DE102013206840A1 - Charger and method for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Ladegerät zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb. Das Ladegerät umfasst ein Messgerät zur Überwachung einer Netzspannung (5) und/oder einer Netzfrequenz eines Stromnetzes, welches die elektrische Energie zum Aufladen der Batterie bereitstellt, und einen Laderegler zur Regelung einer Aufnahme einer elektrischen Leistung der Batterie beim Aufladen. Beim Aufladen der Batterie wird die Aufnahme der elektrischen Leistung der Batterie in vorgegebener Abhängigkeit von der Netzspannung (5) und/oder in Abhängigkeit von der Netzfrequenz des Stromnetzes geregelt.The invention relates to a method and a charger for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive. The charger comprises a measuring device for monitoring a mains voltage (5) and / or a mains frequency of a power network, which provides the electrical energy for charging the battery, and a charge controller for regulating a consumption of an electrical power of the battery when charging. When the battery is being charged, the absorption of the electrical power of the battery is regulated in a predetermined dependence on the mains voltage (5) and / or in dependence on the mains frequency of the mains.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Ladegerät zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb The invention relates to a method and a charger for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive

Es sind verschiedene Verfahren zum Aufladen von unterschiedlichen galvanischen Zellen bekannt geworden, sowie geeignete Ladegeräte zum Ausführen der Ladeverfahren. Beim Konstantstrom-Ladeverfahren werden wiederaufladbare Batterien mit einem konstantem Strom aufgeladen. Beim Konstantspannungs-Ladeverfahren wird hingegen die Ladespannung über die Zeit der Aufladung konstant gehalten. Mischformen kombinieren beide Ladeverfahren, so dass beispielsweise während einer ersten Ladephase die Batterie mit einem konstanten, durch das Ladegerät begrenzten Strom geladen wird. So wird ein gegebenenfalls sehr hoher Ladestrom zu Beginn der Aufladung begrenzt. Während einer zweiten Ladephase wird die Batterie mit konstanter Spannung geladen. Der Ladestrom sinkt wegen der kleiner werdenden Spannungsdifferenz zwischen der Batterie und dem Ladegerät aufgrund des zunehmenden Ladezustands der Batterie selbstständig ab. Die zweite Ladephase startet bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts der Ladespannung. Die elektrische Energie zum Aufladen der Batterien wird vom Stromnetz bereitgestellt. An dieses sind die Ladegeräte angeschlossen. Zur Umwandlung der Netzspannung des Stromnetzes in die Ladespannung weisen die Ladegeräte Transformatoren und gegebenenfalls Gleichrichter auf. Sind Laderegler in den Ladegeräten vorgesehen, erfassen diese den Ladestrom und die Ladespannung der Batterie und regeln diese entsprechend dem gewählten Ladeverfahren. Various methods for charging different galvanic cells have become known, as well as suitable chargers for carrying out the charging methods. In the constant current charging method, rechargeable batteries are charged with a constant current. In the constant voltage charging method, on the other hand, the charging voltage is kept constant over the charging time. Mixed forms combine both charging methods, so that, for example, during a first charging phase, the battery is charged with a constant current limited by the charger. This limits an optionally very high charging current at the beginning of charging. During a second charging phase, the battery is charged with a constant voltage. Due to the decreasing voltage difference between the battery and the charger, the charging current drops automatically due to the increasing state of charge of the battery. The second charging phase starts upon reaching a predetermined limit value of the charging voltage. The electrical energy for charging the batteries is provided by the mains. At this the chargers are connected. To convert the mains voltage of the mains into the charging voltage, the chargers have transformers and optionally rectifiers. If charge controllers are provided in the chargers, these record the charging current and the charging voltage of the battery and regulate them according to the selected charging method.

Oberleitungsbusse werden mit ausreichend Energie zum Antrieb der Oberleitungsbusse aus einem Oberleitungsnetz versorgt. Daneben sind Elektrobusse mit wiederaufladbaren Batterien bekannt geworden, deren Batterien lediglich über Nacht vollständig aufgeladen werden. Diese Elektrobusse verfügen, bedingt durch die begrenzte Nennkapazität, also die maximal verfügbare Ladungsmenge der Batterien, jedoch nur über eine geringe Reichweite. Um die Reichweite zu erhöhen, werden manche Elektrobusse, z.B. die Elektrobusse Type ALE EL der Stadt Wien von den Herstellern Rampini und Siemens AG, an Haltestellen geladen. Diese Schnellladungen erfordern ein zum üblichen Stromnetz separates Ladenetz mit Unterwerken, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Grund ist eine nicht ausreichende Leistungsfähigkeit des Niederspannungsnetzes, die dazu führt, dass die üblicherweise bei den Schnellladevorgängen auftretenden hohen Ströme das Netz überlasten. Trolleybuses are supplied with sufficient energy to drive the trolleybuses from a trolleybus network. In addition, electric buses have become known with rechargeable batteries whose batteries are only fully charged overnight. However, due to the limited nominal capacity, ie the maximum available charge of the batteries, these electric buses only have a short range. To increase the range, some electric buses, e.g. the electric buses type ALE EL of the city of Vienna from the manufacturers Rampini and Siemens AG, loaded at stops. These fast loads require a separate power grid with substations to the usual power network, which is associated with considerable costs. The reason is insufficient performance of the low-voltage network, which means that the high currents that usually occur during fast charging processes overload the network.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig zu betreibendes, elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit erweiterbarer Reichweite vorzuschlagen. The invention has for its object to provide an inexpensive to operate, electrically powered vehicle with expandable range.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder. The object is achieved by the subject matters of independent claims 1 and 8. Further developments and refinements of the invention can be found in the features of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb, insbesondere eines Elektrobusses, insbesondere des Personenverkehrs, umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • – Überwachen einer Netzspannung und/oder einer Netzfrequenz eines Stromnetzes zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Aufladen der Batterie;
  • – Regeln einer Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit von der Netzspannung und/oder in Abhängigkeit von der Netzfrequenz des Stromnetzes.
An inventive method for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive, in particular an electric bus, in particular passenger transport, comprises the following method steps:
  • - monitoring a mains voltage and / or a mains frequency of a power network for providing electrical energy for charging the battery;
  • - Regulating a power consumption of the battery when charging depending on the mains voltage and / or depending on the mains frequency of the mains.

Das Überwachen der Netzspannung erfolgt insbesondere durch das Erfassen der Werte der Netzspannung. Die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen der Batterie wird in Abhängigkeit von der Höhe der erfassten Werte der Netzspannung geregelt und/oder sie wird in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der erfassten Werte der Netzspannung über einen vorgegebenen Zeitraum geregelt. Bei einem Stromnetz mit Wechselspannung kann gegebenenfalls auch die Frequenz der Netzspannung gemessen und überwacht werden. Das Überwachen der Netzfrequenz erfolgt dann analog insbesondere durch das Erfassen der Werte der Netzfrequenz. Die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen der Batterie wird in Abhängigkeit von der Höhe der erfassten Werte der Netzfrequenz geregelt und/oder sie wird in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der erfassten Werte der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Zeitraum geregelt. The monitoring of the mains voltage is carried out in particular by detecting the values of the mains voltage. The power consumption of the battery when charging the battery is regulated as a function of the level of the detected values of the mains voltage and / or it is regulated as a function of the time profile of the detected values of the mains voltage over a predetermined period. In the case of a power supply system with alternating voltage, the frequency of the mains voltage may also be measured and monitored if necessary. The monitoring of the network frequency then takes place analogously, in particular by detecting the values of the network frequency. The power consumption of the battery when charging the battery is regulated as a function of the level of the detected values of the network frequency and / or it is regulated as a function of the time course of the detected values of the mains frequency over a predetermined period.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Ladegeräts ausgeführt. Zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein erfindungsgemäßes Ladegerät zumindest ein Messgerät zur Überwachung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz des Stromnetzes und zumindest einen Laderegler zur Regelung der Aufnahme der elektrischen Leistung der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit von der Netzspannung und/oder von der Netzfrequenz des Stromnetzes. Der elektrische Antrieb des Fahrzeugs, beispielsweise ein Bus oder ein Schienenfahrzeug, umfasst seinerseits neben der zumindest einen wiederaufladbaren Batterie zumindest einen Elektromotor, insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs. The inventive method is carried out in particular by means of a charger according to the invention. To carry out the method according to the invention, a charger according to the invention comprises at least one measuring device for monitoring the mains voltage and / or the mains frequency of the power network and at least one charge controller for regulating the recording of the electrical power of the battery during charging as a function of the mains voltage and / or of the mains frequency of the battery power grid. The electric drive of the vehicle, for example a bus or a rail vehicle, in turn, in addition to the at least one rechargeable battery at least one electric motor, in particular for driving the vehicle.

Das Stromnetz stellt die elektrische Energie zum Laden der wiederaufladbaren Batterie des Fahrzeugs bereit. Es ist beispielsweise ein örtliches oder städtisches Niederspannungsnetz. Das Stromnetz kann auch als Versorgungsnetzes bezeichnet werden. Üblicherweise wird vom Betreiber des Stromnetzes, welcher auch gelegentlich als Versorger bezeichnet wird, die Netzspannung oder die Netzfrequenz konstant gehalten. In Deutschland wird herkömmlicherweise die Netzfrequenz konstant gehalten und die vom Betreiber des Stromnetzes angegebene Netznennspannung eines Niederspannungsnetzes beträgt 400 V/230 V. Niederspannungsnetze sind herkömmlicherweise an Mittelspannungsnetze gekoppelt, welche ihrerseits mit Hoch- oder Höchstspannungsnetzen verbunden sind. The power grid provides the electrical energy to charge the rechargeable battery of the vehicle. It is for example a local or urban low voltage network. The power grid can also be referred to as a supply network. Usually, the mains voltage or the mains frequency is kept constant by the operator of the power grid, which is also sometimes referred to as a utility. In Germany, conventionally, the grid frequency is kept constant and specified by the operator of the grid network voltage of a low-voltage network is 400 V / 230 V. Low-voltage networks are conventionally coupled to medium voltage networks, which in turn are connected to high or very high voltage networks.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Leistungsgrenze eines Stromnetzes zu erkennen und die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen, auch Ladeleistung genannt, so zu begrenzen, dass die Leistungsgrenze des Stromnetzes gerade nicht überschritten wird, so dass eine vorgegebene Netzminimalspannung und/oder eine vorgegebene Netzminimalfrequenz nicht unterschritten wird. Gleichzeitig kann sie mit der maximal noch verfügbaren Leistung aufgeladen werden, welche das Stromnetz momentan bereitstellen kann. The invention makes it possible to detect the power limit of a power grid and to limit the power consumption of the battery when charging, also called charging power, so that the power limit of the power grid is not exceeded, so that a predetermined minimum network voltage and / or a predetermined network minimum frequency not fallen below. At the same time, it can be recharged with the maximum power still available, which the power grid can currently provide.

Beispielsweise wird die Batterie zu Beginn der Aufladung mit einem vorgegebenen maximalen Ladestrom bei einer im Wesentlichen konstanten Ladespannung aufgeladen. Die Ladespannung ist dabei beispielsweise durch die Netzspannung des Stromnetzes und/oder durch eine maximale oder maximal zulässige Ladespannung der Batterie vorgegeben. Ist die Ladeleistung deutlich kleiner als die maximal noch verfügbare Leistung, welche das Stromnetz momentan bereitstellt, so bleibt die Netzspannung und/oder die Netzfrequenz des Stromnetzes im Wesentlichen konstant und die Batterie wird weiter mit dem maximalen Ladestrom aufgeladen. Sinkt jedoch die Netzspannung, insbesondere unter einen ersten Grenzwert und/oder mit einer vorgegebenen Charakteristik, also mit einem vorgegebenen Verlauf der Werte der Höhe der Netzspannung über einen vorgegebenen Zeitraum, wird dies als ein Anzeichen eines bevorstehenden Netzzusammenbruchs gewertet und die Ladeleistung wird umgehend gedrosselt. Analog wird eine Änderung der Netzfrequenz, insbesondere ein Absinken der Netzfrequenz unter einen ersten Grenzwert und/oder eine Änderung mit einer vorgegebenen Charakteristik, also mit einem vorgegebenen Verlauf der Werte der Höhe der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Zeitraum, als ein Anzeichen eines bevorstehenden Netzzusammenbruchs gewertet und die Ladeleistung wird umgehend gedrosselt. For example, the battery is charged at the beginning of the charging with a predetermined maximum charging current at a substantially constant charging voltage. The charging voltage is predetermined for example by the mains voltage of the power grid and / or by a maximum or maximum allowable charging voltage of the battery. If the charging power is significantly smaller than the maximum available power that the power grid currently provides, the mains voltage and / or the grid frequency of the power grid remains substantially constant and the battery is charged further with the maximum charging current. However, if the mains voltage drops, in particular below a first limit value and / or with a predetermined characteristic, that is to say with a predefined course of the values of the level of the mains voltage over a predetermined period of time, this is regarded as an indication of an impending network breakdown and the charging power is immediately throttled. Analogously, a change in the network frequency, in particular a drop in the network frequency below a first limit value and / or a change with a predetermined characteristic, ie with a predetermined course of the values of the height of the network frequency over a predetermined period of time, as a sign of impending network collapse and evaluated the charging power is throttled immediately.

Wie erwähnt, wird beispielsweise der Ladestrom bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen ersten Grenzwerts der Netzspannung und/oder bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen ersten Grenzwerts der Netzfrequenz soweit gedrosselt wird, bis die Netzspannung und/oder die Netzfrequenz über den jeweils vorgegebenen ersten Grenzwert der Netzspannung bzw. der Netzfrequenz gestiegen sind. Der Ladestrom wird dabei, insbesondere diskret über mehrere Stufen, höchstens bis zu einem vorgegebenen minimalen Ladestrom abgesenkt – dieser kann auch Null sein. Zunächst wird also ein Spannungsabfall der Netzspannung und/oder eine Änderung der Netzfrequenz herbeigeführt, bis die Leistungsgrenze des Netzes erreicht scheint, und darauf umgehend reagiert indem der Ladestrom herunter geregelt wird. Das Niveau des gedrosselten Ladestroms kann anschließend solange konstant gehalten werden, bis er aufgrund des zunehmenden Ladezustands der Batterie selbstständig absinkt, oder der Ladestrom wird, beispielsweise zyklisch oder kontinuierlich in vorgegebenen zeitlichen Abständen, erhöht, bis er den Wert des vorgegebenen maximalen Ladestroms erreicht oder bis die Netzspannung erneut unter den ersten Grenzwert sinkt und/oder bis die Netzfrequenz erneut den ersten Grenzwert schneidet. As mentioned, for example, the charging current is throttled as far as falls below a predetermined first limit of the mains voltage and / or falls below a predetermined first limit of the grid frequency until the mains voltage and / or the grid frequency above the respective predetermined first limit of the mains voltage or the network frequency has risen. The charging current is lowered, in particular discretely over several stages, at most up to a predetermined minimum charging current - this can also be zero. First, therefore, a voltage drop of the mains voltage and / or a change in the grid frequency is brought about until the power limit of the network seems reached, and reacted immediately by the charging current is regulated down. The level of the throttled charging current can then be kept constant until it automatically decreases due to the increasing state of charge of the battery, or the charging current is increased, for example cyclically or continuously at predetermined time intervals, until it reaches the value of the predetermined maximum charging current or until the mains voltage drops again below the first limit and / or until the grid frequency again cuts the first limit.

Alternativ wird eine Charakteristik erkannt, die auf einen Netzzusammenbruch hindeutet. Zur Erkennung der Charakteristik wird der zeitliche Verlauf der erfassten Werte der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Zeitraum ausgewertet. In Abhängigkeit der erkannten Charakteristik, also in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz über den vorgegebenen Zeitraum, wird die Leistungsaufnahme der Batterie verringert, insbesondere wird der Ladestrom bei der im Wesentlichen konstanten Ladespannung gedrosselt. Eine Charakteristik kann in einer, insbesondere vorgegebenen asymptotischen, Annäherung der Netzspannung an einen zweiten Grenzwert liegen. Die Drosselung erfolgt analog beispielsweise diskret über mehrere Stufen bis zum vorgegebenen minimalen Ladestrom. Im einfachsten Fall wird der Ladestrom vom vorgegebenen maximalen Wert auf einen weiteren, geringeren Wert gedrosselt. Die Drosselung erfolgt soweit, dass die Netzspannung über dem vorgegebenen zweiten Grenzwert liegt und diesen nicht erreicht. Erkannt wird eine Charakteristik beispielhaft wiederum am zeitlichen Verlauf der Netzspannung, z.B. nähert sich die Netzspannung nicht mehr weiter dem zweiten Grenzwert. Handelt es sich bei dem Stromnetz nicht um ein zum üblichen Stromnetz separates Ladenetz, so handelt es sich beim Aufladen der Batterie nicht um die einzige Last im Stromnetz. Die Regelung kann unter der Annahme erfolgen, dass sämtliche weitere Lasten zum Zeitpunkt der Regelung konstant sind. Alternatively, a characteristic indicative of a network crash is detected. To recognize the characteristic, the time profile of the detected values of the mains voltage and / or the mains frequency is evaluated over a predetermined period of time. Depending on the detected characteristic, ie depending on the time course of the mains voltage and / or the mains frequency over the predetermined period, the power consumption of the battery is reduced, in particular the charging current is throttled at the substantially constant charging voltage. A characteristic can lie in a, in particular given asymptotic, approximation of the mains voltage to a second limit value. The throttling is carried out analogously, for example discretely over several stages up to the predetermined minimum charging current. In the simplest case, the charging current is throttled from the predetermined maximum value to a further, lower value. The throttling takes place so far that the mains voltage is above the predetermined second limit and does not reach it. A characteristic is recognized, for example, again on the time profile of the mains voltage, e.g. The mains voltage no longer approaches the second limit. If the power grid is not a separate charging network from the usual power grid, charging the battery is not the only load in the power grid. The regulation can be made under the assumption that all other loads are constant at the time of regulation.

Der zweite Grenzwert der Netzspannung liegt dabei typischerweise unter dem ersten Grenzwert der Netzspannung. So beträgt der erste Grenzwert der Netzspannung beispielsweise 96% einer Netznennspannung. Der zweite Grenzwert der Netzspannung hingegen beträgt beispielsweise lediglich 90% der Netznennspannung. The second limit of the mains voltage is typically below the first limit of the mains voltage. For example, the first limit of the mains voltage is 96% of a rated network voltage. By contrast, the second limit value of the mains voltage, for example, is only 90% of the nominal network voltage.

Die vom Betreiber des Stromnetzes vorgegebene Nennleistung des Stromnetzes ergibt sich aus der Netznennspannung und einem Netznennstrom. Davon können die momentan anliegende Netzspannung und die maximale Momentanleistung des Stromnetzes abweichen. Die maximale Momentanleistung des Stromnetzes ist von der momentan maximal noch verfügbaren Leistung des Stromnetzes zu unterscheiden. Die momentan maximal noch verfügbare Leistung des Stromnetzes kennzeichnet die maximal abzugebende Leistung zum Aufladen der Batterie, unter Berücksichtigung weiterer Lasten und Verbraucher im Stromnetz. Da die Leistungsaufnahmen der weiteren Verbraucher unbekannt sind und Schwankungen unterliegen, können einerseits die Leistungsaufnahmen der weiteren Verbraucher zum Zeitpunkt der Regelung als konstant angenommen werden. Andererseits könnte der Betreiber des Stromnetzes die momentan maximal noch verfügbare Leistung des Stromnetzes ermitteln, beispielsweise durch Messung, insbesondere durch Messung der vom Stromnetz momentan umgesetzten Leistung, und diese dem Laderegler in vorgegebener Form mitteilen, so dass die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit von der momentan maximal noch verfügbaren Leistung des Stromnetzes geregelt wird. Zur Messung der vom Stromnetz momentan umgesetzten Leistung sind der momentane Strom und die momentane Spannung zu ermitteln. Die vom Stromnetz momentan umgesetzte Leistung ist von der maximalen Momentanleistung des Stromnetzes zu subtrahieren, um die momentan maximal noch verfügbare Leistung des Stromnetzes zu erhalten. The specified by the operator of the power grid rated power of the power grid results from the nominal network voltage and a nominal grid current. From this, the currently applied mains voltage and the maximum instantaneous power of the power supply can deviate. The maximum instantaneous power of the power grid is to be distinguished from the currently maximum available power of the power grid. The currently maximum available power of the power system indicates the maximum power to be charged for charging the battery, taking into account further loads and consumers in the power grid. Since the power consumption of the other consumers are unknown and subject to fluctuations, on the one hand the power consumption of the other consumers at the time of regulation can be assumed to be constant. On the other hand, the operator of the power network could determine the currently maximum available power of the power network, for example by measuring, in particular by measuring the power currently converted by the power grid, and inform the charge controller in a predetermined form, so that the power consumption of the battery when charging in dependence the currently maximum available power of the power grid is regulated. To measure the power currently being converted by the grid, the current and the instantaneous voltage must be determined. The power currently being converted by the power grid must be subtracted from the maximum instantaneous power of the power grid in order to obtain the currently maximum available power of the power grid.

Eine weitere Variante sieht vor, dass die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen so geregelt wird, dass sie geringer ist als vorgegebene Maximalleistung. Hierbei kann sich beispielsweise um eine mit dem Betreiber des Stromnetzes vertraglich vereinbarte Obergrenze handeln. Another variant provides that the power consumption of the battery during charging is regulated so that it is less than the predetermined maximum power. This may, for example, be a contractually agreed upper limit with the operator of the power grid.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie, insbesondere einer jeden galvanischen Zelle der wiederaufladbaren Batterie, überwacht und die Leistungsaufnahme beim Aufladen, also insbesondere der Ladestrom und/oder die Ladespannung, in Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie geregelt. According to a further embodiment of the invention, the state of charge of the rechargeable battery, in particular of each galvanic cell of the rechargeable battery is monitored and the power consumption during charging, so in particular the charging current and / or the charging voltage, regulated in dependence of the state of charge of the battery.

Ein erfindungsgemäßes Ladegerät ist geeignet zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und weist zumindest ein entsprechend geeignetes Messgerät und zumindest einen entsprechend geeigneten Laderegler auf. Das Ladegerät wird dabei entweder vom Fahrzeug mit umfasst und somit vom Fahrzeug mitgeführt oder das Ladegerät ist an einer vorgegebenen, ortsfesten Position installiert, beispielsweise an einer Haltestelle des Fahrzeugs. Mittels des Messgeräts werden die Netzspannung und/oder die Netzfrequenz überwacht, indem zumindest die Werte der Höhe der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz gemessen werden. Der Laderegler ist geeignet, die die Aufnahme der elektrischen Leistung durch die wiederaufladbare Batterie zu begrenzen, insbesondere durch Regelung des Ladestroms und/oder der Ladespannung. Durch Messung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz wird das Erreichen einer Leistungsgrenze des Stromnetzes erkannt und der Ladeleistung so geregelt, dass Leistungsgrenze des Stromnetzes nicht unterschritten wird. A charger according to the invention is suitable for carrying out the method according to the invention and has at least one correspondingly suitable measuring device and at least one correspondingly suitable charge controller. The charger is either covered by the vehicle and thus carried by the vehicle or the charger is installed at a predetermined, fixed position, for example at a stop of the vehicle. By means of the measuring device, the mains voltage and / or the mains frequency are monitored by measuring at least the values of the level of the mains voltage and / or the mains frequency. The charge controller is suitable for limiting the absorption of the electrical power by the rechargeable battery, in particular by regulating the charging current and / or the charging voltage. By measuring the mains voltage and / or the mains frequency, the achievement of a power limit of the power grid is detected and the charging power regulated so that the power limit of the power grid is not exceeded.

Weitergebildet ist der Laderegler so ausgestaltet, einen Ladestrom bei einer im Wesentlichen konstanten Ladespannung in vorgegebener Abhängigkeit von der Netzspannung und/oder in vorgegebener Abhängigkeit von der Netzfrequenz des Stromnetzes zu regeln. Further developed is the charge controller designed to regulate a charging current at a substantially constant charging voltage in a predetermined dependence on the mains voltage and / or in a predetermined dependence on the mains frequency of the power grid.

Zum Regeln des Ladestroms in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz weist das Ladegerät entsprechend einen Speicher auf, um die Werte der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Zeitraum aufzuzeichnen. In order to regulate the charging current as a function of the time profile of the mains voltage and / or the mains frequency, the charging device accordingly has a memory in order to record the values of the mains voltage and / or the mains frequency over a predetermined period of time.

Eine weitere Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Batterie und/oder das Ladegerät zumindest ein Messgerät zur Überwachung des Ladezustands der Batterie aufweisen. Insbesondere verfügt die Batterie und/oder das Ladegerät über eine Einzelschachtüberwachung, insbesondere über geeignete Messgeräte zur Einzelschachtüberwachung, mittels welcher der Ladezustand einer jeden galvanischen Zelle der wiederaufladbaren Batterie analysierbar ist, um den Ladestrom und/oder die Ladespannung dem Ladezustand entsprechend anzupassen. A further development is the fact that the battery and / or the charger have at least one measuring device for monitoring the state of charge of the battery. In particular, the battery and / or the charger has a single well monitoring, in particular via suitable measuring devices for single well monitoring, by means of which the state of charge of each galvanic cell of the rechargeable battery can be analyzed to adjust the charging current and / or the charging voltage according to the state of charge.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Ladegeräts weist es eine Temperaturüberwachung für die wiederaufladbare Batterie, insbesondere jeder galvanischen Zelle, auf. In einer Ausgestaltung weist es zusätzlich oder alternativ eine Gasungsbuckelüberwachung auf. Gemäß einer anderen Ausführung umfasst die wiederaufladbare Batterie eine Temperaturüberwachung und/oder eine Gasungsbuckelüberwachung. According to a further embodiment of the charger, it has a temperature monitoring for the rechargeable battery, in particular each galvanic cell on. In one embodiment, it additionally or alternatively has a gassing hump monitoring. According to another embodiment, the rechargeable battery comprises a temperature monitoring and / or a gullet monitoring.

Neben dem bereits erwähnten Vorteil, die Leistungsgrenze eines Stromnetzes zu erkennen und die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen so zu begrenzen, dass die Leistungsgrenze des Stromnetzes gerade nicht überschritten wird und dennoch die Batterie mit der maximal noch verfügbaren Leistung aufzuladen, welche das Stromnetz momentan bereitstellen kann, lässt sich durch die Erfindung auch das Stromnetz bei einer Überspannung im Stromnetz, hervorgerufen beispielsweise durch die Einspeisung von überschüssiger Energie, stabilisieren. Ist die Spannung im Stromnetz sehr hoch, gegebenenfalls über einem vorgegebenen dritten Grenzwert, wird die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen der Batterie bis zu einer vorgegebenen maximalen Leistungsaufnahme erhöht. In addition to the already mentioned advantage, to recognize the power limit of a power grid and limit the power consumption of the battery when charging so that the power limit of the power grid is not exceeded and still charge the battery with the maximum power still available, which can provide the power grid currently , Can be stabilized by the invention, the power grid at an overvoltage in the power grid, caused for example by the supply of excess energy. If the voltage in the power grid is very high, possibly above a predetermined third limit, the power consumption of the battery when charging the battery is increased up to a predetermined maximum power consumption.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. The invention allows numerous embodiments. It will be explained in more detail with reference to the following figures, in each of which a design example is shown. Identical elements in the figures are provided with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch ein Oberleitungsfahrzeug in einer Ladestation mit einem erfindungsgemäßen Ladegerät von vorne, 1 shows schematically a trolley vehicle in a charging station with a charger according to the invention from the front,

2 zeigt das Oberleitungsfahrzeug und die Ladestation aus 1 in seitlicher Darstellung, 2 shows the trolley vehicle and the charging station 1 in lateral view,

3 zeigt Kennlinien einer Netzspannung und eines Ladestroms beim erfindungsgemäßen Aufladen einer Batterie. 3 shows characteristics of a mains voltage and a charging current when charging a battery according to the invention.

In 1 ist ein Fahrzeug 1 und eine Ladestation 2 in Seitenansicht dargestellt. 2 skizziert das Fahrzeug 1 und die Ladestation 2 von vorne. Die Ladestation 2 umfasst einen Galgen mit einer Stromübertragungsvorrichtung 3, welche hier analog zu einem Stromabnehmer eines Oberleitungsfahrzeugs ausgestaltet ist, und welche zum Aufladen einer Batterie des Fahrzeugs 1 auf Stromabnehmer 4 des Fahrzeugs absenkbar ist. Die Stromübertragungsvorrichtung kann jedoch auch als Stromabnehmer fest am Fahrzeug montiert sein, beispielsweise als Pantograph auf dem Dach des Fahrzeugs, beispielsweise einem Schienenfahrzeug oder einem Bus. In 1 is a vehicle 1 and a charging station 2 shown in side view. 2 sketched the vehicle 1 and the charging station 2 from the front. The charging station 2 includes a boom with a power transmission device 3 , which is designed here analogous to a pantograph of a trolley vehicle, and which for charging a battery of the vehicle 1 on pantograph 4 of the vehicle is lowered. However, the power transmission device can also be permanently mounted on the vehicle as a current collector, for example as a pantograph on the roof of the vehicle, for example a rail vehicle or a bus.

3 veranschaulicht schematisch einen möglichen zeitlichen Verlauf einer Netzspannung 5 und eines Ladestroms 6 während einer erfindungsgemäßen Aufladung der Batterie. Die Ladespannung wird als konstant angenommen und ist hier nicht dargestellt. Die Netzspannung 5 sinkt unter einen ersten Grenzwert 7, daraufhin wird der Ladestrom 6 soweit abgesenkt, dass die Netzspannung 5 einen zweiten Grenzwert 8 nicht erreicht. Steigt die Netzspannung 5 anschließend wieder an und über den ersten Grenzwert 7, wird der Ladestrom 6 wieder erhöht, um die Batterie mit einer maximal zur Verfügung stehenden Leistung des Stromnetzes aufzuladen. 3 schematically illustrates a possible time course of a mains voltage 5 and a charging current 6 during a charging of the battery according to the invention. The charging voltage is assumed to be constant and is not shown here. The mains voltage 5 drops below a first limit 7 , then the charging current 6 so far lowered that the mains voltage 5 a second limit 8th not reached. Increases the mains voltage 5 then back on and over the first limit 7 , the charging current 6 increased again to charge the battery with a maximum available power of the mains.

Claims (10)

Verfahren zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Überwachen einer Netzspannung (5) und/oder einer Netzfrequenz eines Stromnetzes zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Aufladen der Batterie; – Regeln einer Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit von der Netzspannung (5) und/oder in Abhängigkeit von der Netzfrequenz des Stromnetzes. Method for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive, characterized by the following method steps: monitoring a mains voltage ( 5 ) and / or a grid frequency of a power grid for providing electrical energy for charging the battery; - regulation of battery power consumption during charging as a function of the mains voltage ( 5 ) and / or depending on the grid frequency of the power grid. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit von der Höhe der Netzspannung (5) und/oder in Abhängigkeit von der Höhe der Netzfrequenz geregelt wird. A method according to claim 1, characterized in that the power consumption of the battery when charging in dependence on the height of the mains voltage ( 5 ) and / or regulated in dependence on the level of the network frequency. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der Netzspannung (5) über einen vorgegebenen Zeitraum und/oder in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Zeitraum geregelt wird. A method according to claim 1, characterized in that the power consumption of the battery when charging in dependence on the time course of the mains voltage ( 5 ) is regulated over a predetermined period of time and / or as a function of the time course of the network frequency over a predetermined period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie zu Beginn der Aufladung mit einem vorgegebenen maximalen Ladestrom (6) bei einer im Wesentlichen konstanten Ladespannung aufgeladen wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the battery at the beginning of the charging with a predetermined maximum charging current ( 6 ) is charged at a substantially constant charging voltage. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom (6) bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen ersten Grenzwerts (7) der Netzspannung (5) soweit gedrosselt wird, bis die Netzspannung (5) über den vorgegebenen ersten Grenzwert (7) der Netzspannung gestiegen ist, welcher erste Grenzwert (7) der Netzspannung einen drohenden Zusammenbruch des Stromnetzes anzeigt, und/oder dass der Ladestrom bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen ersten Grenzwerts der Netzfrequenz soweit gedrosselt wird, bis die Netzfrequenz über den vorgegebenen Grenzwert der Netzfrequenz gestiegen ist, welcher erste Grenzwert der Netzfrequenz einen drohenden Zusammenbruch des Stromnetzes anzeigt. Method according to claim 4, characterized in that the charging current ( 6 ) falls below a predetermined first limit value ( 7 ) of the mains voltage ( 5 ) is throttled until the mains voltage ( 5 ) above the predetermined first limit value ( 7 ) of the mains voltage has risen, which first limit value ( 7 ) of the mains voltage indicating impending collapse of the power grid, and / or that the charging current is throttled as far as falls below a predetermined first limit of the grid frequency until the grid frequency has risen above the predetermined limit of the grid frequency, which first limit of the grid frequency indicates an imminent collapse of the power grid. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom (6) bei einer vorgegebenen Annäherung der Netzspannung (5) an einen vorgegebenen zweiten Grenzwert (8) der Netzspannung soweit gedrosselt wird, dass die Netzspannung (5) den vorgegebenen zweiten Grenzwert (8) der Netzspannung allein durch die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen nicht erreicht, welcher zweite Grenzwert (8) der Netzspannung einen drohenden Zusammenbruch des Stromnetzes anzeigt, und/oder dass der Ladestrom bei einer vorgegebenen Annäherung der Netzfrequenz an einen vorgegebenen zweiten Grenzwert der Netzfrequenz soweit gedrosselt wird, dass die Netzfrequenz den vorgegebenen zweiten Grenzwert der Netzfrequenz allein durch die Leistungsaufnahme der Batterie beim Aufladen nicht erreicht, welcher zweite Grenzwert der Netzfrequenz einen drohenden Zusammenbruch des Stromnetzes anzeigt. Method according to claim 4, characterized in that the charging current ( 6 ) at a predetermined approximation of the mains voltage ( 5 ) to a predetermined second limit ( 8th ) of the mains voltage is throttled so far that the mains voltage ( 5 ) the predetermined second limit value ( 8th ) of the mains voltage is not reached by the power consumption of the battery during charging, which second limit value ( 8th ) indicates the network voltage an impending collapse of the power grid, and / or that the charging current is throttled at a predetermined approximation of the grid frequency to a predetermined second limit of the grid frequency that the grid frequency the predetermined second limit of the grid frequency solely by the power consumption of the battery when charging does not reach which second limit of the grid frequency indicates an imminent collapse of the power grid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz ein Niederspannungsnetz ist. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power grid is a low-voltage network. Ladegerät zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät ein Messgerät zur Überwachung einer Netzspannung (5) und/oder zur Überwachung einer Netzfrequenz eines Stromnetzes zum Bereitstellen der elektrischen Energie zum Aufladen der Batterie umfasst, und dass das Ladegerät einen Laderegler zur Regelung einer Aufnahme einer elektrischen Leistung der Batterie beim Aufladen umfasst, welcher Laderegler ausgestaltet ist, die Aufnahme der elektrischen Leistung der Batterie beim Aufladen in vorgegebener Abhängigkeit von der Netzspannung und/oder in Abhängigkeit von der Netzfrequenz des Stromnetzes zu regeln. Charger for charging a rechargeable battery of a vehicle with an electric drive, characterized in that the charger is a measuring device for monitoring a mains voltage ( 5 ) and / or for monitoring a mains frequency of a power network for providing the electrical energy for charging the battery, and that the charger comprises a charge controller for regulating a recording of an electrical power of the battery when charging, which charge controller is configured, the recording of electrical power to regulate the battery when charging in a predetermined dependence on the mains voltage and / or in dependence on the grid frequency of the power grid. Ladegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderegler ausgestaltet ist, einen Ladestrom (6) bei einer im Wesentlichen konstanten Ladespannung in vorgegebener Abhängigkeit von der Netzspannung (5) des Stromnetzes zu regeln. Charger according to claim 8, characterized in that the charge controller is configured, a charging current ( 6 ) at a substantially constant charging voltage in a predetermined dependence on the mains voltage ( 5 ) of the power grid. Ladegerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher aufweist, welcher ausgestaltet ist, die Höhe der Netzspannung (5) und/oder die Höhe der Netzfrequenz des Stromnetzes über einen vorgegebenen Zeitraum aufzuzeichnen. Charger according to one of claims 8 or 9, characterized in that it comprises a memory which is configured, the height of the mains voltage ( 5 ) and / or record the level of grid frequency of the grid over a given period of time.
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