DE102013002289B4 - Battery charging system and method for charging a battery - Google Patents

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Abstract

Batterieladesystem (10) mit einem Ausgangsanschluss (12) an den eine zu ladende Batterie (14) anschließbar ist und einem Eingangsanschluss (16) an den eine Energiequelle (18) anschließbar ist, wobei das Batterieladesystem (10) eine Ladeelektronik (20) zur Steuerung eines Ladevorgangs umfasst, – wobei das Batterieladesystem (10) weiterhin einen Restladespeicher (22) umfasst, und – wobei die Ladeelektronik (20) dazu eingerichtet ist, während einer anfänglichen Ladephase den Restladespeicher (22) und die anschließbare Batterie mit Energie aus der anschließbaren Energiequelle (18) zu laden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ladeelektronik (20) dazu eingerichtet ist, während einer späteren Ladephase, die zeitlich nach der anfänglichen Ladephase liegt, die anschließbare Batterie (14) mit Energie aus dem Restladespeicher (22) vollzuladen, wobei die anschließbare Energiequelle (18) keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers (22) und der anschließbaren Batterie (14) bereitstellt.Battery charging system (10) having an output terminal (12) to which a battery to be charged (14) is connectable and an input terminal (16) to the one power source (18) can be connected, wherein the battery charging system (10) has a charging electronics (20) for controlling charging means, - wherein the battery charging system (10) further comprises a residual charge storage (22), and - wherein the charging electronics (20) is adapted, during an initial charging phase, the residual charge storage (22) and the connectable battery with energy from the connectable power source (18), characterized in that the charging electronics (20) are adapted to charge the connectable battery (14) with energy from the residual charge storage (22) during a later charging phase, which is after the initial charging phase the connectable energy source (18) no further electrical power for charging the residual charge memory (22) and the connectable Battery (14) provides.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieladesystem mit einem Ausgangsanschluss an den eine zu ladende Batterie anschließbar ist und einem Eingangsanschluss an den eine Energiequelle anschließbar ist, wobei das Batterieladesystem eine Ladeelektronik zur Steuerung eines Ladevorgangs umfasst, wobei das Batterieladesystem weiterhin einen Restladespeicher umfasst, und wobei die Ladeelektronik dazu eingerichtet ist, während einer anfänglichen Ladephase den Restladespeicher und die anschließbare Batterie mit Energie aus der anschließbaren Energiequelle zu laden.The present invention relates to a battery charging system having an output terminal to which a battery to be charged is connectable and an input terminal to which a power source is connectable, wherein the battery charging system comprises a charging electronics for controlling a charging operation, the battery charging system further comprises a residual charge storage, and wherein the charging electronics is configured to charge the residual charge storage and the connectable battery with energy from the connectable power source during an initial charge phase.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Laden einer an einem Ausgangsanschluss eines Batterieladesystems anschließbaren Batterie, wobei an einen Eingangsanschluss des Batterieladesystems eine Energiequelle angeschlossen wird und an den Ausgangsanschluss die Batterie angeschlossen wird, wobei die Ladeelektronik während einer anfänglichen Ladephase einen Restladespeicher des Batterieladesystems und die Batterie mit Energie aus der Energiequelle lädt.The present invention further relates to a method for charging a battery which can be connected to an output terminal of a battery charging system, wherein a power source is connected to an input terminal of the battery charging system and the battery is connected to the output terminal, the charging electronics charging a residual charge storage of the battery charging system during an initial charging phase Battery with energy from the power source is charging.

Batterieladesysteme verwenden von einer mit dem Batterieladesystem koppelbaren Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zum Laden einer mit dem Batterieladesystem koppelbaren Batterie. Zur Regelung des Ladevorgangs der Batterie umfasst das Batterieladesystem normalerweise eine Ladeelektronik, die den Ladevorgang der Batterie steuert. Der Ladevorgang kann gemäß unterschiedlicher Ladeverfahren geregelt werden. Beispielsweise kann das Ladeverfahren ein Konstantstrom-Ladeverfahren, ein Pulsladeverfahren oder ein Konstantspannungs-Ladeverfahren sein. Bei dem Konstantstrom-Ladeverfahren wird die Batterie während der gesamten Ladezeit mit einem konstanten Strom geladen. Bei dem Pulsladeverfahren wird ein konstanter Ladestrom nach dem Prinzip einer Pulsweitenmodulation zum Laden der Batterie verwendet. Bei dem Konstantspannungs-Ladeverfahren wird eine Ladespannung UL während der Ladezeit konstant gehalten. Mit fortschreitender Aufladung der Batterie sinkt der aufgenommene Ladestrom IL asymptotisch gegen Null. Dies hat zur Folge, dass die von der Batterie aufgenommene Leistung während des Ladevorgangs ebenfalls kontinuierlich abnimmt. Auch bei dem Konstantstrom-Ladeverfahren, dem Pulsladeverfahren oder einer Mischform aus den oben genannten Ladeverfahren nimmt die von der Batterie aufgenommene Leistung im zeitlichen Mittel ab.Battery charging systems use electrical energy provided by a power source that can be coupled to the battery charging system to charge a battery that can be coupled to the battery charging system. To regulate the charging of the battery, the battery charging system usually includes a charging electronics that controls the charging of the battery. The charging process can be regulated according to different charging methods. For example, the charging method may be a constant-current charging method, a pulse charging method or a constant-voltage charging method. In the constant current charging method, the battery is charged with a constant current during the entire charging time. In the pulse charging method, a constant charging current is used according to the principle of pulse width modulation for charging the battery. In the constant voltage charging method, a charging voltage U L is kept constant during the charging time. As charging of the battery progresses, the charge current I L consumed decreases asymptotically towards zero. As a result, the power consumed by the battery also decreases continuously during the charging process. Also in the constant-current charging method, the pulse charging method or a mixed form of the charging method mentioned above, the power consumed by the battery decreases in the time average.

Im Gegenzug bedeutet dies für die an das Batterieladesystem angeschlossene Energiequelle, die die zum Laden der Batterie notwendige Energie bereitstellt, dass sie insbesondere gegen Ende des Ladevorganges eine gegenüber dem Anfang des Ladevorganges stark verringerte Leistung bereitstellen muss. Dies kann insbesondere für die Effizienz der angeschlossenen Energiequelle unvorteilhaft sein. Die Energiequelle muss entweder fern von ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten oder die Ladeelektronik des Batterieladesystems muss von der Energiequelle bereitgestellte überschüssige Leistung ungenutzt abführen. Ein Beispiel für eine derartig schlecht regelbare Energiequelle sind Brennstoffzellen, deren Ausgangsspannung ähnlich einer galvanischen Zelle im Wesentlichen konstruktionsbedingt vorgegeben ist. Eine Regelung der von einer Brennstoffzelle abgegebenen Leistung ist dementsprechend nur unter großen Schwierigkeiten durch eine aufwändige Regelung von Betriebstemperatur, zugeführtem Anodengas und zugeführtem Kathodengas realisierbar. Die Regelung der abgegebenen Leistung kann jedoch zu einer deutlichen Verringerung der Energieeffizienz der Brennstoffzelle führen. Ähnliche Probleme können auch im Zusammenhang mit anderen Energiequellen festgestellt werden, deren Ausgangsleistung nicht oder nur unter großem Aufwand regelbar ist. Beispielsweise müssen Generatoren, die über einen konventionellen kraftstoffbetriebenen Verbrennungsmotor angetrieben werden, den Verbrennungsmotor in einem für ihre Energieeffizienz ungünstigen Teillastbereich betreiben, um die am Ende der Ladephase erwünschte geringe Leistung zu erbringen. Ein energieeffizienter Betrieb des Verbrennungsmotors nahe seiner Volllastkurve, die den größten Wirkungsgrad bei hoher und mittlerer Motordrehzahl näherungsweise angibt, ist nicht möglich.In return, this means for the energy source connected to the battery charging system, which provides the energy required to charge the battery, that it has to provide, in particular towards the end of the charging process, a power greatly reduced compared to the beginning of the charging process. This can be unfavorable, in particular for the efficiency of the connected energy source. The energy source must either operate away from its optimum operating point, or the charge electronics of the battery charging system must discharge excess power provided by the power source unused. An example of such a poorly controllable energy source are fuel cells, the output voltage is similar to a galvanic cell essentially predetermined by design. A regulation of the output from a fuel cell power is accordingly only with great difficulty by a complicated control of operating temperature, supplied anode gas and supplied cathode gas feasible. The regulation of the output power, however, can lead to a significant reduction in the energy efficiency of the fuel cell. Similar problems can also be found in connection with other energy sources whose output power is not controllable or only with great effort. For example, generators powered by a conventional fuel-powered internal combustion engine must operate the engine at a part load range unfavorable for its energy efficiency to provide the low power desired at the end of the charge phase. An energy-efficient operation of the internal combustion engine near its full-load curve, which approximately indicates the highest efficiency at high and medium engine speeds, is not possible.

Die WO 2010/132443 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen zumindest ein Teil der elektrischen Energie einer zu ladenden Batterie unter Umgehung eines Energiezwischenspeichers direkt der Batterie zugeführt wird.The WO 2010/132443 A1 describes a device and a method in which at least a portion of the electrical energy of a battery to be charged is bypassed an energy buffer directly supplied to the battery.

Die DE 10 2010 040 395 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen Ladezyklen mehrerer aufzuladender Batterien aufeinander abgestimmt werden.The DE 10 2010 040 395 A1 describes a method and an apparatus in which charge cycles of several batteries to be charged are matched to one another.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6 ist aus der JP 2012-039822 A bekannt.An apparatus and a method according to the preambles of claims 1 and 6 is known from JP 2012-039822 A known.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Batterieladesystem bereitzustellen, welches auch bei einer nicht oder nur schwer regelbaren Energiequelle einen energieeffizienten Ladevorgang einer zu ladenden Batterie realisiert.The present invention is therefore an object of the invention to provide a battery charging system, which realizes an energy-efficient charging of a battery to be charged even with a no or hardly controllable energy source.

Das gattungsgemäße Batterieladesystem wird erfindungsgemäß dadurch weiterentwickelt, dass die Ladeelektronik dazu eingerichtet ist, während einer späteren Ladephase, die zeitlich nach der anfänglichen Ladephase liegt, die anschließbare Batterie mit Energie aus dem Restladespeicher vollzuladen, wobei die anschließbare Energiequelle keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers und der anschließbaren Batterie bereitstellt. Auf diese Weise kann ein vollständiges Laden der Batterie realisiert werden ohne dass die verwendete Energiequelle während des Ladevorgangs in ineffizienter Weise eine nur geringe Leistung bereitstellt. Die Ladeelektronik des Batterieladesystems kann vielmehr während der gesamten Zeitspanne, während der die Energiequelle Leistung abgibt, die abgenommene Leistung konstant halten. Beispielsweise kann bei einem Konstantspannungs-Ladeverfahren trotz sinkender Ladeströme an dem Restladespeicher und der zu ladenden anschließbaren Batterie der insgesamt der Energiequelle entnommene Ladestrom im Wesentlichen konstant gehalten werden. Als Teilladen beziehungsweise Teilzuladen kann insbesondere das Aufladen des Restladespeichers oder das Aufladen der Batterie ausgehend von 0% Ladekapazität auf beispielsweise 30% Ladekapazität verstanden werden. Während des Teilladens des Restladespeichers kann der von der Energiequelle bereitzustellende Ladestrom beziehungsweise die von der Energiequelle bereitzustellende Leistung im Wesentlichen konstant sein.The generic battery charging system according to the invention further developed in that the charging electronics is adapted to, during a subsequent charging phase, which is temporally after the initial charging phase, the connectable Fully charge battery with energy from the residual charge storage, wherein the connectable power source provides no additional electrical power for charging the residual charge storage and the connectable battery. In this way, full charging of the battery can be realized without the power source used inefficiently providing low power during charging. Rather, the charging electronics of the battery charging system may keep the power consumed constant throughout the period during which the power source is delivering power. For example, in the case of a constant-voltage charging method, despite decreasing charging currents at the residual charge storage device and the battery to be connected, the total charging current drawn from the energy source can be kept substantially constant. As a partial load or partial charging can be understood in particular the charging of the residual charge storage or the charging of the battery, starting from 0% charge capacity to, for example, 30% charge capacity. During the partial charging of the residual charge accumulator, the charging current to be provided by the energy source or the power to be provided by the energy source may be substantially constant.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments and further developments are described in connection with the dependent claims.

Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass die Ladeelektronik dazu eingerichtet ist, den Restladespeicher mit Energie aus der anschließbaren Energiequelle zumindest teilzuladen bevor die anschließbare Batterie geladen wird. Auf diese Weise kann der beim Beginn des Ladevorgangs der anschließbaren Batterie leere Restladespeicher zunächst allein geladen werden. Dies begrenzt am Anfang des Ladevorgangs den von der Energiequelle bereitzustellenden maximalen Ladestrom beziehungsweise die von der Energiequelle am Anfang des Ladevorgangs bereitzustellende Leistung.Usefully, it can be provided that the charging electronics is set up to at least partially charge the residual charge storage with energy from the connectable energy source before the connectable battery is charged. In this way, the empty at the beginning of the charging of the connectable battery remaining storage can be initially charged alone. This limits the maximum charging current to be provided by the energy source or the power to be provided by the energy source at the beginning of the charging process at the beginning of the charging process.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass ein erstes Schaltelement zur Kopplung des Eingangsanschlusses mit dem Restladespeicher und ein zweites Schaltelement zur Kopplung des Restladespeichers mit dem Ausgangsanschluss vorgesehen sind, wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement von der Ladeelektronik ansteuerbar sind. Auf diese Weise kann die Ladeelektronik eine echte Entkopplung zwischen der Energiequelle, dem Restladespeicher und der zu ladenden Batterie erreichen, so dass die Energieübertragung von der Energiequelle auf den Restladespeicher und/oder die zu ladende Batterie in optimaler Weise geregelt werden kann.Advantageously, it can be provided that a first switching element for coupling the input terminal to the residual charge memory and a second switching element for coupling the residual charge memory are provided with the output terminal, wherein the first switching element and the second switching element can be controlled by the charging electronics. In this way, the charging electronics can achieve a true decoupling between the energy source, the residual charge storage and the battery to be charged, so that the energy transfer from the energy source to the residual charge storage and / or the battery to be charged can be controlled in an optimal manner.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Eingangsanschluss einen Gleichrichter umfasst. Auf diese Weise kann auch die Verwendung einer Wechselstrom liefernden Energiequelle ermöglicht werden. Der Gleichrichter kann das Batterieladesystem auch vor einer Verpolung am Eingangsanschluss schützen. In diesem Zusammenhang kann auch ein Schaltelement zur Strom- und/oder Spannungsglättung vorgesehen sein.Furthermore, it can be provided that the input terminal comprises a rectifier. In this way, the use of an AC supplying energy source can be made possible. The rectifier can also protect the battery charging system from reverse polarity at the input terminal. In this context, a switching element for current and / or voltage smoothing can be provided.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Restladespeicher einen Kondensator und/oder einen Superkondensator und/oder einen Akkumulator umfasst. Kondensator, Superkondensator und/oder Akkumulator stellen jeweils geeignete Speichersysteme dar, mit deren Hilfe elektrische Energie innerhalb des Batterieladesystems nahezu verlustfrei zwischengespeichert werden kann. Die Verwendung mehrerer gleicher oder unterschiedlicher Speicher zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie innerhalb des Batterieladesystems kann vorgesehen sein. Es kann eine Wählvorrichtung vorgesehen sein, durch die die Speicherkapazität des Restladespeichers an die Speicherkapazität der aufzuladenden Batterie angepasst werden kann. Beispielsweise können Teile des Restladespeichers manuell zu- und/oder weggeschaltet werden.It can also be provided that the residual charge storage comprises a capacitor and / or a supercapacitor and / or an accumulator. Capacitor, supercapacitor and / or accumulator are each suitable storage systems, with the help of which electrical energy can be cached within the battery charging system almost lossless. The use of a plurality of identical or different memories for temporary storage of electrical energy within the battery charging system may be provided. There may be provided a selection device by which the storage capacity of the residual charge memory can be adapted to the storage capacity of the battery to be charged. For example, parts of the residual charge memory can be manually switched on and / or switched off.

Das gattungsgemäße Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch weiterentwickelt dass während einer späteren Ladephase, die zeitlich nach der anfänglichen Ladephase liegt, die Ladeelektronik die Batterie mit Energie aus dem Restladespeicher volllädt, wobei die anschließbare Energiequelle keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers und der anschließbaren Batterie bereitstellt.The generic method is further developed according to the invention that during a later charging phase, which is temporally after the initial charging phase, the charging electronics fully charged the battery with energy from the residual charge, the connectable power source provides no additional electrical power for charging the residual charge memory and the connectable battery.

Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass die Ladeelektronik den Restladespeicher mit Energie aus der Energiequelle zumindest teillädt bevor die Batterie geladen wird.Usefully, it may be provided that the charging electronics at least partially cool the residual charge storage with energy from the energy source before the battery is charged.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Ladeelektronik zur Kopplung oder Trennung von Eingangsanschluss und Restladespeicher ein erstes Schaltelement ansteuert und weiterhin zur Kopplung oder Trennung von Restladespeicher und Ausgangsanschluss ein zweites Schaltelement ansteuert.Advantageously, it can be provided that the charging electronics for coupling or separation of input terminal and residual charge memory drives a first switching element and further controls for coupling or separation of residual charge storage and output terminal, a second switching element.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to a preferred embodiment.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Batterieladesystems; und 1 a schematic representation of a battery charging system; and

2 ein Flussdiagramm eines Batterieladeverfahrens. 2 a flow chart of a battery charging process.

In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.In the following drawings, like reference characters designate like or similar parts.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batterieladesystems. Das in 1 dargestellte Batterieladesystem 10 umfasst einen Ausgangsanschluss 12 und einen Eingangsanschluss 16. In 1 dargestellt sind neben dem eigentlichen Batterieladesystem 10 im engsten Sinne auch eine zu ladende Batterie 14, die an den Ausgangsanschluss 12 angeschlossen ist, und eine Energiequelle 18, die an den Eingangsanschluss 16 angeschlossen ist. Im weiteren Sinne könnte zu dem Batterieladesystem 10 auch immer die Energiequelle 18 hinzugezählt werden. Die zwischen dem Ausgangsanschluss 12 und der zu ladenden Batterie 14 dargestellte Verbindung symbolisiert eine oder mehrere elektrische Leitungen, über die die elektrische Energie von dem Batterieladesystem 10 an die zu ladende Batterie 14 übertragen wird. In gleicher Weise symbolisiert die dargestellte Verbindung zwischen der Energiequelle 18 und dem Eingangsanschluss 16 eine oder mehrere elektrische Verbindungen zwischen der Energiequelle 18 und dem Batterieladesystem 10, über die die elektrische Energie, die insbesondere zum Aufladen der Batterie 14 verwendet wird, zunächst an das Batterieladesystem 10 übertragen wird. Der Eingangsanschluss 16 kann einen Gleichrichter 28 umfassen, der insbesondere das Batterieladesystem 10 vor einem fehlerhaften Anschluss der Energiequelle 18 schützt. Weiterhin kann der Gleichrichter 28 das Anschließen einer Wechselstrom liefernden Energiequelle 18 an das Batterieladesystem 10 erlauben. Neben dem Gleichrichter 28 kann der Eingangsanschluss 16 auch in nicht dargestellter Weise Schaltelemente umfassen, die eine Strom- und/oder Spannungsglättung erlauben. 1 shows a schematic representation of a battery charging system. This in 1 illustrated battery charging system 10 includes an output port 12 and an input terminal 16 , In 1 are shown next to the actual battery charging system 10 in the narrowest sense, a battery to be charged 14 connected to the output terminal 12 connected, and an energy source 18 connected to the input port 16 connected. In a broader sense, the battery charging system could 10 always the source of energy 18 be added. The between the output terminal 12 and the battery to be charged 14 shown connection symbolizes one or more electrical lines through which the electrical energy from the battery charging system 10 to the battery to be charged 14 is transmitted. In the same way, the illustrated connection symbolizes between the energy source 18 and the input terminal 16 one or more electrical connections between the power source 18 and the battery charging system 10 over which the electrical energy, in particular for charging the battery 14 is used, first to the battery charging system 10 is transmitted. The input connection 16 can be a rectifier 28 comprising, in particular, the battery charging system 10 before a faulty connection of the power source 18 protects. Furthermore, the rectifier 28 the connection of an AC supplying energy source 18 to the battery charging system 10 allow. Next to the rectifier 28 can the input terminal 16 Also include in a manner not shown switching elements that allow a power and / or voltage smoothing.

Das Batterieladesystem 10 umfasst weiterhin eine Ladeelektronik 20 und einen Restladespeicher 22. Die Ladeelektronik 20 kann beispielsweise von der an dem Eingangsanschluss 16 angeschlossenen Energiequelle mit Betriebsstrom versorgt sein. Die Ladeelektronik 20 kann über eine Steuerleitung 36 ein erstes Schaltelement 24 und/oder ein zweites Schaltelement 26 ansteuern, das heißt insbesondere öffnen und/oder schließen. Auf diese Weise kann, je nach Bedarf, eine Verbindung beziehungsweise eine Trennung zwischen dem Eingangsanschluss 16, dem Ausgangsanschluss 12 und dem Restladespeicher 22 durch die Ladeelektronik 20 hergestellt werden. Somit kann die von der Energiequelle 18 zum Laden der Batterie 14 bereitgestellte elektrische Leistung zwischen dem Restladespeicher 22 und der Batterie 14 verteilt werden, um die durch das Batterieladesystem 10 der Energiequelle 18 entnommene Leistung während des Ladevorgangs der Batterie 14 möglichst konstant zu halten. Weiterhin kann auch eine Entkopplung zwischen der Energiequelle 18 und der Batterie 14 realisiert werden, wenn das erste Schaltelement 24 geöffnet und das zweite Schaltelement 26 geschlossen ist. Das erste Schaltelement 24 und/oder das zweite Schaltelement 26 können in an sich dem Fachmann bekannter Weise für unterschiedliche Leistungsbereiche hinsichtlich des Ladestroms und der Ladespannung ausgeführt sein.The battery charging system 10 further includes a charging electronics 20 and a residual load memory 22 , The charging electronics 20 for example, from the at the input port 16 connected power source to be supplied with operating current. The charging electronics 20 can via a control line 36 a first switching element 24 and / or a second switching element 26 to control, ie in particular open and / or close. In this way, as needed, a connection or a separation between the input terminal 16 , the output terminal 12 and the residual store 22 through the charging electronics 20 getting produced. Thus, that of the energy source 18 to charge the battery 14 Provided electric power between the residual charge storage 22 and the battery 14 distributed by the battery charging system 10 the source of energy 18 removed power during charging of the battery 14 keep as constant as possible. Furthermore, a decoupling between the energy source 18 and the battery 14 be realized when the first switching element 24 opened and the second switching element 26 closed is. The first switching element 24 and / or the second switching element 26 can be carried out in a manner known to those skilled in the art for different power ranges with respect to the charging current and the charging voltage.

Die Ladeelektronik 20 kann am Beginn des Ladevorgangs der Batterie 14 das erste Schaltelement 24 schließen während das zweite Schaltelement 26 geöffnet ist. Auf diese Weise wird zunächst nur der Restladespeicher 22 durch die Energiequelle 18 geladen. Dies begrenzt zugleich den maximalen Ladestrom, den die Energiequelle 18 am Beginn des Ladevorgangs bereitstellen muss und der deutlich größer wäre, wenn am Anfang des Ladevorgangs gleichzeitig der Restladespeicher 22 und die Batterie 14 geladen werden. Wenn der Restladespeicher 22 zumindest teilgeladen ist, kann die Steuerelektronik 20 das zweite Schaltelement 26 schließen, so dass ab diesem Zeitpunkt auch die Batterie 14 durch die Energiequelle 18 geladen wird. Durch das Schließen des zweiten Schaltelementes 26 bleibt der durch die Energiequelle 18 bereitzustellende Ladestrom annähernd konstant, obwohl der zum weiteren Laden des Restladespeichers 22 benötigte Ladestrom nach dem Teilladen langsam abfällt.The charging electronics 20 can at the beginning of charging the battery 14 the first switching element 24 close while the second switching element 26 is open. In this way, initially only the residual charge memory 22 through the energy source 18 loaded. At the same time this limits the maximum charging current that the energy source 18 must provide at the beginning of the charging process and would be significantly larger if at the beginning of the charging process at the same time the remaining memory 22 and the battery 14 getting charged. When the residual store 22 at least partially loaded, the control electronics 20 the second switching element 26 Close, so that from this point on the battery 14 through the energy source 18 is loaded. By closing the second switching element 26 stays by the energy source 18 charging current to be provided approximately constant, although the further charging of the residual charge memory 22 required charging current slowly drops after the part load.

Wenn auch die Batterie 14 zumindest teilgeladen ist, kann die Steuerelektronik 20 das erste Schaltelement 24 öffnen, so dass der Energiequelle 18 keine weitere Leistung zum Laden der Batterie 14 entnommen wird. Die zum Betrieb der Ladeelektronik 20 benötigte elektrische Energie kann beispielsweise dem Restladespeicher 22 entnommen werden. Auf diese Weise kann die Energiequelle 18, während sie elektrische Leistung zum Laden der Batterie 14 bereitstellt, in ihrem optimalen Betriebspunkt oder zumindest nahe ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten. Während die Batterie 14 aus dem Restladespeicher 22 vollgeladen wird, muss die Energiequelle 18 keine Leistung bereitstellen und kann beispielsweise deaktiviert werden.Although the battery 14 at least partially loaded, the control electronics 20 the first switching element 24 open, leaving the energy source 18 no further power to charge the battery 14 is removed. The operation of the charging electronics 20 required electrical energy, for example, the residual charge storage 22 be removed. In this way, the energy source 18 while providing electrical power to charge the battery 14 to operate at its optimum operating point or at least near its optimum operating point. While the battery 14 from the residual store 22 is fully charged, the energy source 18 do not provide performance and can be disabled, for example.

Die Ladeelektronik 20 kann intern eine elektronische Schaltung aufweisen, die es ihr ermöglicht ihre eigene Betriebsenergie wahlweise direkt von der angeschlossenen Energiequelle 18 oder über den Restladespeicher 22 zu beziehen.The charging electronics 20 can internally have an electronic circuit that allows her own operating power either directly from the connected power source 18 or via the residual store 22 to acquire.

Wenn die Energiequelle 18 keine weitere elektrische Leistung zum Laden der Batterie 14 mehr bereitstellt, da das erste Schaltelement 24 in seinem geöffneten Zustand überführt worden ist, wird die Batterie 14 ausschließlich mithilfe des Restladespeichers 22 geladen. Die in dem Restladespeicher 22 zu diesem Zwecke bereits gespeicherte elektrische Energie kann in einfacher Weise durch entsprechende vorherige Berechnung/Dimensionierung des Restladespeichers 22 und der Ladephasen so bestimmt werden, dass die angeschlossene Batterie 14 vollständig geladen ist, wenn der Restladespeicher 22 nahezu entladen ist. Die am Ende des Ladevorgangs der Batterie 14 auftretenden sehr geringen Ladeströme sind hinsichtlich der Effizienz auf diese Weise nicht relevant. Der Restladespeicher 22 kann einen oder mehrere Kondensatoren 30 gleicher oder unterschiedlicher Kapazität und/oder einen oder mehrere Superkondensatoren 32 gleicher oder unterschiedlicher Kapazität und/oder einen oder mehrere Akkumulatoren 34 gleicher oder unterschiedlicher Kapazität umfassen. Es kann vorgesehen sein Teile, des Restladespeichers 22 zu deaktivieren/aktivieren, um die Anpassung der Kapazität des Restladespeichers 22 zu realisierenWhen the energy source 18 no additional electrical power to charge the battery 14 provides more, since the first switching element 24 in its opened state, the battery becomes 14 exclusively with the help of the residual charge memory 22 loaded. The in the residual store 22 For this purpose, already stored electrical energy can be easily by appropriate previous calculation / dimensioning of the residual charge memory 22 and the charging phases are determined so that the connected battery 14 is fully charged when the residual charge memory 22 is almost discharged. The at the end of charging the battery 14 occurring very low charging currents are not relevant in terms of efficiency in this way. The residual store 22 can have one or more capacitors 30 same or different capacity and / or one or more supercapacitors 32 same or different capacity and / or one or more accumulators 34 same or different capacity. It can be provided parts of the residual charge memory 22 to disable / enable to adjust the capacity of the remaining load memory 22 to realize

In einer in 1 nicht dargestellten Ausführungsform kann auch die Reihenfolge der Teilladung von Restladespeicher und Batterie vertauscht werden. Zu diesem Zweck kann ein drittes Schaltelement vorgesehen sein, das den Eingangsanschluss 16 unter Umgehung des Restladespeichers 22 mit dem Ausgangsanschluss 12 koppeln kann. Das dritte Schaltelement kann durch die Ladeelektronik 20 steuerbar sein.In an in 1 not shown embodiment, the order of the partial charge of residual charge storage and battery can be reversed. For this purpose, a third switching element may be provided, which is the input terminal 16 bypassing the residual store 22 with the output connector 12 can couple. The third switching element can by the charging electronics 20 be controllable.

Das in Zusammenhang mit 1 beschriebene Batterieladesystem ist zur Ausführung des im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Verfahrens geeignet.That in connection with 1 described battery charging system is to perform in connection with 2 described method suitable.

2 zeigt ein Flussdiagramm eines Batterieladeverfahrens. Das in 2 dargestellte Verfahren 100 kann in Schritt 110 mit dem Anschließen der Batterie und der Energiequelle beginnen. Falls die Energiequelle als Teil des Batterieladesystems angesehen wird, muss nur die Batterie angeschlossen werden. Anschließend wird gemäß Schritt 120 der Restladespeicher und/oder die Batterie aus der Energiequelle geladen. Beispielsweise kann während der ersten Ladephase nur der Restladespeicher durch die Energiequelle geladen werden. Während der zweiten Ladephase kann beispielsweise nur die Batterie durch die Energiequelle geladen werden. Die erste Ladephase kann beispielsweise enden, wenn der Restladespeicher zumindest teilgeladen ist. Die zweite Ladephase kann beispielsweise beginnen, wenn der Restladespeicher zumindest teilgeladen ist und sie kann enden, wenn auch die Batterie zumindest teilgeladen ist. Die dritte Ladephase kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sowohl die Batterie als auch der Restladespeicher gleichzeitig durch die Energiequelle geladen werden. Die vierte Ladephase kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Energiequelle keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers und der Batterie bereitstellt, und dass die Batterie durch den Restladespeicher fertig geladen beziehungsweise vollgeladen wird. In Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie und/oder des Restladespeichers am Beginn eines bestimmten Ladezyklusses können einzelne Ladephasen verkürzt oder verlängert werden beziehungsweise auch vollständig entfallen. Möglich ist auch, dass die erste Ladephase und die zweite Ladephase vertauscht werden. Das Vollladen der Batterie aus dem Restladespeicher gemäß der vierten Ladephase entspricht bei dem in 2 dargestellten Verfahren 100 Schritt 130. 2 shows a flowchart of a battery charging process. This in 2 illustrated method 100 can in step 110 Start by connecting the battery and the power source. If the power source is considered part of the battery charging system, only the battery needs to be connected. Then, according to step 120 the remaining charge storage and / or the battery is charged from the power source. For example, during the first charging phase, only the residual charge storage can be charged by the energy source. During the second charging phase, for example, only the battery can be charged by the power source. The first charging phase may end, for example, when the residual charge storage is at least partially charged. The second charging phase may begin, for example, when the residual charge storage is at least partially charged and may end when the battery is at least partially charged. The third charging phase may be characterized in that both the battery and the remaining charge storage are simultaneously charged by the power source. The fourth charging phase can be characterized in that the energy source provides no further electrical power for charging the residual charge storage and the battery, and that the battery is fully charged or fully charged by the remaining charge storage. Depending on the state of charge of the battery and / or the residual charge storage at the beginning of a specific charging cycle, individual charging phases can be shortened or extended or even completely eliminated. It is also possible that the first charging phase and the second charging phase are reversed. The full charge of the battery from the residual charge storage according to the fourth charging phase corresponds to the in 2 illustrated method 100 step 130 ,

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
BatterieladesystemBattery charging system
1212
Ausgangsanschlussoutput port
1414
Batteriebattery
1616
Eingangsanschlussinput port
1818
Energiequelleenergy
2020
Ladeelektronikcharging electronics
2222
RestladespeicherResidual load memory
2424
erstes Schaltelementfirst switching element
2626
zweites Schaltelementsecond switching element
2828
Gleichrichterrectifier
3030
Kondensatorcapacitor
3232
Superkondensatorsupercapacitor
3434
Akkumulatoraccumulator
3636
Steuerleitungcontrol line
100100
Verfahrenmethod
110110
Batterie und Energiequelle anschließenConnect battery and power source
120120
Restladespeicher und/oder Batterie aus Energiequelle ladenLoad residual storage and / or battery from energy source
130130
Batterie aus Restladespeicher vollladenCharge battery from remaining charge storage

Claims (8)

Batterieladesystem (10) mit einem Ausgangsanschluss (12) an den eine zu ladende Batterie (14) anschließbar ist und einem Eingangsanschluss (16) an den eine Energiequelle (18) anschließbar ist, wobei das Batterieladesystem (10) eine Ladeelektronik (20) zur Steuerung eines Ladevorgangs umfasst, – wobei das Batterieladesystem (10) weiterhin einen Restladespeicher (22) umfasst, und – wobei die Ladeelektronik (20) dazu eingerichtet ist, während einer anfänglichen Ladephase den Restladespeicher (22) und die anschließbare Batterie mit Energie aus der anschließbaren Energiequelle (18) zu laden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ladeelektronik (20) dazu eingerichtet ist, während einer späteren Ladephase, die zeitlich nach der anfänglichen Ladephase liegt, die anschließbare Batterie (14) mit Energie aus dem Restladespeicher (22) vollzuladen, wobei die anschließbare Energiequelle (18) keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers (22) und der anschließbaren Batterie (14) bereitstellt.Battery charging system ( 10 ) with an output terminal ( 12 ) to the one battery to be charged ( 14 ) and an input terminal ( 16 ) to the one energy source ( 18 ), wherein the battery charging system ( 10 ) a charging electronics ( 20 ) for controlling a charging process, - wherein the battery charging system ( 10 ) further a residual charge memory ( 22 ), and - wherein the charging electronics ( 20 ) is set up to store the residual store during an initial loading phase ( 22 ) and the connectable battery with energy from the connectable power source ( 18 ), characterized in that - the charging electronics ( 20 ) is adapted, during a later loading phase, which is after the initial loading phase, the connectable battery ( 14 ) with energy from the residual store ( 22 ), the connectable energy source ( 18 ) no further electrical power for charging the residual charge memory ( 22 ) and the connectable battery ( 14 ). Batterieladesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik (20) dazu eingerichtet ist, den Restladespeicher (22) mit Energie aus der anschließbaren Energiequelle (18) zumindest teilzuladen bevor die anschließbare Batterie (14) geladen wird.Battery charging system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the charging electronics ( 20 ) is set up to store the residual store ( 22 ) with energy from the connectable energy source ( 18 ) at least partially before the connectable battery ( 14 ) is loaded. Batterieladesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Schaltelement (24) zur Kopplung des Eingangsanschlusses (16) mit dem Restladespeicher (22) und ein zweites Schaltelement (26) zur Kopplung des Restladespeichers (22) mit dem Ausgangsanschluss (12) vorgesehen sind, wobei das erste Schaltelement (24) und das zweite Schaltelement (26) von der Ladeelektronik (20) ansteuerbar sind.Battery charging system ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a first switching element ( 24 ) for coupling the input terminal ( 16 ) with the residual store ( 22 ) and a second switching element ( 26 ) for coupling the residual charge memory ( 22 ) with the output terminal ( 12 ) are provided, wherein the first switching element ( 24 ) and the second switching element ( 26 ) from the charging electronics ( 20 ) are controllable. Batterieladesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss (16) einen Gleichrichter (28) umfasst.Battery charging system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the input terminal ( 16 ) a rectifier ( 28 ). Batterieladesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Restladespeicher (22) einen Kondensator (30) und/oder einen Superkondensator (32) und/oder einen Akkumulator (34) umfasst.Battery charging system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the residual store ( 22 ) a capacitor ( 30 ) and / or a supercapacitor ( 32 ) and / or an accumulator ( 34 ). Verfahren (100) zum Laden einer an einem Ausgangsanschluss (12) eines Batterieladesystems (10) anschließbaren Batterie (14), – wobei an einen Eingangsanschluss (16) des Batterieladesystems (10) eine Energiequelle (18) angeschlossen wird und an den Ausgangsanschluss (12) die Batterie (14) angeschlossen wird, – wobei die Ladeelektronik (20) während einer anfänglichen Ladephase einen Restladespeicher (22) des Batterieladesystems (10) und die Batterie (14) mit Energie aus der Energiequelle (18) lädt, dadurch gekennzeichnet, – dass während einer späteren Ladephase, die zeitlich nach der anfänglichen Ladephase liegt, die Ladeelektronik (20) die Batterie (14) mit Energie aus dem Restladespeicher (22) volllädt, wobei die anschließbare Energiequelle (18) keine weitere elektrische Leistung zum Laden des Restladespeichers (22) und der anschließbaren Batterie (14) bereitstellt.Procedure ( 100 ) for charging one at an output terminal ( 12 ) of a battery charging system ( 10 ) connectable battery ( 14 ), - where at an input terminal ( 16 ) of the battery charging system ( 10 ) an energy source ( 18 ) and to the output port ( 12 ) the battery ( 14 ), the charging electronics ( 20 ) during a initial loading phase a residual load memory ( 22 ) of the battery charging system ( 10 ) and the battery ( 14 ) with energy from the energy source ( 18 ), characterized in that - during a later charging phase which is later than the initial charging phase, the charging electronics ( 20 ) the battery ( 14 ) with energy from the residual store ( 22 ), whereby the connectable energy source ( 18 ) no further electrical power for charging the residual charge memory ( 22 ) and the connectable battery ( 14 ). Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik (20) den Restladespeicher (22) mit Energie aus der Energiequelle (18) zumindest teillädt bevor die Batterie (14) geladen wird.Procedure ( 100 ) according to claim 6, characterized in that the charging electronics ( 20 ) the residual store ( 22 ) with energy from the energy source ( 18 ) at least partially before the battery ( 14 ) is loaded. Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik (20) zur Kopplung oder Trennung von Eingangsanschluss (16) und Restladespeicher (22) ein erstes Schaltelement (24) ansteuert und weiterhin zur Kopplung oder Trennung von Restladespeicher (22) und Ausgangsanschluss (12) ein zweites Schaltelement (26) ansteuert.Procedure ( 100 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the charging electronics ( 20 ) for coupling or disconnecting input terminal ( 16 ) and residual store ( 22 ) a first switching element ( 24 ) and continues to couple or separate residual storage ( 22 ) and output terminal ( 12 ) a second switching element ( 26 ).
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