DE102011089293A1

DE102011089293A1 - Batterielade-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011089293A1
Application number: DE102011089293A
Authority: DE
Inventors: Woo Sung Kim; Il Cho
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-03-28
Also published as: US20130076313A1; JP2013074785A; CN103022585A

Abstract

Es ist eine Batterieladetechnik offenbart welche verhindert, dass eine Batterie verschlechtert oder beschädigt wird durch Steuern des Ladens der Batterie auf eine Stromrate, die für die augenblickliche Umgebungstemperatur geeignet ist, in welcher die Batterie augenblicklich geladen wird, zum Zeitpunkt des Ladens der in dem Fahrzeug eingebauten Batterie, um die Haltbarkeit der Batterie zu verbessern, während zu selben Zeit ermöglicht wird, die Batterie so schnell wie möglich zu laden, um die Benutzerfreundlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterielade-Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug und insbesondere betrifft sie eine Technik zur Steuerung einer Ladeoperation einer Batterie unter Berücksichtigung der Haltbarkeit der Batterie, durch Laden der Batterie, die zur Verwendung z. B. in einem Elektrofahrzeug oder dergleichen eingebaut ist.
(b) Hintergrund
Eigenschaften einer Batterie, die in einem Elektroauto oder dergleichen eingebaut wird zum Liefern von benötigter Energie zum Antreiben/zur Energieversorgung eines Fahrzeugs, können aufgrund von Temperaturbedingung usw. verändert werden. Die meiste Zeit werden Fahrzeuge in einer Umgebung mit normalen Temperaturbedingungen (32–90°F) betrieben und daher sind elektrische Systeme in Fahrzeugen im Allgemeinen so entwickelt worden, dass ihr Aufbau an normale Temperaturbedingungen angepasst ist.
Jedoch können, wenn eine wie die oben beschriebene Batterie in einer Umgebung mit niedriger Temperatur (z. B. unter-Null Umgebungen, wie sie häufig in nördlichen Klimagebieten angetroffen werden) verwendet wird, die Eigenschaften der Batterie merklich herabgesetzt werden verglichen damit, wenn die Batterie unter normalen Temperaturen eingesetzt wird. Zusätzlich wird, wenn dieselbe Strommenge sowohl bei normalen wie bei niedrigen Temperaturen verwendet wird, die Lebenszeit der Batterie oder dergleichen reduziert aufgrund der chemischen Eigenschaften der Batterie, wenn die Batterie durchweg bei niedrigen Temperaturen eingesetzt wird.
Insbesondere wenn die Temperatur der Batterie unter eine bestimmte Temperatur fällt ist das Lithium Ion, das aktiviert wird um eine Leistung zu erzeugen, deutlich langsamer, so dass die Lithium Ionen auf eine Oberfläche einer Elektrode in einem Metall-Lithium Zustand herunterfallen oder abstürzen (z. B. ein Li-Beschichtungsphänomen erzeugen), was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften führt, wie der Abnahme der Kapazität und einer Erhöhung eines inneren Widerstands usw..
Üblicherweise wird eine langsame Ladetechnik verwendet, um den Hauptteil der Batterie mit einem niedrigem Strom (engl. low current) zu laden und ein schnelles Ladeverfahren verwendet, um eine Batterie innerhalb eines kurzen Zeitraums zu laden. Das langsame Laden hat zur Folge, dass die Batterie bei einem niedrigen Strom über eine sehr lange Zeitspanne geladen wird. In diesem Fall bewirkt das langsame Laden ein Laden der Batterie mit einem ausreichenden niedrigen Strom, so dass die Phänomene (z. B. eine Abnahme der Kapazität, ein Erhöhen eines inneren Widerstands usw.) aufgrund der abnormalen Reaktion der Batterie durch den Eingangsstrom verhindert werden. Daher kann ein langsames Laden als eine sichere Ladetechnik betrachtet werden, wobei sie jedoch eine unerwünscht große Zeitspanne zum Laden der Batterie benötigt.
Auf der anderen Seite erfordert das schnelle Laden ein Laden innerhalb einer kurzen Zeitspanne und infolgedessen ein Laden bei einem höheren Strom. Daher ist, im Gegensatz zu dem langsamen Laden, das schnelle Laden immer mit einer Abnahme der Batterieleistung aufgrund der abnormalen Reaktion während des Ladezyklus, einer Zunahme der Temperatur während des Ladezyklus usw. verbunden und daher kann eine noch stärkere Abnahme der Batterieleistung aufgrund der Lithium(Li)-Beschichtung oder der gleichen erfolgen, wenn das Laden mit einem höheren Strom bei niedrigen Temperaturen erfolgt.
Da jedoch das Laden innerhalb eines angemessenen kurzen Zeitraums erfolgen sollte, um sicher zu stellen, dass das Fahrzeug in einer zumutbaren Zeit für den Fahrer verfügbar ist, ist das Laden innerhalb eines schnellen oder kurzen Zeitablaufs zu bevorzugen, in welchem die Haltbarkeit der Batterie nicht herabgesetzt wird.
Die Belange, wie sie in dem oben genannten Hintergrund beschrieben sind, sind lediglich dazu da, den Hintergrund der vorliegenden Erfindung besser zu verstehen.
ZUAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in der Bestrebung gemacht, eine Batterieladesteuerungstechnik für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche ausgebildet ist zu verhindern, dass eine Batterie verschlechtert wird, durch Steuern des Ladens der Batterie bei einer Stromrate, die für eine Temperaturumgebung geeignet ist während der die in dem Fahrzeuge eingebaute Batterie geladen wird, um so die Haltbarkeit der Batterie zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung ist außerdem so, so schnell wie möglich aufzuladen, um die Handhabbarkeit des Fahrzeugs zu verbessern.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Batterieladesteuerungsverfahren für ein Fahrzeug vorgesehen, aufweisend: Bilden eines Kennfelds oder einer Abbildung (engl. map) für Stromspitzen(-maxima), die die Batterie gemäß einer Temperatur innerhalb eines Bereichs lädt, innerhalb dem die Verschlechterung der Batterie nicht auftritt, darauf basierend, ob ein Verschlechterungsphänomen der Batterie, während des Ladens mit einer besonderen Stromrate bei einer vorgegebenen Temperatur, auftritt, um einen Strombereich zu bestimmen, in welchem das Verschlechterungsphänomen nicht bei einer vorgegebenen Temperatur auftritt; Eingeben einer Temperatur der Batterie und Berechnen eines maximalen Stromwerts aus dem Kennfeld oder der Abbildung für die Eingangstemperatur; und Steuern eines Ladestroms der Batterie derart, dass er innerhalb eines Bereichs für einen maximalen Stromwert liegt.
In einigen Ausführungsformen ist eine Steuereinheit ausgebildet, um eine Temperatur der Batterie einzugeben und einen maximalen Stromwert für die Eingangstemperatur aus der Abbildung oder dem Kennfeld zu berechnen, der einen maximalen Strom bildet, welcher zum Laden der Batterie gemäß der Temperatur verwendet wird innerhalb des Strombereichs, in welchem eine Verschlechterung der Batterie nicht auftritt; und Steuern eines Ladestroms der Batterie innerhalb dieses Bereichs des maximalen Stromwerts basierend auf der Eingabetemperatur der Batterie.
In noch einer weiteren Ausführungsform weist eine Batteriesteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug auf: eine Eingabeeinheit, die ausgebildet ist, eine Temperatur der Batterie zu empfangen oder zu erhalten; eine Steuerung, die ausgebildet ist eine Abbildung oder ein Kennfeld aufzuweisen die bzw. das aus einem maximalen Ladestrom zum Laden der Batterie gemäß einer Temperatur innerhalb eines Bereichs gebildet ist, in welchem eine Verschlechterung der Batterie nicht auftritt; Berechnen des maximalen Stroms anhand der Abbildung bzw. des Kennfeldes gemäß der Temperatur, die der Eingabeeinheit eingegeben wurde und bestimmen eines Ladestroms und einer Ladespannung der Batterie gemäß dem berechneten maximalen Strom; und eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, eine Ladeoperation oder einen Ladevorgang der Batterie gemäß dem bestimmten Ladestrom und der Ladespannung durch die Steuerung zu steuern.
Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden weiter unten besprochen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in größerem Detail mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele davon beschrieben, dargestellt in den beigefügten Zeichnungen, welche hierin lediglich zum Zwecke der Illustration gezeigt sind und infolgedessen nicht beschränkt sind für die vorliegende Erfindung, und wobei:
1 eine Tabelle ist, welche für jede Temperatur und eine Stromrate der Batterie in einem Temperaturbereich, in welche ein Zielbatterie sich befinden kann, prüft, ob ein Verschlechterungsphänomen einer Batterie auftritt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm ist, welche in einer graphischen Darstellung eine Abbildung oder ein Kennfeld zeigt, die bzw. das aus einem Maximalstrom gebildet wird, zum Laden der Batterie gemäß einer Temperatur innerhalb eines Bereichs, in welchem die Verschlechterung der Batterie nicht auftritt und bestimmt wird durch Verwenden der Tabelle aus 1;
3 ein Flussdiagramm ist, welches ein Beispiel eines Batterieladesteuerungsverfahren für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 ein Flussdiagramm ist, welches ein Beispiel der Batterieladesteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es ist so zu verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen die die Grundprinzipien der Erfindung zeigen illustrieren. Die besonderen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart enthalten zum Beispiel spezielle Dimensionierungen, Orientierungen, Positionen und Formen werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendung und Betriebsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durch die verschiedenen Figuren und Zeichnungen hindurch.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Nachfolgenden wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, Beispiele davon sind in den beigefügten Zeichnungen illustriert und unten beschrieben. Während die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, ist es so zu verstehen, dass es nicht beabsichtigt ist die vorliegende Beschreibung die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegenteil ist die Erfindung dazu gedacht nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsform, welche in dem Geist und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sind.
Es ist so zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Wagen” oder andere ähnliche Begriffe wie sie hierin verwendet werden, einschließlich Motorfahrzeuge im Allgemeinen wie Passagierfahrzeuge, einschließlich Geländewagen (SUV), Busse, Trucks, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, einem Flugzeug und dergleichen und einschließlich Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere alternative Kraftstofffahrzeuge (z. B. Kraftstoffe die aus anderen als Erdölquellen gewonnen werden). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybrid-Fahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise sowohl mit Gas betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Bezug nehmend auf die 1 bis 3 weist eine Batterieladesteuerungstechnik für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Bilden eines Abbildung oder eines Kennfelds auf aus einem Maximalstrom, der geeignet ist, die Batterie gemäß einer Temperatur innerhalb eines Bereich, in welchem keine Verschlechterung der Batterie auftritt, zu laden basierend darauf, ob das Verschlechterungsphänomen der Batterie bei jeder Temperatur vorgegeben bei einer speziellen Stromrate auftritt, die an die Batterie angelegt ist, die einem Temperaturbereich ausgesetzt wird (S10), Eingeben einer Temperatur der Batterie und Berechnen eines Maximalstromwerts aus der Abbildung bzw. dem Kennfeld für die Eingabetemperatur (S20) und Steuern eines Ladestroms der Batterie derart, dass er innerhalb eines Bereichs des Maximalstromwerts liegt, basierend auf der Eingabetemperatur (S30).
Das bedeutet, dass die Steuerungstechnik gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung prüft, ob die Verschlechterung der Batterie auftritt oder nicht aufgrund eines Lithium Niederschlags oder Ausfäll-Phänomens (Li-Überzug), wenn die entsprechende Batterie bei einer speziellen Stromrate und einer speziellen Temperatur (insbesondere niedrigen Temperaturen) geladen wird, einen Maximalstrom erhält, der geeignet ist, um die Batterie, ohne eine Verschlechterung der Batterie bei der vorliegenden Temperatur der Batterie, zu laden, basierend auf den Prüfdaten, und dem entsprechend die Batterie lädt und dadurch die Implementierung des schnellst möglichen Ladens innerhalb eines Bereichs, in welchem die Haltbarkeit der Batterie sicherstellt ist, erlaubt.
Zur Bezugnahme ist die Stromrate wie folgt definiert: Stromrate (A) = Lade/Entladestrom (A)/Batterieladekapazität (engl. battery rate capacity)
Um die Abbildung oder das Kennfeld zu bilden (S10) wird der Temperaturbereich der Abbildung bzw. des Kennfeldes auf einen Temperaturbereich begrenzt der gleich oder kleiner als ein Minimum einer Normaltemperatur (z. B. 32°F oder 0°C) ist, die das Fahrzeug normalerweise erfährt. Der Grund ist, dass dieser Temperaturbereich sehr unwahrscheinlich ist, um eine Beschädigung der Batterie bei normalen Temperaturbedingungen zu verursachen und ein Speicherplatz zum Speichern der Abbildung bzw. des Kennfeldes dadurch minimiert werden kann.
Im Allgemeinen neigt die Temperatur einer Batterie dazu während des Ladens graduell zuzunehmen und infolgedessen ist es im Hinblick auf diese Neigung zu bevorzugen, die Temperatur durch periodisches und wiederholtes Messen und Empfangen der Temperatur der Batterie (z. B. von einem Sensor) zu steuern. Durch wiederholtes neu Berechnen (S20) des gelieferten Stroms und Steuern des Lieferns des Stroms während des Ladens (S30) zum Widerspiegeln der Temperaturänderung der Batterie gemäß dem Laden kann die Ladegeschwindigkeit noch weiter verbessert werden.
Während des Steuerns des Ladens der Batterie (S30) kann der Ladestrom der Batterie zum maximalen Stromwert hin gesteuert werden, um die mögliche Ladezeit zu minimieren was zur Verbesserung der Handhabbarkeit des Fahrzeugs beiträgt. Inzwischen kann die Abbildung oder das Kennfeld im Wesentlichen zu der Zeit der Entwicklung des Fahrzeugs gebildet werden. In aktuellen Fahrzeugen wird das Laden der Batterie nur durch eine Stromlieferberechnung (S20) gesteuert basierend auf den Daten der zuvor gelieferten Abbildung oder Kennfeld.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Batterielade-Steuervorrichtung zeigt die geeignet ist, die oben genannte Funktion zu implementieren. Die Batterielade-Steuervorrichtung weist eine Steuereinrichtung 400 auf, welche eine Vielzahl von Einrichtungen aufweist. Dargestellt ist eine Eingabeeinheit 10 welche ausgebildet ist, die Temperatur der Batterie zu empfangen und eine Steuerung 20 die ausgebildet ist, die Abbildung oder das Kennfeld zu enthalten die bzw. das durch den maximalen Strom gebildet ist, der zum Laden der Batterie gemäß einer Temperatur innerhalb eines Bereichs, in welchen die Beschädigung der Batterie nicht auftritt, geeignet ist. Die Steuerung 20 berechnet auch den maximalen Strom anhand der Abbildung bzw. des Kennfeldes gemäß der Temperatur, die von der Eingabeeinheit 10 eingegeben ist, und bestimmt den Ladestrom und die Ladespannung der Batterie gemäß des Berechneten maximalen Stroms und eine Ausgabeeinrichtung 30 steuert durch die Steuerung 20 die Ladeoperation der Batterie gemäß dem bestimmten Ladestrom und der Ladespannung.
Obwohl die oben beschriebene Vorrichtung durch eine Vielzahl von Steuerungen/Einrichtungen gesteuert wird, können diese Einrichtungen in jede Kombination von Einrichtungen kombiniert werden, d. h. eine einzige Steuerung oder mehrere Steuerungen und Sensoren.
Ferner führt die wie oben beschrieben ausgebildete Steuervorrichtung die Ladungssteuerungstechnik wie oben beschrieben durch, so dass die in dem Fahrzeug angebrachte Batterie schneller aufgeladen werden kann innerhalb des Bereichs, in welchem die Haltbarkeit der Batterie nicht durch Temperaturbedingungen die niedriger sind als eine normale Temperatur behindert wird.
Wie oben ausgeführt wurde, verhindern die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Beschädigung der Batterie durch Steuern der Stromrate während des Ladens der Batterie auf eine Stromrate, die geeignet ist für eine Temperaturumgebung, welche die Batterie im Augenblick erfährt in dem sie geladen wird, um die Haltbarkeit der Batterie zu verbessern. Die dargestellte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist auch in der Lage die Batterie so schnell wie möglich aufzuladen, um die Bedienungsfreundlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern.
Die Erfindung wurde hierin im Detail mit Bezug auf Ausführungsbeispiele hiervon beschrieben. Es soll jedoch so verstanden werden, dass es für den Fachmann offensichtlich ist dass Änderungen an diesen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien und dem Gedanken der Erfindung wie er in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten beschrieben ist abzuweichen.

Claims

Ein Batterieladesteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, aufweisend: Bilden, durch eine Steuereinheit, eines Kennfelds eines Maximalstroms über einen Temperaturbereich, der eine Batterie in einem Fahrzeug lädt bei einer augenblicklichen Temperatur der Batterie, ohne eine Verschlechterung der Batterie; Eingeben in die Steuereinheit-Einheit, die Temperatur der Batterie und Berechnen eines Spitzenstromwerts aus dem Kennfeld für die Eingangstemperatur; und Steuern des Ladestroms der Batterie durch die Steuereinheit derart, dass dieser innerhalb eines Bereichs für den Maximalstromwert liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Temperaturbereich des Kennfeldes auf einen Temperaturbereich begrenzt ist, der kleiner ist als ein Minimum einer Normaltemperatur, welcher ein Fahrzeug normalerweise ausgesetzt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Steuern der Temperatur durch periodisches und wiederholtes Messen und Empfangen der Temperatur der Batterie und durch wiederholtes Wiederberechnen des Stroms, welcher angelegt wird und Steuern des Ladens um eine Temperaturänderung der Batterie wieder zu spiegeln.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit den Ladestrom auf den Maximalstromwert setzt.
Ein Batterieladesteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, aufweisend: Eingeben einer Temperatur einer Batterie in eine Steuereinheit; Berechnen eines Maximalstromwerts für die eingegebene Temperatur basierend auf einem Kennfeld durch die Steuereinheit, welches einen Maximalstrombereich für das Laden der Batterie zu der eingegebenen Temperatur aufweist, ohne eine Verschlechterung der Batterie durch den Stromwert bei der eingegebenen Temperatur; und Steuern des Strom durch die Steuereinheit, der während des Ladens der Batterie geliefert wird derart, dass er innerhalb eines Bereichs für den Maximalstromwert liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 5, ferner aufweisend: Einstellen der eingegebenen Temperatur durch periodisches und wiederholtes Empfangen neuer Temperaturmessungen der Batterie und durch wiederholtes Wiederberechnen des angelegten Stroms und Steuern des Ladestroms der angelegt wird, um eine Temperaturänderung der Batterie wiederzugeben.
Eine Batterieladesteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Eingabeeinheit, die ausgebildet ist eine Temperatur einer Batterie zu empfangen; eine Steuerung, die ausgebildet ist ein Kennfeld aufzuweisen, welches einen Maximalstromladebereich für eine Batterie gemäß verschiedenen Temperaturen aufweist, innerhalb eine Bereiches, in welchem eine Verschlechterung der Batterie nicht auftritt, und Berechnen des Maximalstroms basierend auf dem Kennfeld gemäß der von der Eingabeeinheit eingegebenen Temperatur und Bestimmen eines Ladestroms und einer Ladespannung für die Batterie gemäß dem berechneten Maximalstrom; und eine Ausgabeneinheit, die ausgebildet ist um eine Ladeoperation der Batterie zu steuern gemäß dem bestimmten Ladestrom und der bestimmten Ladespannung.