DE102010000268A1

DE102010000268A1 - Batterieladegerät zum abwechselnden Laden und Heizen einer Batterie und zur Bestimmung des Ladezustands der Batterie und Verfahren zum Betreiben des Batterieladegeräts

Info

Publication number: DE102010000268A1
Application number: DE102010000268A
Authority: DE
Inventors: Jürgen 82024 Jäkel
Original assignee: Clean Mobile AG
Current assignee: Clean Mobile AG
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-04

Abstract

Offenbart wird ein Batterieladegerät zum abwechselnden Heizen und Laden einer Batterie und Verfahren zu dessen Betrieb. Das Batterieladegerät enthält einen Betriebsartschalter, der eine Heizstellung und eine Ladestellung hat. Der Betriebsartschalter ist mit einer zentralen Kontrolleinheit zur automatischen Steuerung des Betriebsartschalters verbunden.

Description

Der Ladevorgang von Batterien wird durch die Batterietemperatur maßgeblich beeinflusst. Insbesondere Lithium-Ionen Batterien können beim Laden unter Minustemperaturen beschädigt werden. Durch Erwärmen der Batterie kann hingegen der Ladevorgang beschleunigt und eine Beschädigung der Batterie vermieden werden.
Während des Ladevorgangs ist es notwendig, die der Batterie zugeführte Ladungsmenge präzise zu bestimmen, um die Kapazität der Batterie bestmöglich auszunutzen, ein schnelles Laden zu gewährleisten und die Batterie durch das Laden nicht zu beschädigen. Hierzu ist es bekannt, mit Hilfe der zuvor bestimmten Ladungsmenge den Ladezustand einer Batterie mittels eines Batteriemodells zu berechnen, das in einem Mikrocontroller gespeichert ist. Der Mikrocontroller verwendet den so berechneten Ladezustand, um ein Batterieladegerät so anzusteuern, dass die Batterie optimal geladen wird. Beispielsweise ist es für Li-Ionen Batterien vorteilhaft, die Batterie zunächst mit einem konstanten Strom aufzuladen, bis eine vorgegebene Batteriespannung erreicht ist und anschließend für eine vorgegebene Zeitdauer mit konstanter Spannung zu laden. Tiefentladene Batterien werden häufig zunächst über eine sogenannte Erhaltungsladung mit niedrigem Ladestrom auf eine Grundspannung gebracht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Batterieladegerät für eine beheizbare Batterie zur Verfügung zu stellen, so dass ein einfaches Bestimmen der Ladungsmenge, die der Batterie durch das Laden zugeführt wird, möglich ist.
Hierzu offenbart die vorliegende Anmeldung ein Batterieladegerät zum abwechselnden Heizen und Laden einer Batterie, wobei das Batteriemanagementsystem einen Betriebsartschalter enthält, der eine Heizstellung und eine Ladestellung hat. Der Betriebsartschalter ist mit einer zentralen Kontrolleinheit zur automatischen Steuerung des Betriebsartschalters verbunden. Diese zentrale Kontrolleinheit hat einen Integrator zum Bestimmen der Ladungsmenge, die der Batterie während des Ladevorgangs zugeführt wird. ”Abwechselndes Heizen und Laden” beinhaltet dabei insbesondere ein Heizen und anschließendes Laden.
Weiterhin werden durch die Anmeldung Verfahren zum Betreiben eines Batterieladegeräts zur Verfügung gestellt. Gemäß eines ersten Verfahrens wird eine Batterie erst beheizt und anschließend geladen. Bei diesem Verfahren wird mindestens eine Batterietemperatur gemessen. Aus der mindestens einen Batterietemperatur wird eine Temperatur bestimmt, beispielsweise durch eine maschinelle Berechnung wie einer Mittelwertbildung, durch eine Interpolation oder ähnliches. Im einfachsten Fall nur eines Temperaturwertes kann die Bestimmung der Temperatur auch beispielsweise durch Zuordnung eines Temperaturwertes zu einer gemessenen Thermospannung erfolgen.
Wenn die zuvor bestimmte Temperatur unter einer Ladetemperatur liegt, wird der Betriebsartschalter durch eine zentrale Steuereinheit auf eine Heizstellung gestellt. Die Schritte des Messens der Batterietemperatur bzw. Batterietemperaturen und des Bestimmens der Temperatur werden solange wiederholt, bis die zuvor bestimmte Temperatur größer oder gleich der Ladetemperatur ist. Anschließend wird der Betriebsartschalter durch die zentrale Steuereinheit auf eine Ladestellung gestellt und die Batterie geladen, bis ein vorbestimmter Ladezustand der Batterie festgestellt wird. Mit Ladezustand ist hier das Verhältnis der elektrochemischen Energie der Batterie zur verfügbaren Kapazität der Batterie oder auch ein fehlerhafter Ladezustand gemeint.
Gemäß eines weiteren Verfahrens wird die Batterie abwechselnd beheizt und geladen. Gemäß dieses weiteren Verfahrens wird mindestens eine Batterietemperatur gemessen. Aus der gemessenen Batterietemperatur bzw. aus den gemessenen Batterietemperaturen wird eine Temperatur bestimmt. Wenn die zuvor bestimmte Temperatur unter der vom Zellhersteller vorgeschriebenen oder empfohlenen Ladetemperatur liegt, wird durch eine zentrale Steuereinheit ein Betriebsartschalter auf eine Heizstellung gestellt.
Wenn die zuvor bestimmte Temperatur größer oder gleich der Ladetemperatur ist, wird der Betriebsartschalter durch die zentrale Steuereinheit auf eine Ladestellung gestellt. Die oben genannten Schritte werden solange wiederholt, bis ein vorbestimmter Ladezustand der Batterie festgestellt wird.
Ein Verfahren gemäß der Anmeldung kann weiterhin das Integrieren einer Ladungsmenge, die der Batterie während des Ladevorgangs zugeführt wird und die Bestimmung des Ladzustands der Batterie aus der integrierten Ladungsmenge umfassen. Das Verfahren kann auch das Messen von mindestens einer Spannung zwischen zwei Polen von zwei Batteriezellen der Batterie und das Bestimmen des Ladezustandes der einzelnen Batteriezellen aus der integrierten Ladungsmenge und der gemessenen Spannung umfassen.
Ein Verfahren gemäß der Anmeldung kann insbesondere durch ein auf einem Computer ausführbares Programm wie etwa eine Befehlsabfolge einer Programmiersprache oder Mikroprozessoranweisungen realisiert sein.
Durch eine Batterieladeeinrichtung gemäß der Anmeldung kann der Ladezustand einer beheizbaren Batterie präzise bestimmt werden. Dadurch kann die Batterie schnell und sicher geladen werden und außerdem wird die Kapazität der Batterie bestmöglich ausgenutzt. Weiterhin ist sichergestellt, dass die Batterie vor dem Beginn des Ladevorgangs eine Mindesttemperatur besitzt.
Gemäß der Anmeldung kann das Laden und Heizen der Batterie aus der gleichen Spannungsquelle erfolgen, so dass keine separate Stromquelle wie beispielsweise eine Heizbatterie erforderlich ist. Es ist jedoch möglich, für das Heizen zusätzlich eine separate Stromquelle vorzusehen, um ein Heizen der Batterie auch unabhängig vom Ladevorgang zu ermöglichen.
Dadurch, dass gemäß der Anmeldung ein Betriebsartschalter vorgesehen ist, der eine Heizstellung und eine Ladestellung hat, erfolgt das Heizen und Laden der Batterie abwechselnd. Somit braucht der Heizstrom beziehungsweise die Heizspannung oder die zugeführte Heizleistung bei der Bestimmung des Ladezustands der Batterie nicht berücksichtigt zu werden. Dies ermöglicht eine einfachere und genauere Bestimmung der zugeführten Ladungsmenge – und somit auch des Ladezustands – als bei einer Batterie, die gleichzeitig geladen und beheizt wird.
Gemäß der Anmeldung wird die Batterie vor einem Ladevorgang oder auch zwischen zwei Zeitintervallen eines Ladevorgangs aus der Ladestromquelle beheizt. Somit kann die Bestimmung des Ladezustands einfacher und genauer erfolgen als bei einer Batterie, die durch ihren eigenen Widerstand beheizt wird oder bei der der Heizstrom teilweise oder ganz der Batterie selbst entnommen wird.
Durch eine Batteriebeheizung gemäß der Anmeldung kann weiterhin für eine definierte Ausgangstemperatur der Batterie gesorgt werden. Auch dadurch wird eine Bestimmung des Ladezustandes verbessert. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die zentrale Steuereinheit ein Batteriemodell verwendet, das eine Batterietemperatur als Eingabeparameter hat. Der Gegenstand der Anmeldung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen genauer erläutert.
1 zeigt ein Batterieelement gemäß der Anmeldung,
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Ladegerätes gemäß der Anmeldung,
3 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Ladegerätes,
4 zeigt ein weiteres Verfahren zum Betrieben eines Ladegerätes, und
5 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform eines Ladgerätes.
1 zeigt ein Batterieelement 1 einer Fahrzeugbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Das Batterieelement 1 enthält eine Platte 2, die mit Hilfe von Befestigungsösen 3, 4, 5, 6 in einer Halterung befestigt ist, die in 1 nicht gezeigt ist. Auf der Platte 2 ist eine flache Li-Ionen(Lithium-Ionen)-Batteriezelle 8 angebracht. An der Li-Ionen-Batteriezelle 8 sind seitlich Befestigungslaschen 9, 10 angeordnet. Die Befestigungslaschen 9, 10 sind über Befestigungsösen 12, 13, 14, 15 an der Platte 2 befestigt. Unterhalb der oberen Befestigungsösen 12, 14 befinden sich Temperatursensoren 17, 18, die jeweils mit dem Rand der Befestigungsösen 12, 14 thermisch gekoppelt sind. Die Temperatursensoren 17, 18 haben jeweils Ausgänge 30, 31 zur Ausgabe einer Messgröße, wie zum Beispiel einer Spannung oder eines Temperaturmesswertes.
Auf der Li-Ionen-Batteriezelle 8 befindet sich eine Heizfolie 20, die über Anschlüsse 21, 22 zum Anschluss an eine Stromversorgung verfügt. Die Heizfolie 20 ist als eine flexible Plastikfolie z. B. aus Polychloropren ausgeführt, in der sich eine Heizschlange 26 aus Metall befindet. Ein Eingang 32 der Kontrolleinheit 28 ist mit einem Pol der Heizbatterie 25 verbunden und ein Ausgang 33 der Kontrolleinheit 28 ist mit einem Anschluss 21 der Heizfolie 20 verbunden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Batterieladegeräts 40 zum Laden einer Li-Ionen Batterie 41. Die Li-Ionen Batterie 41 ist mit Li-Ionen Batteriezellen aufgebaut, die teilweise als Batterieelemente 1 gemäß 1 aufgebaut sind und eine Heizfolie aufweisen. Dies ist in 2 schematisch durch die Heizschlangen 26 angedeutet. Das Batterieladegerät 40 hat eine zentrale Steuereinheit 42, eine Stromsteuereinheit 43, eine Spannungssteuereinheit 44, eine Temperatursteuereinheit 45 und eine Zeitsteuereinheit 46. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist eine Stromversorgung der Steuereinheiten 42, 43, 44, 45 und 46 sowie eine Verbindung der Li-Ionen Batterie 41 mit einem Stromverbraucher in 2 nicht gezeigt.
Hier nicht gezeigte Analog-Digital Wandler in der Stromsteuereinheit 43, in der Spannungssteuereinheit 44 und in der in Temperatursteuereinheit 45 sind jeweils mit Messpunkten verbunden. Die Stromsteuereinheit 43 ist über Spannungsmesspunkte 47, 48 mit einem Strommesswiderstand 49 verbunden. Die Spannungssteuereinheit 44 ist über einen Spannungsmesspunkt 50 mit einem positiven Pol der Li-Ionen Batterie 41 verbunden. Die Temperatursteuerung 45 ist jeweils über Temperaturmesspunkte 51, 52 mit einem Eingang und einem Ausgang von Temperatursensoren 53 verbunden. Diese Temperatursensoren 53 entsprechen den Temperatursensoren 17, 18 aus 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 2 nur ein Temperatursensor 53 gezeigt.
Weiterhin sind die Stromsteuereinheit 43, die Spannungssteuereinheit 44, die Temperatursteuereinheit 45, die Zeitsteuereinheit 46 sowie die zentrale Steuereinheit 42 an einen Datenbus 54 angeschlossen. Ein Kontrolleingang 55 eines Betriebsartschalters 56, ein Kontrolleingang 57 eines Regelwiderstands 58 und ein Kontrolleingang 59 einer regelbaren Gleichspannungsquelle 60 sind gleichfalls an den Datenbus 54 angeschlossen. Der Betriebsartschalter 56 ist zwischen einer Ladestellung einer Heizstellung und einer Ausstellung schaltbar.
3 zeigt ein erstes Verfahren zum Betreiben des Batterieladegerätes 40. In einem Schritt 65 wird ein Ladevorgang gestartet. In einem Schritt 66 werden Temperatursignale der Temperatursensoren 53 eingelesen. Anhand der Temperatursignale wird in Entscheidungsschritt 67 entschieden, ob die Li-Ionen Batterie 41 unterhalb einer vorbestimmten Ladetemperatur liegt. In diesem Fall werden in Schritt 68 aufgrund der eingelesenen Temperatursignale eine Heizspannung und ein Heizstrom festgelegt und die regelbare Gleichspannungsquelle 60 und der regelbare Widerstand 58 entsprechend angesteuert. In einem Schritt 69 wird der Betriebsartschalter 56 auf Heizen gestellt. Anschließend schleift der Ablauf zurück zu Schritt 66 und die Temperatursignale werden erneut eingelesen.
Wird im Entscheidungsschritt 67 dagegen festgestellt, dass die Batterietemperatur der Li-Ionen Batterie 41 größer oder gleich der Ladetemperatur ist, verzweigt der Ablauf zu Schritt 70.
In Schritt 70 liest die zentrale Steuereinheit 42 über den Datenbus 54 Sensorsignale von der Stromsteuereinheit 43, von der Spannungssteuereinheit 44 und von der Temperatursteuereinheit 45 ein. Anhand der eingelesenen Sensorsignale wird in Schritt 71 eine Ladespannung und eine Ladetemperatur festgelegt. In Schritt 72 wird der Betriebsartschalter 56 auf Ladestellung gestellt. Während der Betriebsartschalter auf Ladestellung steht, wird durch einen Integrator in der zentralen Steuereinheit 42 die Ladungsmenge integriert. Dieser parallele Ablauf ist in 3 vereinfacht durch einen sequentiellen Schritt 73 dargestellt. In einem Schritt 74 bestimmt die zentrale Steuereinheit 42 mit Hilfe eines gespeicherten Batteriemodells der Li-Ionen Batterie 41 und auf Grund der in Schritt 73 bestimmten Ladungsmenge den Ladezustand der Batterie. In Schritt 75 wird überprüft, ob ein gewünschter Ladezustand erreicht wurde. In diesem Fall wird in Schritt 76 der Betriebsartschalter auf die Ausstellung gestellt. Außerdem meldet die zentrale Einheit 42 durch ein Signal, dass der Ladevorgang beendet ist. Diese Meldung kann durch eine Datenverbindung und/oder durch eine optische Anzeige erfolgen.
Andernfalls schleift der Ablauf zurück zu Schritt 70, und die Sensorsignale werden erneut eingelesen.
Ein Stellen des Betriebsartenschalters gemäß der vorliegenden Anmeldung beinhaltet insbesondere den Fall, dass eine Stellung des Betriebsartenschalters beibehalten wird. Das Überprüfen der Batterietemperatur in Schritt 67 sowie das Überprüfen des Ladezustands 75 erfolgt jeweils erst nach einem vordefinierten Zeitintervall, das durch die Zeitsteuerung 46 vorgegeben wird. Dies wurde in 3 und 4 der Übersichtlichkeit halber ausgelassen.
4 beschreibt ein weiteres Verfahren zum Betrieb eines Batterieladegerätes. Der 3 entsprechende Schritte sind durch die gleiche Nummer mit Apostroph gekennzeichnet. Im Folgenden werden nur die Schritte beschrieben, die im Verfahren von 4 unterschiedlich sind.
Im Unterschied zum Verfahren von 3 wird in 4 abwechselnd geladen und geheizt. Dazu schleift der Ablauf nach dem Entscheidungsschritt 75' zum Schritt 66' zurück. In Schritt 67' wird erneut gestestet, ob die Batterietemperatur der Li-Ionen Batterie 41 unterhalb der Ladetemperatur liegt. Ist dies der Fall, werden wie oben beschrieben die Schritte 68' und 69' ausgeführt. Zusätzlich wird in einem Schritt 77 vor dem Festlegen des Heizstroms und der Heizspannung in Schritt 68' der Betriebsartschalter 56 in die Ausstellung gestellt, wenn er vorher in der Ladestellung stand. Dadurch wird verhindert, dass die Li-Ionen Batterie 41 mit der Heizspannung bzw. mit dem Heizstrom geladen wird.
Wird im Entscheidungsschritt 67' dagegen festgestellt, dass die Ladetemperatur erreicht oder überschritten wurde, werden die Schritte 70'–74' wie oben beschrieben ausgeführt. Zusätzlich wird in einem Schritt 78 vor dem Festlegen der Ladespannung und des Ladestroms in Schritt 71' der Betriebsartschalter in die Ausstellung gestellt, wenn er vorher in der Heizstellung stand. Dadurch wird verhindert, dass die Li-Ionen Batterie 41 mit dem Ladestrom bzw. der Ladespannung beheizt wird.
Entsprechend zu 4 kann auch in dem Verfahren nach 3 ein Schritt 78 vor dem Schritt 71 eingefügt werden, um zu verhindern, dass die Batterie mit dem Ladestrom oder der Ladespannung beheizt wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Heizfolie den Ladestrom bzw. die Ladespannung nicht verträgt.
5 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform eines Batterieladegerät gemäß der Anmeldung. Hierbei ist zwischen den Batteriezellen 8 der Li-Ionen Batterie eine Schaltung zum Spannungsausgleich vorgesehen.
Hierzu ist die Spannungskontrolleinheit 44, die in 5 durch einen Mikrocontroller realisiert ist, mit einer Spannungsausgleichseinheit 80 verbunden, die durch eine Kombination von analogen und digitalen Schaltkreisen realisiert ist. Die Spannungskontrolleinheit 44 verfügt über einen SMB (System Management Bus) Eingang 81 und einen SMB Ausgang 82. Zur Durchführung des Spannungsausgleichs sind Gatter von FE-Transistoren 83 an eine FET-Steuerung 84 innerhalb der Spannungsausgleichseinheit 80 angeschlossen. Die FET-Steuerung 84 ist ihrerseits mit Registern 85 verbunden, die über einen SPI (Serial Peripheral Interface) Bus mit der Spannungskontrolleinheit 44 verbunden sind.
Zur Bestimmung der Spannung der einzelnen Batteriezellen verfügt sind weitere Spannungsmesspunkte 86, 87, 88 zwischen den Batteriezellen und hinter dem Minuspol der Batterie 41 vorgesehen, die über Zuleitungen jeweils mit Eingängen von Pegelwandlern 89, 90, 91 verbunden sind, die jeweils einen Operationsverstärker enthalten. Ausgänge der Pegelwandler 89, 90, 91 sind mit einem analogen Multiplexer 92 verbunden. Der analoge Multiplexer 92 ist über einen Kanal 93 mit einem Analog-Digital-Wandler in der Spannungsmesseinheit 44 verbunden. Weiterhin ist der analoge Multiplexer über drei weitere Kanäle 94 mit einer Multiplexer-Regelung in der Spannungsmesseinheit 44 verbunden.
Ein Programm in einem nicht gezeigten Flash-Speicher der Spannungskontrolleinheit 44 steuert das Öffnen und Schließen der Transistoren 83 in Abhängigkeit von den Spannungsmesswerten an den Spannungsmesspunkten 50, 86, 87 und 88. Über den Ausgang 82 werden Daten über die Spannungsmesswerte an die zentrale Kontrolleinheit 42 übertragen, aus denen die zentrale Kontrolleinheit 42 den Ladezustand der einzelnen Li-Ionen Batteriezellen 8 beziehungsweise die den einzelnen Li-Ionen Batteriezellen 8 zugeführte Ladung bestimmt.
In der Ausführungsform von 5 ist der Minuspol der Batterie über den Betriebsartschalter direkt mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbindbar. Im Gegensatz dazu sind in 2 der Minuspol der Batterie und ein Anschluss des Betriebsartschalters auf ein gemeinsames Massepotential gelegt.
Ein Betriebsartschalter gemäß der Anmeldung mit drei Zuständen gemäß der Anmeldung kann beispielsweise durch ein bzw. mehrere Schaltrelais oder aber durch Transistoren oder Dioden realisiert werden. Weiterhin kann der Betriebsartschalter auch durch einen Betriebsartschalter mit zwei Zuständen und einem An/Ausschalter realisiert werden, die in Serie geschaltet sind. Auch eine Anordnung aus einpoligen Schaltern, die den gleichen Zweck erfüllt, ist möglich, insbesondere wenn Transistoren verwendet werden.
Ein Batterieladegerät gemäß der Anmeldung kann auch so ausgeführt sein, dass die einzelnen Batteriezellen durch Leitungen überbrückt werden, die durch Transistoren geöffnet und geschlossen werden können. Die zentrale Steuereinheit 42 steuert diese Transistoren dann so an, dass die Batteriezellen gleichmäßig geladen werden. Insbesondere wird so das Auftreten einer Überspannung an einer Batteriezelle vermieden.
Die Batterieheizung kann auch so ausgeführt sein, dass die Heizfolien separat beheizbar sind. Dadurch brauchen nur die Bereiche der Batterie beheizt zu werden, die unter die Ladetemperatur abgekühlt sind. Es kann dann auch beispielsweise im Außenbereich, der sich schneller abkühlt, stärker geheizt werden.
Anstatt einer regelbaren Gleichspannungsquelle und eines regelbaren Widerstandes kann das Batterieladgerät auch nur mit einer regelbaren Gleichspannungsquelle oder nur mit einem regelbaren Widerstand und einer Gleichspannungsquelle mit einer festgelegten Gleichspannung ausgestattet sein. Die Gleichspannungsquelle kann in der Praxis dadurch realisiert werden, dass eine an das Batterieladegerät angeschlossene Netzspannung durch einen Transformator heruntertransformiert und durch einen Gleichrichter in eine Gleichspannung gewandelt wird. Die Regelung der Gleichspannungsquelle kann dann zum Beispiel durch einen variablen Abgriff an einem Transformator oder durch einen Regelwiderstand erfolgen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass ein Anschlusspunkt für die Batterieheizung vor einem Gleichrichter liegt und ein Anschlusspunkt für die Batterie hinter dem Gleichrichter liegt. Auch in diesem Fall wird durch den Betriebsartschalter der Ladestromkreis und der Heizstromkreis abwechselnd geöffnet und geschlossen, jedoch wird die Batterieheizung mit dem Wechselstrom betrieben, der hinter dem Transformator aber vor dem Gleichrichter abgegriffen wird.
Anstatt von Li-Ionen Batteriezellen können auch andere wiederaufladbare Batteriezellen wie zum Beispiel Nickel-Metallhydrid, Nickel-Cadmium, Lithium-Polymerbatteriezellen und so weiter Verwendung finden.
Ein Integrator, der die Ladungsmenge integriert, kann statt in der zentralen Steuereinheit 42 auch in der Stromsteuereinheit 43 enthalten sein. Weiterhin kann auch das Produkt aus Strom und Spannung integriert werden, um die der Batterie zugeführte Leistung oder aber die Heizleistung zu bestimmen. Hierzu werden entsprechende Sensormesswerte von der Stromsteuereinheit 43 und der Spannungssteuereinheit 44 ausgelesen.
Die Steuereinheiten 43, 44, 45, 46, 42 können auf einem integrierten Schaltkreis oder aber auf mehreren integrierten Schaltkreisen eines Mikrocontrollers realisiert sein. Weiterhin können die Steuereinheiten 43, 44, 45, 46, 42 teilweise oder ganz als Teilblöcke eines computerlesbaren Programms realisiert sein, das beispielsweise in einem EPROM, einem EEPROM oder einem Flash-Speicher eines Mikrocontrollers gespeichert ist. In diesem Fall entspricht der Datenbus 54 dem Informationsfluss zwischen den Teilblöcken des computerlesbaren Programms. Statt eines Datenbus 54 können auch elektrische Leitungen vorgesehen sein. Weiterhin können die Steuereinheiten 43, 44, 45, 46, 42 auch teilweise oder ganz durch analoge elektrische Schaltungen realisiert sein.
Bezugszeichenliste

1: Batterieelement
3: Befestigungsöse
4: Befestigungsöse
5: Befestigungsöse
6: Befestigungsöse
8: Li-Ionen Batteriezelle
9: Befestigungslasche
10: Befestigungslasche
12: Befestigungsöse
13: Befestigungsöse
14: Befestigungsöse
15: Befestigungsöse
17: Temperatursensor
18: Temperatursensor
20: Heizfolie
21: Anschluss
22: Anschluss
26: Heizschlange
30: Messausgang
31: Messausgang
40: Batterieladegerät
41: Li-Ionen Batterie
42: zentrale Steuereinheit
43: Stromsteuereinheit
44: Spannungssteuereinheit
50: Spannungsmesspunkt
51: Temperaturmesspunkt
52: Temperaturmesspunkt
53: Temperatursensor
54: Datenbus
55: Kontrolleingang
56: Betriebsartschalters
57: Kontrolleingang
58: Regelwiderstand
59: Kontrolleingang
60: regelbare Gleichspannungsquelle
65: Verfahrensschritt
66: Verfahrensschritt
67: Entscheidungsschritt
68: Verfahrensschritt
69: Verfahrensschritt
70: Verfahrensschritt
71: Verfahrensschritt
72: Verfahrensschritt
73: Verfahrensschritt
74: Verfahrensschritt
75: Entscheidungsschritt
76: Verfahrensschritt
65': Verfahrensschritt
66': Verfahrensschritt
67': Entscheidungsschritt
68': Verfahrensschritt
69': Verfahrensschritt
70': Verfahrensschritt
71': Verfahrensschritt
72': Verfahrensschritt
73': Verfahrensschritt
74': Verfahrensschritt
75': Verfahrensschritt
76': Verfahrensschritt
77': Verfahrensschritt
78: Verfahrensschritt
80: Spannungsausgleichseinheit
81: SMB Eingang
82: SMB Ausgang
83: FE-Transistoren
84: FET-Steuerung
86: Spannungsmesspunkt
87: Spannungsmesspunkt
88: Spannungsmesspunkt
89: Pegelwandler
90: Pegelwandler
91: Pegelwandler
92: analoger Multiplexer
93: Kanal
94: drei Kanäle

Claims

Batterieladegerät zum abwechselnden Heizen und Laden einer Batterie, gekennzeichnet dadurch, dass das Batterieladegerät einen Betriebsartschalter enthält, der eine Heizstellung und eine Ladestellung hat und der mit einer zentralen Kontrolleinheit zur automatischen Steuerung des Betriebsartschalters verbunden ist.
Batterieladegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zentrale Kontrolleinheit einen Integrator zum Bestimmen der Ladungsmenge hat, die der Batterie während des Ladevorgangs zugeführt wird.
Batterieladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Betriebsartschalter durch mindestens ein Schaltrelais ausgebildet ist.
Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Betriebsartschalter durch mindestens einen Transistor ausgebildet ist.
Batterieladegerät nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass ein Anschluss des Betriebsartschalters mit einem Pol der Batterie verbunden ist und ein weiterer Anschluss des Betriebsartschalters mit einer Batterieheizung verbunden ist.
Batterieladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Batterie eine Li-Ionen Batterie aufweist.
Batterieladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Batterieheizung und die Batterie an eine Gleichspannungsquelle anschließbar sind und in der Heizstellung des Betriebsartschalters ein erster Stromkreis geschlossen ist, der die Gleichstromquelle und die Batterieheizung enthält und ein zweiter Stromkreis geöffnet ist, der die Gleichstromquelle und die Batterie enthält.
Verfahren zum Beheizen und anschließenden Laden einer Batterie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Messen mindestens einer Batterietemperatur, – Bestimmen einer Temperatur aus der wenigstens einen gemessenen Batterietemperatur, wobei, wenn die zuvor bestimmte Temperatur unter einer Ladetemperatur liegt, die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Stellen eines Betriebsartschalters auf eine Heizstellung und – Wiederholen der Schritte des Messens der mindestens einen Batterietemperatur und des Bestimmens der Temperatur solange bis die zuvor bestimmte Temperatur größer oder gleich der Ladetemperatur ist und wobei anschließend die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Stellen eines Betriebsartschalters auf eine Ladestellung und – Laden der Batterie bis ein vorbestimmter Ladezustand der Batterie festgestellt wird.
Verfahren zum abwechselnden Beheizen und Laden einer Batterie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Messen mindestens einer Batterietemperatur, – Bestimmen einer Temperatur aus der wenigstens einen gemessenen Batterietemperatur, wobei, wenn die zuvor bestimmte Temperatur unter der Mindestladetemperatur liegt, der folgende Schritt ausgeführt wird: – Stellen eines Betriebsartschalters auf eine Heizstellung, und wobei, wenn die zuvor bestimmte Temperatur größer oder gleich der Ladetemperatur ist, der folgende Schritt ausgeführt wird: – Stellen eines Betriebsartschalters auf eine Ladestellung, und wobei die oben genannten Schritte wiederholt werden bis ein vorbestimmter Ladezustand der Batterie festgestellt wird (oder ein Ladefehler eingetreten ist).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: – Integration einer Ladungsmenge, die der Batterie während des Ladevorgangs zugeführt wird, – Bestimmung des Ladezustands der Batterie aus der integrierten Ladungsmenge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: – Messen von mindestens einer Spannung zwischen zwei Polen von zwei Batteriezellen der Batterie, – Bestimmen des Ladezustandes der einzelnen Batteriezellen aus der integrierten Ladungsmenge und der gemessenen Spannung.
Auf einem Computer ausführbares Programm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
Computerlesbarer Speicher mit einem darauf gespeicherten auf einem Computer ausführbaren Programm nach Anspruch 12.
Mikrocontroller mit einem computerlesbaren Speicher nach Anspruch 13.
Batterieladegerät mit einem Mikrocontroller nach Anspruch 14.