DE102010015747B4

DE102010015747B4 - Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines elektrischen Systems und elektrisches System

Info

Publication number: DE102010015747B4
Application number: DE102010015747.3A
Authority: DE
Inventors: Vernon L. Newhouse; Richard A. Marsh; Carol L. Johnson; Paul G. Groshek
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: US8253387B2; DE102010015747A1; CN101872987A; US20100270980A1

Abstract

Verfahren zum Aufladen einer Batterie (120) eines elektrischen Systems, das die Batterie (120), ein Batterieladegerät (104) und einen Controller (110) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass:ein Aufladeprozess zum Aufladen der Batterie (120) eingeleitet wird;eine Temperatur (T) der Batterie (120) ermittelt wird;ein zulässiger Ladezustand der Batterie (120) auf der Grundlage der Temperatur (T) ermittelt wird, wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie (120) ist;ein Spannungseinstellpunkt auf der Grundlage des zulässigen Ladezustands ermittelt wird;das Batterieladegerät (104) gesteuert wird, um eine Ausgangsleistung zu erzeugen, die zu einer Erhöhung einer Ausgangsspannung der Batterie (120) zu dem Spannungseinstellpunkt hin führt;wenn die Temperatur (T) der Batterie (120) einen ersten Temperaturwert überschreitet, der Batterieaufladeprozess temporär ausgesetzt wird, bevor ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist;das Ermitteln der Temperatur (T) der Batterie (120) wiederholt wird; undder Batterieaufladeprozess wieder aufgenommen wird, wenn die Temperatur (T) der Batterie (120) kleiner als ein zweiter Temperaturwert ist;wobei das temporäre Aussetzen des Batterieaufladeprozesses und/oder das Wiederaufnehmen des Batterieaufladeprozesses umfasst, dass:der Spannungseinstellpunkt für das Batterieladegerät (104) auf der Grundlage der Temperatur (T) ermittelt wird, wobei der Spannungseinstellpunkt kleiner als eine maximale Batteriespannung ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen betreffen Steuerungsverfahren und Vorrichtungen zur Batterieaufladung, und insbesondere Steuerungsverfahren und Vorrichtungen zur Batterieaufladung, die einen temperaturbasierten Prozess zum Aussetzen einer Aufladung umfassen.
HINTERGRUND
Ein Hochspannungsbatteriestapel (z.B. zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug) ist ein Verbrauchsgut, das eine nutzbare Energiekapazität aufweist, die im Lauf der Zeit in Ansprechen auf Umgebungsbedingungen und den Hochspannungs-Ladezustand (SOC) der Batterie aufgebraucht wird. Der SOC stellt die Menge an nutzbarer Energie in einem Hochspannungsbatteriestapel dar und wird typischerweise durch einen Bereich von 0 % bis 100 % dargestellt. Wenn der Batteriestapel für längere Zeitspannen bei hohen SOC-Werten und hohen Temperaturen bleibt, wird die Verschlechterungsrate der Kapazität eines Hochspannungsbatteriestapels erhöht.
Ein herkömmliches Steckdosenelektrofahrzeug (z.B. ein vollständiges Elektro- oder ein Hybridelektrofahrzeug) verwendet ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Batterieladegerät, um den Batteriestapel des Fahrzeugs von einer Wechselstromnetzsteckdose (AC-Steckdose) aufzuladen. Wenn das Fahrzeug nicht angetrieben wird (z.B. wenn das Fahrzeug über Nacht zu Hause geparkt ist), kann der Bediener des Fahrzeugs das Fahrzeug über das Batterieladegerät mit einer Steckdose verbinden. Das Batterieladegerät wird Energie vom Energieversorger verbrauchen, um den Batteriestapel wieder aufzuladen. Der Wiederaufladeprozess endet, sobald der Batteriestapel vom Batterieladegerät genügend Energie empfangen hat, um den SOC des Batteriestapels auf ein Maximalniveau anzuheben.
Beim Verwenden herkömmlicher Wiederaufladeverfahren können an den Batteriestapel gelieferte Ströme erheblich sein (z.B. 10 bis 30 Ampere oder höher). Diese Ströme können bewirken, dass die Temperatur des Batteriestapels sehr hoch wird. Außerdem kann das Fahrzeug Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein, die dazu führen können, dass der Batteriestapel eine hohe Standtemperatur aufweist. Je länger der Batteriestapel bei hohen Temperaturen und hohen SOC-Werten bleibt, desto mehr wird die Lebensdauer des Batteriestapels verkürzt. Sobald die Energiespeicherkapazität des Batteriestapels zu niedrig wird, muss der Batteriestapel ausgetauscht werden. Austauschbatteriestapel sind relativ kostspielige Komponenten und folglich kann ihr gelegentlicher Austausch die Betriebskosten des Besitzens und Betreibens eines Elektrofahrzeugs deutlich erhöhen.
Um die Betriebskosten zu verringern, die mit dem Besitz und dem Betreiben von Elektrofahrzeugen verbunden sind (und damit die Anreize für Verbraucher zum Kaufen und Verwenden von Steckdosenelektrofahrzeugen zu erhöhen), ist es wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen zum Wiederaufladen von Batteriestapeln bereitzustellen, die zu längeren Lebensdauern der Batteriestapel im Vergleich zu den Lebensdauern von Batteriestapeln, die unter Verwendung herkömmlicher Wiederaufladeverfahren und Vorrichtungen wiederaufgeladen werden, führen können. Andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund.
Die Druckschrift US 6 111 389 A offenbart ein Verfahren zum Schnelladen einer Batterie, bei dem eine Temperatur der Batterie ermittelt wird und auf der Grundlage der Temperatur ein Spannungseinstellpunkt ermittelt wird. Ein Batterieladegerät wird so angesteuert, dass es eine Ausgangsleistung erzeugt, welche eine Ausgangsspannung der Batterie zu dem Spannungseinstellpunkt hin führt.
In der Druckschrift US 5 703 468 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufladungssteuerung einer wieder aufladbaren Batterie durch eine Photovoltaikvorrichtung offenbart, bei denen eine Temperatur der Batterie ermittelt wird und auf der Grundlage der Temperatur ein Spannungseinstellpunkt ermittelt wird. Die Vorrichtung wird so angesteuert, dass sie eine Ausgangsleistung erzeugt, durch die eine Ausgangsspannung der Batterie zu dem Spannungseinstellpunkt hin geführt wird.
Die Druckschrift US 6 232 743 B1 offenbart ein Elektrofahrzeug, dessen primäre Antriebsbatterie durch viele Arten von sekundären Batterien ersetzt werden kann, wobei eine Temperatur der Batterien überwacht wird, um die Batterien bei Bedarf zu kühlen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer von Hochspannungs-Batteriestapeln durch geeignete Vorrichtungen und Verfahren zum Aufladen der Batteriestapel zu verlängern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines elektrischen Systems. Das elektrische System umfasst die Batterie, ein Batterieladegerät und einen Controller, und das Verfahren umfasst die Schritte, dass eine Temperatur der Batterie ermittelt wird, ein zulässiger Ladezustand der Batterie ermittelt wird, wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie ist; ein Spannungseinstellpunkt für das Batterieladegerät als Funktion des zulässigen Ladezustands berechnet wird und das Batterieladegerät gesteuert wird, um eine Ausgangsleistung zu erzeugen, die zu einem Erhöhen einer Ausgangsspannung der Batterie zu dem Spannungseinstellpunkt hin führt.
Eine andere Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines elektrischen Systems, welches die Schritte umfasst, dass ein Aufladeprozess zum Aufladen der Batterie eingeleitet wird und eine Temperatur der Batterie ermittelt wird. Es wird ein zulässiger Ladezustand der Batterie auf der Grundlage der Temperatur ermittelt, wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie ist, und es wird ein Spannungseinstellpunkt auf der Grundlage des zulässigen Ladezustands ermittelt. Das Batterieladegerät wird gesteuert, um eine Ausgangsleistung zu erzeugen, die zu einer Erhöhung einer Ausgangsspannung der Batterie zu dem Spannungseinstellpunkt hin führt. Wenn die Temperatur der Batterie einen ersten Temperaturwert überschreitet, umfasst das Verfahren, dass der Batterieaufladeprozess temporär ausgesetzt wird, bevor ein Aufladebeendigungskriterium erfüllt ist. Das Ermitteln der Temperatur der Batterie wird wiederholt und wenn die Temperatur der Batterie kleiner als ein zweiter Temperaturwert ist, wird der Batterieaufladeprozess wieder aufgenommen. Das temporäre Aussetzen des Batterieaufladeprozesses und/oder das Wiederaufnehmen des Batterieaufladeprozesses umfasst, dass der Spannungseinstellpunkt für das Batterieladegerät auf der Grundlage der Temperatur ermittelt wird, wobei der Spannungseinstellpunkt kleiner als eine maximale Batteriespannung ist
Eine weitere Ausführungsform umfasst ein elektrisches System, das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-Energiespeichersystem), ein Batterieladegerät und einen Controller umfasst. Das HV-Energiespeichersystem weist einen Batteriestapel auf, der zum Speichern von elektrischer Energie ausgelegt ist. Das Batterieladegerät ist ausgelegt, um eine Ausgangsspannung in Ansprechen auf ein Steuerungssignal zu erzeugen, das einen Spannungseinstellpunkt für die Ausgangsspannung anzeigt. Der Controller ist zur Steuerung eines Batterieaufladeprozesses ausgelegt, indem er eine Temperatur des Batteriestapels unter Verwendung von Temperatursignalen von einem oder mehreren Temperatursensoren ermittelt, den Spannungseinstellpunkt für das Batterieladegerät auf der Grundlage eines zulässigen Ladezustands des Batteriestapels ermittelt, der auf der Grundlage der Temperatur ermittelt wird, wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie ist, und das Steuerungssignal an das Batterieladegerät liefert. Der Controller ist ferner ausgelegt, um den Batterieaufladeprozess temporär auszusetzen, bevor ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist, wenn die Temperatur des Batteriestapels einen ersten Temperaturwert überschreitet, und um den Batterieaufladeprozess wieder aufzunehmen, wenn die Temperatur des Batteriestapels kleiner als ein zweiter Temperaturwert ist; wobei der Controller ferner ausgelegt ist, um den Batterieaufladeprozess temporär auszusetzen, indem er den Spannungseinstellpunkt auf der Grundlage der Temperatur als einen Spannungseinstellpunkt ermittelt, der kleiner als eine maximale Batteriespannung ist.
Figurenliste
Ausführungsformen des erfinderischen Gegenstands werden hier nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und

1 eine schematische Darstellung eines Steckdosenelektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist, das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem umfasst;
2 ein Flussdiagramm eines Batterieaufladungssteuerungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist, das einen temperaturbasierten Prozess zum Aussetzen einer Aufladung umfasst; und
3 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen einem zulässigen Batteriestapel-Ladezustand und einer Temperatur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, den Umfang oder die Anwendung und Verwendungsmöglichkeiten des erfinderischen Gegenstands einzuschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist. In der folgenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen in jeder Figur auf gleiche Elemente.
Ausführungsformen umfassen Steuerungsverfahren und Vorrichtungen zur Batterieaufladung. Insbesondere umfassen Ausführungsformen Steuerungsverfahren und Vorrichtungen zur Batterieaufladung, die einen temperaturbasierten Prozess zum Aussetzen einer Aufladung umfassen. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, können Ausführungsformen in ein Elektrofahrzeug und insbesondere in ein Elektrofahrzeug vom Steckdosentyp integriert sein. Bei der Verwendung hierin umfasst der Ausdruck „Elektrofahrzeug“ sowohl vollständige Elektrokraftfahrzeuge (z.B. rein elektrisch) als auch Hybridelektrokraftfahrzeuge. Gemäß verschiedener Ausführungsformen bezeichnet der Begriff „Steckdose“ bei der Verwendung mit einem Fahrzeug ein Fahrzeug, das mindestens eine Gleichspannungsenergiequelle (DC-Energiequelle) (z.B. einen oder mehrere Hochspannungsbatteriestapel) und eine Hardwareschnittstelle aufweist, die zur Verbindung mit einer Wechselstromnetzsteckdose (AC-Steckdose) ausgelegt ist, um die DC-Energiequelle unter Verwendung von Leistung aufzuladen, die von einem elektrischen Energieversorger geliefert wird. Obwohl sich die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen auf deren Einbau in ein Steckdosenelektrofahrzeug beziehen können, ist zu verstehen, dass derartige Bezüge nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Ausführungsformen nur auf den Einbau in Steckdosenelektrofahrzeugen einzuschränken. Stattdessen ist zu verstehen, dass Ausführungsformen auch in andere Fahrzeugtypen (z.B. Flugzeuge, Schiffe, Lokomotiven) oder in elektrische Systeme eingebaut werden können, die nicht mit Elektrofahrzeugen verbunden sind.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systemkomponenten, Elemente, Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt“ sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet der Begriff „gekoppelt“, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass eine Komponente/ein Element/ein Knoten/ein Merkmal mit einer weiteren bzw. einem weiteren Komponente/Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt mechanisch. Obwohl die nachstehend beschriebenen Figuren verschiedene beispielhafte Anordnungen von Komponenten/Elementen/Knoten/Merkmalen darstellen können, können daher zusätzliche dazwischen kommende Komponenten, Elemente, Knoten, Merkmale oder Einrichtungen in anderen Ausführungsformen des dargestellten Gegenstands vorhanden sein.
1 ist eine schematische Darstellung eines Steckdosenelektrofahrzeugs 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, das ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-Energiespeichersystem) 102 umfasst. Das Fahrzeug 100 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie z.B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lieferwagen oder ein Sportnutzfahrzeug, und es kann ein Zweiradantrieb (d.h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb oder ein Allradantrieb sein. Das Fahrzeug 100 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen und/oder Antriebssystemen enthalten, wie z.B. eine mit Benzin oder Diesel gespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines „Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff” (d.h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch gespeiste Maschine (z.B. Wasserstoff und Erdgas), eine hybride Brennkraft/Elektromotor-Maschine und einen Elektromotor.
Zusätzlich zu dem HV-Energiespeichersystem 102 umfasst das Fahrzeug 100 ein Batterieladegerät 104, einen Satz von HV-Schützen 106, eine AC-Leistungsschnittstelle 108 und einen Controller 110. Bei Ausführungsformen, in denen das Fahrzeug 100 ein Hybridelektrofahrzeug ist, kann das Fahrzeug 100 auch eine Maschine (z.B. eine Brennkraftmaschine, nicht veranschaulicht) umfassen. Das Fahrzeug 100 kann auch zahlreiche weitere Komponenten und Systeme umfassen, welche der Kürze halber in 1 nicht veranschaulicht oder hier im Detail beschrieben sind.
Die AC-Leistungsschnittstelle 108 steht in funktionaler Kommunikation mit dem Batterieladegerät 104 und/oder ist damit elektrisch gekoppelt. Die AC-Leistungsschnittstelle 108 ist eine Hardwareschnittstelle, die zur Kopplung mit einem elektrischen Energieversorger oder einer anderen externen Leistungsquelle ausgelegt ist, um AC-Leistung von dem elektrischen Energieversorger oder der anderen externen Leistungsquelle zu empfangen. Bei einer Ausführungsform umfasst die AC-Leistungsschnittstelle 108 eine Anschlussbox, die zur Aufnahme eines elektrischen Steckers ausgelegt ist, der mit einer AC-Netzsteckdose oder einer anderen Schnittstelle mit einer externen Leistungsquelle (z.B. einer elektrischen Steckdose einer Ladestation im Haushalt) elektrisch gekoppelt oder damit verbunden sein kann. Die AC-Leistungsschnittstelle 108 kann eine AC-Leistungsschnittstelle mit zwei Leitern, eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern, eine einphasige Anschlussbox, eine zweiphasige Anschlussbox, eine dreiphasige Anschlussbox, einen einphasigen Stecker, einen zweiphasigen Stecker und/oder einen dreiphasigen Stecker umfassen. Wenn die AC-Leistungsschnittstelle 108 mit einer externen AC-Leistungsquelle elektrisch gekoppelt ist, kann die AC-Leistungsschnittstelle 108 die AC-Leistung an das Batterieladegerät 104 liefern, welches mit der AC-Leistungsschnittstelle 108 elektrisch gekoppelt ist. Zudem kann die AC-Leistungsschnittstelle 108 gemäß einer Ausführungsform ein Statussignal 138 an den Controller 110 liefern, welches anzeigt, ob die AC-Leistungsschnittstelle 108 mit einer externen AC-Leistungsquelle elektrisch gekoppelt ist oder nicht.
Das Batterieladegerät 104 kann beispielsweise ein (nicht veranschaulichtes) Gleichrichter/Wechselrichter-System umfassen, das zur Funktion als AC/DC-Wandler ausgelegt ist. Wenn das Batterieladegerät 104 zur Funktion als AC/DC-Wandler gesteuert wird, ist es zur Umsetzung von AC-Leistung, die direkt von der AC-Leistungsschnittstelle 108 empfangen wird (oder indirekt von einem oder mehreren nicht veranschaulichten AC-Elektromotoren empfangen wird, die mit der AC-Leistungsschnittstelle 108 verbunden sind), in DC-Leistung ausgelegt. Die DC-Leistung kann vom Batterieladegerät 104 über positive und negative Ausgangsanschlüsse 126 des Ladegeräts bereitgestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Batterieladegerät 104 eine Konstantstromaufladung oder eine Impulsaufladung (z.B. Bereitstellen einer Sequenz von DC-Impulsen) bereitstellen. Wie später genauer beschrieben wird, kann das Batterieladegerät 104 die Ladegerätausgangsleistung an den Anschlüssen 126 mit einem Niveau erzeugen, das durch ein Ladegerätsteuerungssignal 136 von dem Controller 110 spezifiziert oder angezeigt wird. Obwohl das Batterieladegerät 104 in 1 so dargestellt ist, dass es mit einer AC-Leistungsschnittstelle 108 gekoppelt ist, kann das Batterieladegerät 104 gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Batterieladegerät eines isolierten Typs sein, das zusätzlich zu oder anstelle der AC-Leistungsschnittstelle 108 ein (nicht veranschaulichtes) Mittel zur induktiven Kopplung mit der AC-Leistungsquelle umfasst.
Die HV-Schütze 106 sind zwischen das Batterieladegerät 104 und das HV-Energiespeichersystem 102 gekoppelt. Zwischen den HV-Schützen 106, dem Batterieladegerät 104 und dem HV-Energiespeichersystem 102 können ein oder mehrere Busse und/oder andere Übertragungsmedien oder Schaltungen (nicht veranschaulicht) enthalten sein. Die HV-Schütze 106 umfassen einen Satz von Relais, welche auf der Grundlage von Schützsteuerungssignalen 130, die vom Controller 110 bereitgestellt werden, selektiv geöffnet und geschlossen werden können. Wenn die HV-Schütze 106 geschlossen sind, können sie elektrische Leistung zwischen dem Batterieladegerät 104 und dem HV-Energiespeichersystem 102 übertragen. Insbesondere wird erzwungen, dass eine Ausgangsspannung des Ladegeräts über den positiven und negativen Ausgangsanschlüssen 126 des Ladegeräts im Wesentlichen die gleiche Spannung wie die Spannung am HV-Batteriestapel 120 ist, sobald die HV-Schütze 106 geschlossen sind, da das Batterieladegerät 104 und der HV-Batteriestapel 120 miteinander gekoppelt sind. Wenn es gewünscht ist, dem HV-Batteriestapel 120 zusätzliche Ladung zu liefern, wird das Batterieladegerät 104 so gesteuert, dass es Leistung über seine Anschlüsse 126 ausgibt (z.B. „Aufladestrom“), und diese zusätzliche Ausgangsleistung bewirkt, dass die Spannung des HV-Batteriestapels 120 ansteigt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das HV-Energiespeichersystem 102 zum Empfangen von elektrischer Energie von Energie liefernden Komponenten (z.B. dem Batterieladegerät 104), zum Speichern der Energie und zum Liefern der Energie bei Hochspannung an andere Systemkomponenten (nicht veranschaulicht) ausgelegt. Bei der Verwendung hierin bezeichnen die Ausdrücke „Hochspannung“ und „HV“ eine DC-Spannung, die von einem Energiespeichersystem (z.B. dem HV-Energiespeichersystem 102) bereitgestellt wird, wobei die DC-Spannung eine Spannung über etwa 60 Volt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das HV-Energiespeichersystem 102 einen oder mehrere HV-Batteriestapel 120, einen oder mehrere Temperatursensoren 122 und einen Spannungssensor 124. Das HV-Energiespeichersystem 102 kann auch einen oder mehrere Kühlungsventilatoren (nicht veranschaulicht) umfassen, die selektiv aktiviert werden können, um zu einem Absenken der Temperatur der Batteriestapel 120 während einer Wiederaufladeoperation (oder zu anderen Zeitpunkten) beizutragen. Die Batteriestapel 120, die Temperatursensoren 122 und der Spannungssensor 124 sind nachstehend im Singular bezeichnet, obwohl es so zu verstehen ist, dass das HV-Energiespeichersystem 102 mehrere jeder dieser Komponenten umfassen kann.
Der Batteriestapel 120, der hier einfach als „Batterie“ bezeichnet sein kann, umfasst einen Satz aus einer oder mehreren Batterien, einzelnen Batteriezellen, Superkondensatoren und dergleichen, die in Reihe, parallel oder in einer Mischung aus beiden konfiguriert sein können. Verbindungen (nicht veranschaulicht) stellen eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den Batterien und/oder Batteriezellen bereit. Gemäß einer Ausführungsform ist der Batteriestapel 120 ein Hochspannungsbatteriestapel, der zur Erzeugung einer maximalen Ausgangsspannung an seinen Anschlüssen in einem Bereich von etwa 300 Volt bis etwa 350 Volt ausgelegt ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der Batteriestapel 120 eine maximale Ausgangsspannung in einem Bereich von etwa 60 Volt bis etwa 300 Volt erzeugen. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann der Batteriestapel 120 ausgelegt sein, um eine maximale Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher oder niedriger als die vorstehend angegebenen Bereiche ist.
Der Temperatursensor 122 ist physikalisch sehr nahe bei dem Batteriestapel 120 angeordnet und ist zur Erzeugung von Temperatursignalen 132 ausgelegt, die eine erfasste Temperatur des Batteriestapels 120 anzeigen. Der Spannungssensor 124 ist über die Anschlüsse des Batteriestapels 120 elektrisch gekoppelt und ist zur Erzeugung von Batteriespannungssignalen 134 ausgelegt, die über den Anschlüssen erfasste Spannungen anzeigen. Die Temperatursignale 132 und die Batteriespannungssignale 134 werden an den Controller 110 geliefert, der die angezeigten Temperaturen und Spannungen verwenden kann, um den Aufladeprozess zu steuern, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
Der Controller 110 steht gemäß einer Ausführungsform in funktionaler Kommunikation mit dem Batterieladegerät 104, den HV-Schützen 106, dem Temperatursensor 132, dem Spannungssensor 134 und der AC-Leistungsschnittstelle 108. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, kann der Controller 110 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs) (z.B. ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeugcontroller), mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher (oder ein anderes computerlesbares Medium) umfassen, der darin gespeicherte Daten und Anweisungen zum Ausführen der Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben umfasst.
Wie vorstehend erwähnt, wird das Niveau der Ladegerätausgangsleistung (und damit der Aufladestrom), die vom Batterieladegerät 104 geliefert wird, durch Ladegerätsteuerungssignale 136 gesteuert, die vom Controller 110 erzeugt werden. Wie in Verbindung mit 2 genauer beschrieben wird, ist der Controller 110 zur Erzeugung der Ladegerätsteuerungssignale 136 auf der Grundlage des Status des Batteriestapels 120 (z.B. der Batteriestapelspannung, der Temperatur und/oder der Aufladezeit) ausgelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Controller 110 zum Empfang von Temperatursignalen 132 und Spannungssignalen 134 ausgelegt, welche Temperaturen bzw. Spannungen des Batteriestapels 120 anzeigen. Auf der Grundlage der Temperatur- und Spannungssignale 132, 134 kann der Controller 110 eine gewünschte Ladegerätausgangsleistung (oder einen Aufladestrom) ermitteln, und der Controller 110 kann die Steuerungssignale 136 erzeugen, um zu bewirken, dass das Batterieladegerät 104 die gewünschte Ladegerätausgangsleistung erzeugt, wie nachstehend genauer beschrieben wird. Das Aufladen kann beendet werden, wenn der Controller 110 ermittelt, dass eine Kombination aus der Batteriestapelspannung, der Temperatur und/oder der Aufladezeit anzeigt, dass der Batteriestapel 120 vollständig aufgeladen ist (z.B. weist der Batteriestapel 120 einen gewünschten maximalen Ladezustand (SOC) auf).
2 ist ein Flussdiagramm eines Batterieaufladesteuerungsverfahrens, das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen temperaturbasierten Prozess zum Aussetzen einer Aufladung umfasst. Ausführungsformen des in 2 dargestellten Verfahrens können von einem Controller eines Elektrofahrzeugs (z.B. dem Controller 110 von 1) ausgeführt werden, der Anweisungen zum Ausführen der Prozesse und Verfahren wie hier beschrieben holen und ausführen kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Verfahren von einem Controller eines anderen Vorrichtungstyps, der eine wiederaufladbare Energiequelle umfasst, ausgeführt werden.
Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann ein Batterieaufladeprozess nach dem Einleiten fortfahren, bis ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist (z.B. wie bei Block 210 ermittelt wird, der später beschrieben wird). Zum Beispiel kann ein Aufladungsbeendigungskriterium sein, dass der Batteriestapel einen maximalen SOC erreicht hat. Der maximale SOC kann ein SOC von 100 % oder ein anderer Prozentsatz sein, der kleiner als ein SOC von 100 % ist (z.B. ein SOC von 95 %). Als weiteres Beispiel kann ein Aufladungsbeendigungskriterium sein, dass die Batteriespannung (d.h. über ihren Hochspannungs- und Niederspannungsanschlüssen) bei einer maximalen Batteriespannung liegt (z.B. 350 Volt oder eine andere Spannung). Gemäß einer Ausführungsform kann der Batterieaufladungsprozess einmal oder mehrmals temporär ausgesetzt werden, bevor das Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist, wobei eine Ermittlung zum Aussetzen des Aufladeprozesses auf der Grundlage einer Temperatur der Batterie durchgeführt wird. Der Batterieaufladeprozess, der den temperaturbasierten Prozess zum Aussetzen einer Aufladung umfasst, wird nachstehend genauer beschrieben.
Das Verfahren kann bei Block 202 beginnen, wenn ein Batterieaufladeprozess eingeleitet wurde. Gemäß einer Ausführungsform kann der Batterieaufladeprozess eingeleitet werden, wenn der Controller eine Anzeige empfängt, dass das System zum Empfang von AC-Leistung von einer externen Quelle konfiguriert wurde. Zum Beispiel kann der Controller ein Statussignal (z.B. das Statussignal 138 von der AC-Leistungsschnittstelle 108) empfangen, das anzeigt, dass die AC-Leistungsschnittstelle mit einer externen AC-Leistungsquelle elektrisch gekoppelt wurde. Bei anderen Ausführungsformen kann der Controller eine andere Anzeige empfangen, dass das System zum Empfang von AC-Leistung konfiguriert wurde.
Bei Block 204 wird die gegenwärtige Spannung über den Anschlüssen des Batteriestapels ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform kann dies umfassen, dass der Controller Spannungssignale (z.B. die Spannungssignale 134 von 1) von einem Spannungssensor (z.B. dem Spannungssensor 124 von 1) empfängt und einen Batteriestapelspannungswert aus den Spannungssignalen ermittelt.
Bei Block 206 wird die Temperatur des Batteriestapels ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform kann dies umfassen, dass der Controller Temperatursignale (z.B. die Temperatursignale 132 von 1) von einem oder mehreren Temperatursensoren (z.B. den Temperatursensoren 122 von 1) empfängt und einen Batteriestapeltemperaturwert aus den Temperatursignalen ermittelt. Wenn ein einziges Temperatursignal verwendet wird, um einen einzigen Temperaturmesswert an den Controller zu übermitteln, kann ermittelt werden, dass die Batteriestapeltemperatur gleich dem Temperaturmesswert ist. Wenn mehrere Temperatursignale verwendet werden und/oder mehrere Temperaturmesswerte an den Controller übermittelt werden, kann der Controller die Batteriestapeltemperatur auf der Grundlage eines mathematischen Kriteriums berechnen (z.B. einen Mittelwert mehrerer Messwerte, den höchsten Messwert oder ein anderes Kriterium).
Bei Block 208 kann der Controller den aktuellen SOC des Batteriestapels ermitteln (z.B. des Batteriestapels 120 von 1). Die Anschlussspannung des Batteriestapels kann relativ konstant bleiben, bis der Batteriestapel fast vollständig entladen ist. Folglich kann es sein, dass die Anschlussspannung keine genaue Anzeige des aktuellen SOC des Batteriestapels ist. Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller den aktuellen SOC des Batteriestapels unter anderem auf der Grundlage der Batteriespannung (z.B. wie sie bei Block 204 ermittelt wurde) berechnen. Zum Beispiel kann der aktuelle SOC des Batteriestapels gemäß verschiedenen Ausführungsformen unter Verwendung von Verfahren berechnet werden, die im US-Patent mit der Nummer 6,639,385 mit dem Titel „State of Charge Method and Apparatus“, unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder unter Verwendung anderer Verfahren berechnet werden.
Bei Block 210 kann der Controller ermitteln, ob ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt wurde oder nicht. Ein Aufladungsbeendigungskriterium kann ein oder mehrere Kriterien umfassen, die aus einer Gruppe von Kriterien gewählt sind, die nur als Beispiel, aber nicht als Einschränkung umfasst, dass ein aktueller SOC einen maximalen SOC-Schwellenwert erreicht oder überschreitet, und dass eine Batteriestapelspannung einen maximalen Batteriestapelspannungsschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Wenn das Aufladungsbeendigungskriterium beispielsweise auf den SOC des Batteriestapels bezogen ist, kann ein maximaler SOC-Schwellenwert im System als ein SOC-Wert in einem Bereich von etwa 85 % SOC bis etwa 100 % SOC definiert sein, obwohl ein SOC-Schwellenwert ebenso einen Wert aufweisen kann, der kleiner als der vorstehend vorgegebene Bereich ist. Wenn bei Block 210 ermittelt wird, dass der aktuelle SOC des Batteriestapels über dem maximalen SOC-Schwellenwert liegt, endet das Verfahren. Andernfalls fährt das Verfahren bei Block 212 fort, der nachstehend genauer beschrieben wird.
Als ein weiteres Beispiel kann, wenn das Aufladungsbeendigungskriterium auf die Spannung des Batteriestapels bezogen ist, ein maximaler Batteriestapelspannungsschwellenwert im System als eine Spannung in einem Bereich von etwa 85 % bis etwa 100 % der Spannungskapazität des Batteriestapels definiert sein (z.B. 350 Volt), obwohl ein Spannungsschwellenwert ebenso einen Wert aufweisen kann, der niedriger als der vorstehend vorgegebene Bereich ist. Wenn bei Block 210 ermittelt wird, dass die Batteriestapelspannung über dem maximalen Batteriestapelspannungsschwellenwert liegt, endet das Verfahren. Andernfalls fährt das Verfahren mit Block 212 fort.
Wenn das Aufladungsbeendigungskriterium nicht erfüllt wurde, dann wird bei Block 212 ein temperaturabhängiger Spannungseinstellpunkt (TDV-Einstellpunkt) ermittelt und die Ausgangsleistung des Batterieladegeräts (z.B. des Batterieladegeräts 104 von 1) wird eingestellt, wie später in Verbindung mit Block 216 genauer beschrieben wird. Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der TDV-Einstellpunkt auf der Grundlage der Batteriestapeltemperatur ermittelt. Unter Verwendung der Batteriestapeltemperatur kann der TDV-Einstellpunkt entweder berechnet oder aus einer Tabelle (z.B. der nachstehenden Tabelle 1) ermittelt werden, die in einem Speicher gespeichert ist, der für den Controller zugänglich ist. Zum Beispiel kann der Wert des TDV-Einstellpunkts auf der Grundlage einer vordefinierten mathematischen Beziehung zwischen der Batteriestapeltemperatur (z.B. wie sie bei Block 206 ermittelt wurde) und dem TDV-Einstellpunkt ermittelt werden. Als Beispiel, aber nicht als Einschränkung, kann eine mathematische Beziehung zwischen der Batteriestapeltemperatur T und dem TDV-Einstellpunkt TDV definiert sein als: $wenn T \leq T_{L}, TDV (T) = {TDV}_{MAX};$
${wenn T}_{L} < T < T_{H}, TDV (T) = {TDV}_{MAX} - mT; und$
und $wenn T \geq T_{H}, TDV (T) = {TDV}_{MIN},$
wobei m eine Umwandlungskonstante ist, T_L ein niedriger Batteriestapeltemperaturschwellenwert ist (z.B. 0 Grad C), T_H ein hoher Batteriestapeltemperaturschwellenwert ist (z.B. 50 Grad C), TDV_MAX ein vordefinierter maximaler TDV-Einstellpunkt ist (z.B. 350 Volt, die maximale Batteriestapelspannung oder ein anderer Wert) und TDV_MIN ein vordefinierter minimaler TDV-Einstellpunkt ist (z.B. 250 Volt oder ein anderer Wert (einschließlich von 0 Volt)). Obwohl die Gleichung, die der Bedingung entspricht, wenn T_L < T < T_H ist, eine lineare Gleichung ist und von TDV_MAX abhängt, kann diese Gleichung bei anderen Ausführungsformen stattdessen eine exponentielle oder logarithmische Gleichung (oder ein anderer Gleichungstyp) sein und/oder kann von einer anderen Konstante als TDV_MAX abhängen. Die vorstehenden mathematischen Beziehungen sind zur Erläuterung bereitgestellt, aber nicht zur Einschränkung.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der TDV-Einstellpunkt ermittelt werden, indem auf eine Temperatur/TDV-Einstellpunkt-Tabelle (z.B. die nachstehende Tabelle 1) zugegriffen wird, welche eine Vielzahl von Einträgen umfasst, und jeder Eintrag umfasst ein Paar vordefinierter Temperatur/TDV-Einstellpunkt-Werte. Es kann ein Eintrag gewählt werden, der der Batteriestapeltemperatur (z.B. wie sie bei Block 206 ermittelt wurde) entspricht, und der TDV-Einstellpunkt kann als der TDV-Einstellpunktwert für diesen Eintrag ermittelt werden. Temperaturwerte innerhalb der Einträge können in einen Bereich typischer Batteriestapeltemperaturen fallen (z.B. -40 Grad Celsius (C) bis 60 Grad C), und die TDV-Einstellpunktwerte in den Einträgen können in einen Bereich fallen, der sich von einem niedrigen TDV-Einstellpunktwert (z.B. TDV_MIN) bis zu einem hohen TDV-Einstellpunktwert (z.B. TDV_MAX) erstreckt. Die nachstehende Tabelle 1 ist ein Beispiel einer Temperatur/TDV-Einstellpunkt-Tabelle: Tabelle 1 - Temperatur/TDV-Einstellpunkt-Tabelle

Eintragsnummer	Temperaturbereich (Grad C)	TDV-Einstellpunkt (Volt)
1	< -40	350
2	-40 bis -30	350
3	-30 bis -20	350
4	-20 bis -10	350
5	-10 bis 0	350
6	0 bis 10	330
7	10 bis 20	310
8	20 bis 30	290
9	30 bis 40	270
10	40 bis 50	250
11	50 bis 60	250
12	> 60	250

Es versteht sich, dass andere Temperatur/TDV-Einstellpunkt-Tabellen mehr oder weniger Einträge umfassen können, dass der Bereich von Temperaturwerten höher und/oder niedriger sein kann und/oder dass der Bereich von TDV-Einstellpunktwerten höher und/oder niedriger sein kann als diejenigen, die in der Beispieltabelle 1 enthalten sind.
Bei der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform wird der TDV-Einstellpunkt primär auf der Grundlage der Batteriestapeltemperatur ermittelt. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird zuerst ein zulässiger SOC auf der Grundlage der Batteriestapeltemperatur ermittelt und ein TDV-Einstellpunkt kann auf der Grundlage des zulässigen SOC ermittelt werden. Unter Verwendung der Batteriestapeltemperatur kann der zulässige SOC entweder berechnet werden oder er kann aus einer Tabelle (z.B. der nachstehenden Tabelle 2) ermittelt werden, die in einem Speicher gespeichert ist, der für den Controller zugänglich ist. Zum Beispiel kann der zulässige SOC auf der Grundlage einer vordefinierten mathematischen Beziehung zwischen der Batteriestapeltemperatur (z.B. wie sie bei Block 206 ermittelt wurde) und dem zulässigen SOC ermittelt werden. Als Beispiel, aber nicht als Einschränkung, kann eine mathematische Beziehung zwischen der Batteriestapeltemperatur T und einem zulässigen SOC SOC_A definiert sein als: $wenn T \leq T_{L}, {SOC}_{A} (T) = {SOC}_{MAX};$
${wenn T}_{L} < T < T_{H}, {SOC}_{A} (T) = ({SOC}_{MAX}) e^{- nT}; und$
und $wenn T \geq T_{H}, {SOC}_{A} (T) = {SOC}_{MIN},$
wobei n eine Umwandlungskonstante ist, T_L ein niedriger Batteriestapeltemperaturschwellenwert ist (z.B. 0 Grad C), T_H ein hoher Batteriestapeltemperaturschwellenwert ist (z.B. 50 Grad C), SOC_MAX ein vordefinierter maximaler SOC ist (z.B. 95 % oder ein anderer Wert (einschließlich 100 %)) und SOC_MIN ein vordefinierter minimaler SOC ist (z.B. 50 % oder ein anderer Wert). Obwohl die Gleichung, die der Bedingung entspricht, wenn T_b < T < T_H ist, eine abfallende Exponentialfunktion mit einer Anfangsgröße von SOC_MAX ist, kann diese Gleichung stattdessen eine lineare Gleichung, eine logarithmische Gleichung (oder ein anderer Gleichungstyp) sein und/oder sie kann bei anderen Ausführungsformen eine andere Anfangsgröße als SOC_MAX aufweisen. Die vorstehenden mathematischen Beziehungen sind zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung bereitgestellt.

Gemäß einer Ausführungsform kann der TDV-Einstellpunkt auf der Grundlage des zulässigen SOC unter Verwendung einer Funktion berechnet werden, die der Funktion ähnelt, die zur Berechnung des aktuellen SOC verwendet wird (z.B. bei Block 208). Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der TDV-Einstellpunkt durch Zugriff auf eine SOC_A/TDV-Einstellpunkt-Tabelle (z.B. die nachstehende Tabelle 2) ermittelt werden, die eine Vielzahl von Einträgen umfasst und wobei jeder Eintrag ein Paar vorbestimmter SOC_A/TDV-Einstellpunktwerte umfasst. Es kann ein Eintrag gewählt werden, der dem zulässigen SOC entspricht (z.B. wie er vorstehend ermittelt wurde), und der TDV-Einstellpunkt kann als der TDV-Einstellpunktwert für diesen Eintrag ermittelt werden. SOC_A-Werte in den Einträgen können in einen Bereich fallen (z.B. von SOC_MIN bis SOC_MAX), und die TDV-Einstellpunktwerte in den Einträgen können in einen Bereich fallen, der sich von einem niedrigen TDV-Einstellpunktwert (z.B. TDV_MIN) bis zu einem hohen TDV-Einstellpunktwert (z.B. TDV_MAX) erstreckt. Die nachstehende Tabelle 1 ist ein Beispiel einer SOC_A/TDV-Einstellpunkt-Tabelle: Tabelle 2 - SOC_A/TDV-Einstellpunkt-Tabelle

Eintragsnummer	SOC_A-Bereich (%)	TDV-Einstellpunkt (Volt)
1	95 bis 100	350
2	90 bis 95	350
3	85 bis 90	350
4	80 bis 85	350
5	75 bis 80	350
6	70 bis 75	330
7	65 bis 70	310
8	60 bis 65	290
9	55 bis 60	270
10	50 bis 55	250
11	> 50	250

Es versteht sich, dass andere SOC_A/TDV-Einstellpunkt-Tabellen mehr oder weniger Einträge umfassen können, dass der Bereich von SOC_A-Werten höher und/oder niedriger sein kann und/oder dass der Bereich von TDV-Einstellpunktwerten höher und/oder niedriger als diejenigen sein kann, die in der Beispieltabelle 2 enthalten sind.
Zum Beispiel ist 3 eine graphische Darstellung 300, die eine abfallende exponentielle Beziehung zwischen der Batteriestapeltemperatur und dem zulässigen SOC SOC_A gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Eine Kurve 302 zeigt eine abfallende exponentielle Beziehung zwischen den Batteriestapeltemperaturen und den zulässigen SOCs an. Punkte 310 auf der Kurve 302 können SOC_A/TDV-Einstellpunktpaaren entsprechen, die in einer SOC_A/TDV-Einstellpunkt-Tabelle (z.B. der vorstehenden Tabelle 2) gespeichert sein können, wobei diese Punkte 310 in einen Bereich 312 zulässiger SOCs und einen Bereich 314 von Temperaturen fallen. Gemäß einer Ausführungsform sind die zulässigen SOCs bei relativ niedrigen Batteriestapeltemperaturen (z.B. bei einer Temperatur 320) relativ hoch (z.B. SOC 322). Im Gegensatz dazu sind die zulässigen SOCs bei relativ hohen Batteriestapeltemperaturen (z.B. bei Temperatur 324) relativ niedrig (z.B. SOC 326). Folglich weisen die zulässigen SOCs bei einer Ausführungsform Werte auf, die umgekehrt proportional zu den Batteriestapeltemperaturwerten sind. Obwohl 3 eine abfallende exponentielle Beziehung zwischen zulässigen SOCs und Batteriestapeltemperaturen veranschaulicht, kann die Beziehung bei anderen Ausführungsformen linear oder logarithmisch sein oder eine andere mathematische Beziehung aufweisen.
Bei den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen wird der TDV-Einstellpunkt auf der Grundlage der Batteriestapeltemperatur ermittelt oder der TDV-Einstellpunkt wird aus einem zulässigen SOC berechnet. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird zuerst eine zulässige Batteriestapelspannung auf der Grundlage der Batteriestapeltemperatur ermittelt, und ein TDV-Einstellpunkt wird auf der Grundlage der zulässigen Batteriestapelspannung berechnet. Diese Ausführungsform wird hier nicht im Detail erörtert.
Wieder mit Bezug auf 2 wird bei Block 214 nach dem Ermitteln des TDV-Einstellpunkts (im Block 212) ermittelt, ob die Batterieausgangsspannung kleiner als der TDV-Einstellpunkt ist. Wenn nicht, dann läuft das Verfahren wie in 2 gezeigt erneut durch. Wenn dem so ist, dann steuert der Controller die Leistungsausgabe des Batterieladegeräts (z.B. des Batterieladegeräts 104 von 1) bei Block 216, um zu erzwingen, dass ein Strom in die Batterie fließt (z.B. den Batteriestapel 120 von 1). Zum Beispiel kann der Controller bewirken, dass das Batterieladegerät seine Leistungsausgabe erhöht, um die Spannung an den Batterieanschlüssen (z.B. den Anschlüssen 128 von 1) zu dem TDV-Einstellpunkt hin erhöht. Gemäß einer Ausführungsform liefert der Controller ein Ladegerätsteuerungssignal (z.B. das Ladegerätsteuerungssignal 136 von 1) an das Batterieladegerät und das Batterieladegerät modifiziert seine Arbeitsweise, um zu versuchen, die befohlene Leistungsausgabe an seinen Ausgangsanschlüssen (z.B. den Anschlüssen 126 von 1) zu erzeugen. Das Verfahren läuft dann wie in 2 gezeigt erneut durch, während der Aufladeprozess fortgesetzt wird.
Während des Aufladeprozesses (z.B. während der Zeit, in der das Batterieladegerät einen Stromfluss in die Batterie hinein erzwingt) steigt die Ausgangsspannung der Batterie langsam an. Wenn ermittelt wird (z.B. bei Block 214), dass die Batteriespannung den TDV-Einstellpunkt erreicht hat, wird die Leistungsausgabe des Batterieladegeräts so gesteuert, dass es keinen Strom mehr an die Batterie liefert. Folglich wird der Aufladeprozess effektiv ausgesetzt, sobald die Batteriespannung den TDV-Einstellpunkt erreicht hat, obwohl der Aufladeprozess möglicherweise noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Dieses Aussetzen des Batterieaufladeprozesses kann andauern, bis die Temperatur des Batteriestapels auf einen Punkt gesunken ist, an dem ein anderer (z.B. höherer) TDV-Einstellpunkt ermittelt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Leistungsausgabe des Batterieladegeräts so gesteuert wird, dass wieder ein Stromfluss in die Batterie hinein erzwungen wird (z.B. bei einem nachfolgenden Durchlauf von Block 212).
Mit anderen Worten kann der Batterieaufladeprozess fortfahren, bis eine Schwellenwert-Batteriestapeltemperatur erreicht ist. Beim Erreichen der Schwellenwert-Batteriestapeltemperatur kann der Batteriestapelaufladeprozess möglicherweise ein oder mehrmals ausgesetzt werden, bevor der Aufladeprozess abgeschlossen ist (z.B. bevor das Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist). Der Aufladeprozess darf nicht wieder aufgenommen werden, bis die Batteriestapeltemperatur auf oder unter die Schwellenwertbatteriestapeltemperatur (oder eine andere niedrigere Schwellenwerttemperatur) gesunken ist. Folglich können während des gesamten Batterieaufladeprozesses niedrigere Batteriestapeltemperaturen beibehalten werden, als sie unter Verwendung herkömmlicher Aufladeverfahren und Vorrichtungen beibehalten werden können. Implementierungen der verschiedenen Ausführungsformen können zu einer längeren Lebensdauer eines Batteriestapels im Vergleich mit Lebensdauern von Batteriestapeln führen, die unter Verwendung herkömmlicher Wiederaufladeverfahren und Vorrichtungen wiederaufgeladen werden.
Somit wurden vorstehend verschiedene Ausführungsformen von Verfahren und Vorrichtungen zum Aufladen einer Batterie beschrieben. Obwohl verschiedene Ausführungsformen von Systemen und Verfahren in der vorstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurden, ist festzustellen, dass eine große Anzahl weiterer Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung des erfinderischen Gegenstands in irgendeiner Weise einzuschränken. Stattdessen wird die vorstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es versteht sich, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang des erfinderischen Gegenstands zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offen gelegt ist.

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Batterie (120) eines elektrischen Systems, das die Batterie (120), ein Batterieladegerät (104) und einen Controller (110) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Aufladeprozess zum Aufladen der Batterie (120) eingeleitet wird; eine Temperatur (T) der Batterie (120) ermittelt wird; ein zulässiger Ladezustand der Batterie (120) auf der Grundlage der Temperatur (T) ermittelt wird, wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie (120) ist; ein Spannungseinstellpunkt auf der Grundlage des zulässigen Ladezustands ermittelt wird; das Batterieladegerät (104) gesteuert wird, um eine Ausgangsleistung zu erzeugen, die zu einer Erhöhung einer Ausgangsspannung der Batterie (120) zu dem Spannungseinstellpunkt hin führt; wenn die Temperatur (T) der Batterie (120) einen ersten Temperaturwert überschreitet, der Batterieaufladeprozess temporär ausgesetzt wird, bevor ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist; das Ermitteln der Temperatur (T) der Batterie (120) wiederholt wird; und der Batterieaufladeprozess wieder aufgenommen wird, wenn die Temperatur (T) der Batterie (120) kleiner als ein zweiter Temperaturwert ist; wobei das temporäre Aussetzen des Batterieaufladeprozesses und/oder das Wiederaufnehmen des Batterieaufladeprozesses umfasst, dass: der Spannungseinstellpunkt für das Batterieladegerät (104) auf der Grundlage der Temperatur (T) ermittelt wird, wobei der Spannungseinstellpunkt kleiner als eine maximale Batteriespannung ist.
Elektrisches System, das umfasst: ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-Energiespeichersystem) (102) mit einem Batteriestapel (120), der zum Speichern von elektrischer Energie ausgelegt ist; ein Batterieladegerät (104), das zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in Ansprechen auf ein Steuerungssignal (136) ausgelegt ist, das einen Spannungseinstellpunkt für die Ausgangsspannung anzeigt; und einen Controller (110), der zur Steuerung eines Batterieaufladeprozesses durch Ermitteln einer Temperatur (T) des Batteriestapels (120) unter Verwendung von Temperatursignalen von einem oder mehreren Temperatursensoren, Ermitteln eines zulässigen Ladezustands des Batteriestapels (120) auf der Grundlage der Temperatur (T), wobei der zulässige Ladezustand kleiner als ein maximaler Ladezustand der Batterie ist, Ermitteln des Spannungseinstellpunkts auf der Grundlage des zulässigen Ladezustands und Bereitstellen des Steuerungssignals (136) an das Batterieladegerät (104) ausgelegt ist; wobei der Controller (110) ferner ausgelegt ist, um den Batterieaufladeprozess temporär auszusetzen, bevor ein Aufladungsbeendigungskriterium erfüllt ist, wenn die Temperatur (T) des Batteriestapels (120) einen ersten Temperaturwert überschreitet, und um den Batterieaufladeprozess wieder aufzunehmen, wenn die Temperatur des Batteriestapels kleiner als ein zweiter Temperaturwert ist; wobei der Controller (110) ferner ausgelegt ist, um den Batterieaufladeprozess temporär auszusetzen, indem er den Spannungseinstellpunkt auf der Grundlage der Temperatur als einen Spannungseinstellpunkt ermittelt, der kleiner als eine maximale Batteriespannung ist.