简单的情况下，这是常规的电插头连接。替代地，还可以在连接步骤12中提供用于无线充电的无线链路。在其他未示出的示例性实施例中，在连接步骤12之前执行移除步骤，在该移除步骤中，从各个工厂内工业卡车中移除电能储存器。在这些示例性实施例中，电能储存器独立于各个工业卡车而被连接到充电器Lj i。
然后在充电步骤13中用电能对在连接步骤12中连接到各个充电器Lj i的电能储存器进行充电。在这方面，要注意到，在连接步骤12和充电步骤13之间没有严格的时间间隔。而相反，也可以在连接步骤12中将另外的电能储存器连接到先前未使用的充电器Lj i上，同时已经借助于各个充电器Lj i对其他电能储存器执行了充电步骤13。
在充电步骤13期间，利用分配给各个充电器Lj i的充电功率pj i对电能储存器进行充电。在充电步骤13期间，各个充电功率pj i在控制回路14中由闭环控制单元2进行闭环控制。
在充电步骤13中，由各个充电器Lj i优选地用对应于额定功率Nj i的充电功率pj i对电能储存器进行充电。充电优选通过在高达120V的低压范围内的直流充电来进行。闭环控制单元2经由控制回路14可以彼此独立地设定各个充电器Lj i的充电功率pj i，特别是可以将所述充电功率抑制到低于额定功率Nj i的值。充电器Lj i的充电功率pj i的抑制在六个功率电平Sj i中发生。功率电平Sj i在表1中列出，其中额定功率Nj i的百分比被分配给每个功率电平Sj i。额定功率Nj i的各个百分比对应于充电功率pj i，各个充电器Lj i利用该充电功率pj i根据设定的功率电平Sj i对连接的电能储存器进行充电。最高功率电平(Sj i＝5)对应于充电器在额定功率Nj i下的操作。最低功率电平(Sj i＝0)对应于充电器Lj i的暂时关闭或充电中断。
Figure BDA0002893731850000111
表1：分配给各个功率电平Sj i的充电功率pj i占各个额定功率Nj i的百分比
连接到各个充电器Lj i的电能储存器的充电进行得越快，充电器Lj i运行的功率电平Sj i就越高。除此之外，各个电能储存器的当前荷电状态Zj i影响充电效率。荷电状态Zj i规定各个能量储存器已经被充电到的充电容量的百分比。为了确保尽可能有效的充电，根据所连接的电能储存器的各个荷电状态Zj i，将充电器Lj i分类为四个优先级。表2中示出说明四个优先级。最低优先级(优先级1)的充电器具有高荷电状态Zj i。相反，对于较高优先级、特别是最高优先级(优先级4)的荷电状态Zj i较低。
Figure BDA0002893731850000112
Figure BDA0002893731850000121
表2：根据分别连接的能量储存器的荷电状态Zj i将充电器Lj i分类为优先级
荷电状态Zj i越高，电能储存器的充电效果越差。因此，在最大充电功率Mj受限的情况下，向电能储存器供应优选具有高充电功率pj i的低荷电状态Zj i是有利的。例如，优先级为1的充电器Lj i可以在功率电平Sj i＝1下操作。相反，以尽可能长的时间在相应的最大额定功率Nj i，即功率电平Sj i＝5下操作最高优先级(优先级为4)的充电器Lj i是有利的。因此，如果需要抑制，则首先抑制那些被分配到最低优先级的充电器Lj i。只有当较低优先级的所有充电器Lj i以分配给各个优先级的最小功率电平Sj i运行时，较高优先级的充电器Lj i的抑制才会发生。表2中指定了各个优先级的最小功率电平Sj i。
下面将解释控制回路14的单个步骤。首先，闭环控制单元2在读取步骤15中读取充电器Lj i的瞬时操作数据。在该过程中，经由数据链路3确定每个充电器Lj i的瞬时充电功率pj i。在读取步骤15中，另外将分别设定的与充电器Lj i连接的能量储存器的功率电平Sj i和额定功率Nj i以及荷电状态Zj i传输到闭环控制单元2。在读取步骤15中读取的瞬时操作数据是控制回路的实际变量。
在读取步骤15中，依次读取每个充电器Lj i的瞬时充电功率pj i。瞬时操作数据的传输以多路复用方法进行。为此目的，为每个充电器Lj i设置读取时长。读取时长通常为25ms。在其他示例性实施例中，也可以设置其他读取时长。多路复用方法附加地使得在读取步骤15中也可以将数据例如设定点变量从闭环控制单元2传输到分别读取的充电器Lj i，这将在下面进一步描述。
读取步骤15之后是计算步骤16。在计算步骤16中，通过将充电器组Gj中的所有充电器Lj i的瞬时充电功率pj i相加，闭环控制单元2得以确定瞬时总充电功率Pj。
在随后的比较步骤17中，将在计算步骤16中确定的瞬时总充电功率Pj与极限值充电功率上限Oj、充电功率下限Uj和最大充电功率Mj进行比较。
在比较步骤17之后是闭环控制步骤18。在闭环控制步骤18中，闭环控制单元2根据比较步骤17的结果确定对充电功率pj i的必要调整。在闭环控制步骤18中，确定用于闭环控制的设定点变量。
所确定的设定点变量可以在闭环控制步骤18中直接传输到各个充电器pj i。然而，在图2所示的充电方法10中，在闭环控制步骤18中仅计算设定点变量。在闭环控制步骤18之后，通过再次执行读取步骤15来重复控制回路14。因此，在闭环控制步骤18中不需要将闭环控制步骤18中的设定点变量传输到充电器Lj i。在随后的控制回路14的读取步骤15中，基于为此目的而使用的多路复用方法，除了读取瞬时实际变量之外，还可以传输在前的控制回路14的闭环控制步骤18中确定的设定点变量。因此增加了采样率。这样确保了对充电功率pj i的快速响应和有效的闭环控制。
在下文中将通过示例的方式描述由闭环控制单元2采取的用于调整充电功率pj i的各种措施。
对于瞬时总充电功率Pj大于充电功率上限Oj的情况，分配给各个充电器Lj i的至少一个充电功率pj i被降低。这意味着降低至少一个充电器Lj i的功率电平Sj i。因此，始终会防止持续超过充电功率上限Oj的可能性。根据最大充电功率Mj超出充电功率上限Oj的百分比来进行抑制。在这种情况下，首先抑制分配给最低优先级的那些充电器Lj i的充电功率pj i。只有当最低优先级的所有充电器Lj i以相应最小功率电平Sj i运行时，下一较高优先级的充电器Lj i才会进行抑制。
基于抑制，通常不会达到或超过最大充电功率Mj。如果比较步骤17得出仍然超过最大功率Mj的结果，则首先通过设置功率电平Sj i＝0来中断低优先级中的充电器Lj i的充电。然后，逐渐增加相关充电器的充电功率pj i，从而确保不超过最大充电功率Mj。
如果比较步骤17得出的结果是瞬时总充电功率Pj下降到充电功率下限Uj以下，那么假若不是所有的连接到待充电的电能储存器的充电器Lj i已经以相应额定功率Nj i(即功率电平Sj i＝5)运行的话，则增大至少一个充电器Lj i的充电功率pj i。在必要时，则首先增加被分配给高优先级的那些充电器Lj i的充电功率pj i。如果所有的充电器Lj i已经以相应最大额定功率Nj i运行，则充电功率pj i不会增加。
如果比较步骤17得出的结果是瞬时总充电功率Pj小于或等于充电功率上限Oj，并且同时大于或等于充电功率下限Uj(Oj>Pj>Uj)，则充电器Lj i的充电功率pj i保持不变。
在闭环控制步骤18之后，通过再次执行读取步骤15来重复控制回路14。在整个充电步骤13中，周期性地重复控制回路14。在这种情况下，以固定的时间间隔Δt重复控制回路14。时间间隔Δt取决于充电器Lj i的数量。时间间隔Δt由充电器Lj i的数量乘以读取每个充电器所需的读取时长得出。该时间间隔对应于一个周期，由此得出通过控制回路14的周期性重复而实现的采样率。
图3示出了充电器组Gj中的三个连接到待被充电的能量储存器的充电器Lj i的总充电功率Pj在四个控制回路周期(即四个时间点tk(k＝1、2、3、4))的时间特性。总充电功率Pj被绘制为最大充电功率Mj的百分比。连接到充电器Lj i的能量储存器根据充电方法10进行充电。
每个充电器Lj i被相同地构造并且具有相同的最大额定功率Nj i(在附图中和下文中为Nj)。图3示出了额定功率Nj、充电功率上限Oj和充电功率下限Uj的示例值。
连接到充电器Lj 1的电能储存器的荷电状态Zj 1在0％与30％之间。因此，充电器Lj 1被分配给优先级4。充电器Lj 2和Lj 3均具有在30％与50％之间的荷电状态Zj 2、Zj 3，并且被分配给优先级3。
在时间点t1处，读取三个充电器Lj i的充电功率pj i。优先级为4的充电器Lj 1以额定功率Nj运行，即以最高功率电平Sj 1＝5运行。充电器Lj 2以Sj 2＝4的功率电平运行，即以额定功率Nj的75％运行。充电器Lj 3的充电功率pj 3仅对应于功率电平Sj 3＝1，即最大额定功率Nj的25％。在时间点t1处的瞬时总充电功率Pj低于充电功率下限Uj。因此，闭环控制单元2增加充电器Lj 3的充电功率pj 3。
在时间间隔Δt之后，在下一控制回路14中，在时间点t2处，在读取步骤15中再次读取三个充电器Lj i的瞬时充电功率pj i。基于前面的控制回路中充电器Lj 3的充电功率pj 3的增加，所述充电器现在以功率电平Sj 3＝4运行。在时间点t2处的总充电功率Pj超过充电功率上限Oj。因此，闭环控制单元2再次将充电器Lj 3的充电功率pj 3以功率电平Sj 3到Sj 3＝3的程度抑制。因此，在时间点t3处的随后控制回路的读取步骤15得出的结果是，充电器Lj 3正以最大额定功率Nj的50％的充电功率pj 3运行、即以功率电平Sj 3＝3运行。对于这种情况，在时间点t3处的瞬时总充电功率Pj小于充电功率上限Oj并且大于充电功率下限Uj。在时间点t3处，在控制回路的闭环控制步骤18中，闭环控制单元2使三个充电器Lj i的充电功率pj i保持不变。
然而，由于外部影响，瞬时充电功率pj i也可以独立于闭环控制单元2而变化。通过每个控制回路14的读取步骤15来识别这种变化。例如，在时间点t3和t4之间，为响应于外部影响，降低充电器Lj 3的瞬时充电功率pj 3。这反映在时间点t4处读取并计算出的瞬时总充电功率Pj中。闭环控制单元2可以借助于与其匹配的各个充电功率pj i来响应于这种外部影响。在当前情况下，闭环控制单元2将增加充电器Lj 3的充电功率pj 3。
另外，控制回路14包括趋势步骤19。在趋势步骤19中，确定先前读取的实际变量的时间特性、尤其是先前读取的充电功率pj i的时间特性。该时间特性在计算机6和/或移动终端装置8上显示给用户。用户可以评估实际变量的时间特性，并进而检查该方法并也可能采取控制措施。
例如，如果瞬时充电功率pj i的时间特性表明总充电功率Pj在相对长的时间周期内接近充电功率上限Oj，则用户可以省去其他能量储存器与先前自由充电器Lj i的连接。替代地，仍为将其他能量储存器连接到自由充电器Lj i，用户可以手动地强制抑制先前操作的充电器Lj i的充电功率pj i。

Claims (13)

1.一种用于为电能储存器充电的方法，包括以下步骤：
-将待充电的至少两个电能储存器分别连接到一个充电器(Lj i)，
-分别利用分配给各个充电器(Lj i)的充电功率(pj i)为所述至少两个电能储存器充电，以及
-关于所述充电功率(pj i)执行闭环控制，其中
--确定每个充电器(Lj i)的瞬时充电功率(pj i)，
--将所述瞬时充电功率(pj i)相加得到瞬时总充电功率(Pj)，
--将所述瞬时总充电功率(Pj)与预定义的充电功率上限(Oj)进行比较，并且
--当所述瞬时总充电功率(Pj)大于所述预定义的充电功率上限(Oj)时，分配给各个充电器(Lj i)的至少一个所述充电功率(pj i)被降低。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充电功率上限(Oj)在最大充电功率(Mj)的75％与99.5％之间、特别是在80％与99％之间、特别是在85％与95％之间、优选为约90％。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述充电功率(pj i)从额定功率(Nj i)起阶梯式降低，所述额定功率被设置用于为各个电能储存器充电。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一旦所述瞬时总充电功率(Pj)下降到充电功率下限(Uj)以下，则增大至少一个所述充电功率(pj i)，其中所述充电功率下限(Uj)小于所述充电功率上限(Oj)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述充电功率下限(Uj)在最大充电功率(Mj)的50％与95％之间、特别是在60％与90％之间、特别是在70％与80％之间、优选为约75％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述充电功率(pj i)的所述闭环控制取决于各个电能储存器的荷电状态(Zj i)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当超过所述充电功率上限(Oj)时，首先降低所述至少两个电能储存器中的至少一个电能储存器的所述充电功率(pj i)，所述至少一个电能储存器的荷电状态(Zj i)高于其他电能储存器的荷电状态(Zj i)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述充电功率上限(Oj)和/或所述充电功率下限(Uj)设定为是可变的，特别是根据当日时间是可变的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定先前确定的充电功率(pj i)的时间特性。
10.一种用于为电能储存器充电的装置，具有：
-至少两个充电器(Lj i)，用于分别利用分配给各个充电器(Lj i)的充电功率(pj i)分别为电能储存器充电，和
-闭环控制单元(2)，
其中所述闭环控制单元(2)被配置为关于被用于在至少两个电能储存器的充电期间进行充电的各个充电器(Lj i)的所述充电功率(pj i)执行闭环控制，每个电能储存器被连接到所述至少两个充电器(Lj i)中的一个充电器，其中：
-确定被用于为所述至少两个电能储存器进行充电的每个所述充电器(pj i)的瞬时充电功率(pj i)，
-将所述瞬时充电功率(pj i)相加得到总充电功率(Pj)，并且
-将所述瞬时总充电功率(Pj)与预定义的充电功率上限(Oj)进行比较，并且
-当所述瞬时总充电功率(Pj)大于所述预定义的充电功率上限(Oj)时，分配给各个充电器(Lj i)的至少一个所述充电功率(pj i)被降低。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，设有用于输入操作参数的接口(4)。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的装置，其特征在于，设有至少两个充电器组(Gj)，每个充电器组具有至少两个充电器(Lj i)，其中所述充电功率(pj i)的所述闭环控制针对两个充电器组(Gj)彼此独立地进行。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，设有模块化设计。
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