DE102014213493A1

DE102014213493A1 - Batterieüberladungs-Überwachungssystem und -Verfahren

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Publication number: DE102014213493A1
Application number: DE102014213493.5A
Authority: DE
Inventors: Paul Theodore Momcilovich; Allan Roy Gale; Bruce Carvell Blakemore; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2015-01-22
Also published as: US20150022150A1; CN104300595A; US9325181B2; CN104300595B

Abstract

Ein beispielhaftes Batterieauflade-Überwachungsverfahren beinhaltet, unter anderem, das Berechnen von erwarteten Aufladedaten für eine Batterie unter Verwendung wenigstens einer Kapazität der Batterie und einer Aufladerate sowie das Vergleichen der Ist-Aufladedaten mit den erwarteten Aufladedaten, um Unterschiede zwischen den Ist-Aufladedaten und den erwarteten Aufladedaten festzustellen.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Aufladen einer Batterie und insbesondere auf das Verhindern des Überladens der Batterie.
Elektrofahrzeuge und viele andere Einrichtungen sind möglicherweise auf eine Batterie angewiesen, um elektrische Leistung zu speichern.
Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge das Fahrzeug antreiben, indem sie eine oder mehrere batteriebetriebene Elektromaschinen verwenden. Im Gegensatz dazu sind konventionelle Kraftfahrzeuge ausschließlich auf den Verbrennungsmotor angewiesen. Elektrofahrzeuge verwenden möglicherweise Elektromaschinen anstelle von oder zusätzlich zum Verbrennungsmotor. Zu beispielhaften Elektrofahrzeugen zählen Hybrid- Elektrofahrzeuge (HEVs, Hybrid Electric Vehicles), Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs, Battery Electric Vehicles).
Elektrofahrzeuge sind möglicherweise mit einer Batterie ausgestattet, die dazu ausgelegt ist, elektrische Leistung zum Versorgen der Elektromaschine zu speichern. Die Batterien werden vor Verwendung aufgeladen, und sie werden wieder aufgeladen, wenn die elektrische Leistung in der Batterie erschöpft ist.
Typischerweise wird ein Batterieaufladegerät zum Aufladen der Batterien verwendet. In einigen Elektrofahrzeugen wird die Elektromaschine möglicherweise als ein Generator verwendet, der vom Verbrennungsmotor versorgt wird, um elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie zu erzeugen. Das Aufladen bringt Leistung in Batterien ein. Es kann schwierig sein zu bestimmen, wann während eines Aufladens eine geeignete Leistungsmenge zurück in eine Batterie eingebracht worden ist. Das Einbringen von zu viel Leistung kann bewirken, dass die Batterie überladen wird.
Ein Batterieauflade-Überwachungsverfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet, unter anderem, das Berechnen der erwarteten Aufladedaten für eine Batterie unter Verwendung wenigstens einer Kapazität der Batterie und einer Aufladerate sowie das Vergleichen der Ist-Aufladedaten mit den erwarteten Aufladedaten, um Unterschiede zwischen den Ist-Aufladedaten und den erwarteten Aufladedaten festzustellen.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahrens beinhaltet das Verfahren das Beenden des Aufladens als Reaktion auf das Vergleichen.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten eine erwartete Aufladezeit, und die Ist-Aufladedaten umfassen eine Ist-Aufladezeit.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren beinhaltet das Verfahren das Beenden des Aufladens als Reaktion darauf, dass die Ist-Aufladezeit die erwartete Aufladezeit überschreitet.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten elektrische Aufladedaten, und das Aufladen der Batterie wird als Reaktion darauf abgeschlossen, dass ein Ist-Betrag elektrischer Ladung einen erwarteten Betrag elektrischer Ladung überschreitet.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten Spannungsdaten, und das Aufladen der Batterie wird als Reaktion darauf abgeschlossen, dass eine Ist-Spannung einen erwarteten Spannungsbetrag überschreitet.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten Energiedaten, und das Aufladen der Batterie wird als Reaktion darauf abgeschlossen, dass eine Ist-Energie zum Aufladen der Batterie eine erwartete, zum Aufladen der Batterie erforderliche Energiemenge überschreitet.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten einen im Wesentlichen monotonen Anstieg der Spannung, so dass eine Änderung der Spannung während des Aufladens im Wesentlichen nicht negativ ist, und das Aufladen wird abgeschlossen, falls die Änderung der Spannung negativ ist.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfassen die erwarteten Aufladedaten einen im Wesentlichen monoton abnehmenden Batteriestrom, so dass eine Änderung des Batteriestroms während des Aufladens kleiner als oder gleich null ist, und das Aufladen wird abgeschlossen, falls die Änderung des Stroms größer als null ist.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfasst die Spannung der Batterie eine Maximalspannung für Zellen der Batterie.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfasst die Spannung der Batterie einen Prozentsatz einer Maximalspannung für Zellen der Batterie.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren umfasst die Kapazität der Batterie eine Ladungskapazität (in Amperestunden) für Zellen der Batterie.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren beinhaltet das Verfahren das Verwenden einer Batterieaufladesteuerung für das Berechnen und das Vergleichen.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieauflade-Überwachungsverfahren ist die Batterie eine Fahrzeugbatterie.
Ein Batterieaufladesystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Batterieaufladegerät zum Aufladen einer Batterie und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, ein Aufladen der Batterie selektiv als Reaktion auf einen Vergleich einer erwarteten Ladungsmenge mit einer Ist-Ladungsmenge zu beenden, wobei die erwartete Ladungsmenge unter Verwendung wenigstens einer Kapazität der Batterie und einer Aufladerate berechnet wird.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Batterieaufladesystems umfasst die Ist-Ladungsmenge einen Messwert der Zeit, die mit dem Aufladen der Batterie mit dem Batterieaufladegerät vergangen ist.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieaufladesysteme beendet die Steuerung das Aufladen selektiv als Reaktion darauf.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieaufladesysteme ist die Batterie eine Elektrofahrzeugbatterie.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden sich für Fachleute aus der ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Figuren, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden:
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, das eine Batterie aufweist.
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Batterieaufladesystem zum Aufladen der Batterie aus 1.
3 zeigt ein beispielhaftes Batterieauflade-Überwachungsverfahren.
4 zeigt ein anderes beispielhaftes Batterieauflade-Überwachungsverfahren.
5 zeigt noch ein anderes beispielhaftes Batterieauflade-Überwachungsverfahren.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein Elektrofahrzeug 12. Obwohl für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere Fahrzeuge erstrecken können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs).
In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Power Split Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem enthält wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und eine Batterie 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem 28 des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 32 des Elektrofahrzeugs 12 anzutreiben.
Der Verbrennungsmotor 14, der in diesem Beispiel ein Motor mit innerer Verbrennung ist, und der Generator 18 sind möglicherweise durch ein Verteilergetriebe 36, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, verbunden. Selbstverständlich werden möglicherweise andere Arten von Verteilergetrieben, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 36 ein Planetengetriebe, das einen Zahnkranz 40, ein Sonnenrad 44 und eine Trägerbaugruppe 48 enthält.
Der Generator 18 wird möglicherweise vom Verbrennungsmotor 14 über das Verteilergetriebe 36 angetrieben, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 52 abgibt, die mit dem Verteilergetriebe 36 verbunden ist. Weil der Generator 18 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
Der Zahnkranz 40 des Verteilergetriebes 36 ist möglicherweise mit einer Welle 56 verbunden, die mit Fahrzeugantriebsrädern 32 durch ein zweites Verteilergetriebe 60 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 60 enthält möglicherweise einen Zahnradsatz, der mehrere Zahnräder 64 aufweist. Andere Verteilergetriebe sind möglicherweise ebenfalls geeignet. Die Zahnräder 64 übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 zu einem Differentialgetriebe 68, um schließlich Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 32 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 68 enthält möglicherweise mehrere Zahnräder, die die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 32 ermöglichen. Das zweite Verteilergetriebe 60 ist mechanisch mit einer Achse 72 durch das Differentialgetriebe 68 verkoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 32 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 (d. h. die zweite Elektromaschine) kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 32 anzutreiben, indem Drehmoment an eine Welle 78 abgegeben wird, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 60 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teile eines Bremsenergierückgewinnungssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren eingesetzt werden können, um Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 beide elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus 82 und an die Batterie 24 abgeben. Die Batterie 24 ist möglicherweise eine Hochspannungsbatterie, die in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder Energieabgabeeinrichtungen können ebenfalls beim Elektrofahrzeug 12 verwendet werden.
Mit Bezug auf 2 und fortgesetztem Bezug auf 1: Ein Batterieaufladesystem 100 wird verwendet, um die Batterie 24 wieder aufzuladen, wenn die Ladung in der Batterie 24 aufgrund des Betriebs des Fahrzeugs 12 erschöpft ist. Das Batterieaufladesystem 100 könnte auch verwendet werden, um anfangs die Batterie 24 aufzuladen, vor der Verwendung oder vor der Installation im Fahrzeug 12. Die Batterie 24 bleibt während eines Aufladens möglicherweise im Fahrzeug 12 oder sie wird aus dem Fahrzeug entfernt.
Das Batterieaufladesystem 100 enthält ein Batterieaufladegerät 104, das selektiv die Batterie 24 mit einer Leistungsquelle 108 verschaltet, um die Batterie 24 auf einen gewünschten Pegel aufzuladen. Das Batterieaufladegerät 104 enthält einen Prozessor 112, der dazu ausgelegt ist, das selektive Verschalten zu steuern. Das Batterieaufladesystem 100 enthält weiterhin eine Steuerung 116, die dazu ausgelegt ist, das selektive Verschalten zu steuern, um Überladen der Batterie 24 zu verhindern. In diesem Beispiel ist der Prozessor 112 Teil des Batterieaufladegeräts 104. Die Steuerung 116 ist eine vom Batterieaufladegerät 104 getrennte und von ihm verschiedene Anordnung.
Wenn das Batterieaufladegerät 104 mit der Batterie 24 verschaltet ist, überträgt das Batterieaufladegerät 104 Ladung aus der Leistungsquelle 108 zur Batterie 24, um die Batterie 24 und speziell Zellen 120 der Batterie 24 aufzuladen. Das Entkoppeln des Batterieaufladegeräts 104 von der Batterie 24 beendet das Aufladen.
Das Batterieaufladegerät 104 überwacht die Batterie 24, um zu bestimmen, wann es das Aufladen der Batterie 24 beendet. Insbesondere beendet der Prozessor 112 das Aufladen, wenn der Prozessor 112 bestimmt, dass die Batterie 24 genug Ladung (in Amperestunden, Ah, oder Coulomb, C) und/oder Energie (in Kilowattstunde, kWh) aufgenommen hat. Der Prozessor 112 verschaltet das Batterieaufladegerät 104 selektiv mit der Batterie 24, um das Aufladen der Batterie 24 zu steuern. Die Dauer des Aufladens ändert sich auf Basis einer erforderlichen Ladungsmenge, einer Kapazität der Batterie 24, einer Aufladerate usw. In einigen Beispielen bestimmt der Prozessor 112 möglicherweise falsch, wann das Aufladen eingestellt werden soll, was dazu führen kann, dass die Batterie 24 über einen gewünschten Pegel hinaus unerwünscht aufgeladen wird.
In diesem Beispiel wird die Steuerung 116 verwendet, um das Aufladen der Batterie 24 über einen gewünschten Pegel hinaus zu sperren. Die Steuerung 116 überwacht das Aufladen der Batterie 24 und vergleicht erwartete Aufladedaten mit Ist-Aufladedaten. Die Steuerung 116 stellt als Reaktion auf den Vergleich das Aufladen ein oder greift irgendwie anders ein. Zum Beispiel stellt die Steuerung 116 möglicherweise das Aufladen ein, falls das Aufladen länger als erwartet dauert. Unterschiede zwischen erwarteten Aufladedaten und Ist-Aufladedaten zeigen möglicherweise zum Beispiel an, dass die Batterie 24 repariert oder ersetzt werden muss.
Es ist anzumerken, dass im Beispielsystem 100 sowohl die Steuerung 116 als auch das Batterieaufladegerät 104 (über den Prozessor 112) den Aufladezustand der Batterie 24 berechnen. In einigen Beispielen verhindert die Steuerung 116, dass die Batterie 24 überladen wird.
Die beispielhafte Steuerung 116 wird von der Batterie 24 und vom Batterieaufladegerät 104 getrennt gezeigt. Die Steuerung 116 wird möglicherweise woanders innerhalb des Systems positioniert, wie zum Beispiel an der Batterie 24 oder im Batterieaufladegerät 104 angebracht. Der Prozessor 112 könnte auch außerhalb des Batterieaufladegeräts 104 positioniert werden.
Mit Bezug auf 3 unter Bezugnahme auf 2: Ein beispielhaftes Batterieauflade-Überwachungsverfahren 200 stellt Abweichungen zwischen Ist- Aufladedaten und erwarteten Aufladedaten fest. Das Verfahren 200 wird von der Steuerung 116 genutzt, um zu bestimmen, wann die Batterie 24 aufgeladen und wann sie nicht aufgeladen werden soll.
Die erwarteten Aufladedaten beinhalten möglicherweise eine erwartete Zeit, um das Aufladen abzuschließen, die erwartete Ladung (in Ah), die die Batterie 24 nach Abschluss des Aufladens aufweist, usw. Eine beispielhafte Abweichung ist möglicherweise, dass die Ist-Aufladezeit länger als die erwartete Aufladezeit ist.
Im Verfahren 200 nutzt ein Schritt 204 eine Batteriekapazität und eine Aufladerate, um die erwarteten Aufladedaten für die Batterie 24 zu bestimmen.
Die Batteriekapazität ist in diesem Beispiel eine maximale Gesamtenergiemenge, Ladung (in Ah) oder beides, zu deren Speicherung die Batterie 24 imstande ist. Die Batteriekapazität basiert möglicherweise auf Entwurfsspezifikationen für das Fahrzeug 12 (1). In einem anderen Beispiel ist die Kapazität der Batterie 24 möglicherweise ein gewünschter Prozentsatz der maximalen Gesamtmenge an Batteriekapazität, zu dessen Speicherung die Batterie 24 imstande ist. Zum Beispiel ist es möglicherweise wünschenswert, die Batterie 24 auf neunzig Prozent ihrer Gesamtbatteriekapazität aufzuladen. In einem derartigen Beispiel würde die Batteriekapazität für das Verfahren 200 neunzig Prozent der Gesamtkapazität der Batterie 24 betragen.
Die Aufladerate wird vom Batterieaufladegerät 104 bestimmt und nutzt möglicherweise Informationen von der Batterie 24. Die Aufladerate stellt die Rate dar, mit der das Batterieaufladegerät 104 Strom (in Ampere, A) oder Leistung (Kilowatt, kW) aus der Leistungsquelle 108 an die Batterie 24 abgibt.
Nach dem Berechnen der erwarteten Aufladedaten im Schritt 204 beginnt das Verfahren 200, ein Batterieaufladen in einem Schritt 208 zu überwachen. Dieser Schritt überwacht die Ladungs- und/oder die Energie-Aufladerate (in Ah bzw. in kWh) vom Batterieaufladegerät 104 zur Batterie 24. Das Überwachen beginnt möglicherweise vor dem Berechnungsschritt 204 in anderen Beispielen oder zur gleichen Zeit.
In einem Schritt 212 vergleicht die Steuerung 116 die Ist-Aufladedaten mit den erwarteten Aufladedaten aus dem Schritt 204. Falls sich die Ist-Aufladedaten von den erwarteten Aufladedaten unterscheiden, reagiert die Steuerung 116, zum Beispiel, indem sie im Schritt 216 ein Warn-Flag auslöst. Die Steuerung 116 entkoppelt möglicherweise auch im Schritt 216 das Batterieaufladegerät 104 von der Batterie 24.
In einem weiteren spezifischen Beispiel vergleicht die Steuerung 116 die Ist-Aufladezeit mit einer erwarteten Aufladezeit. Falls die Ist-Aufladezeit die erwartete Aufladezeit überschreitet, initialisiert die Steuerung 116 ein Flag, mit dem ein Techniker verständigt wird. Diese Differenz zeigt möglicherweise einen Fehler innerhalb des Systems 100 oder des Fahrzeugs 12 an. Ein beispielhafter Fehler beinhaltet möglicherweise Verschlechterung der Batterie 24. Gravierende Verschlechterung erfordert möglicherweise das Ersetzen der Batterie.
Mit Bezug auf 4: Ein anderes beispielhaftes Batterieauflade- Überwachungsverfahren 300 stellt Abweichungen zwischen der zum Aufladen der Batterie 24 auf eine gewünschte Spannung verwendeten Ist-Ladung (in Ah) und erwarteter Ladung (in Ah) fest. Das Verfahren 300 stellt auch Abweichungen zwischen zum Aufladen der Batterie 24 auf die gewünschte Spannung verwendeter Ist-Zeit und erwarteter Zeit fest.
Im Verfahren 300 nutzt eine Berechnung in einem Schritt 304 die Kapazität der Batterie 24 und die mit dem Batterieaufladegerät 104 verknüpfte Aufladerate, um die erwartete Spannung der Batterie zu bestimmen, wenn die Batterie 24 auf einen gewünschten Pegel aufgeladen wird. In einem Schritt 308 berechnet das Verfahren 300 die erwartete Zeit, um die Batterie 24 auf die gewünschte Spannung aufzuladen.
Die Kapazität der Batterie 24 im beispielhaften Verfahren 300 ist die maximale Gesamtkapazität, zu deren Speicherung die Batterie 24 imstande ist. Die Kapazität basiert möglicherweise auf Entwurfsspezifikationen für das Fahrzeug 12 (1). In einem anderen Beispiel ist die Kapazität der Batterie möglicherweise ein gewünschter Prozentsatz der maximalen Gesamtkapazität, zu deren Speicherung die Batterie 24 imstande ist. Zum Beispiel ist es möglicherweise wünschenswert, die Batterie auf sechzig Prozent ihrer Gesamtbatteriekapazität aufzuladen. In einem derartigen Beispiel würde die Batteriekapazität für das Verfahren 300 sechzig Prozent der maximalen Gesamtkapazität der Batterie 24 betragen.
Als nächstes, im Schritt 312, erkennt das Verfahren 300, dass die Batterie 24 möglicherweise bereits eine teilweise Aufladung aufweist und berechnet dann die erwartete Gesamtladung, die die Batterie nach dem Aufladen der Batterie 24 auf ihre Kapazität fassen wird. Das Verfahren 300 bemerkt, dass möglicherweise während des Aufladens etwas Energie verloren gehen wird oder dass es Einschränkungen bei den Sensorfähigkeiten gibt usw., und addiert eine inkrementierende Kapazität zur erwarteten Ladungskapazität. Das Verfahren 300 beginnt in einem Schritt 316, die Batterie aufzuladen.
Das Verfahren 300 berechnet in einem Schritt 324 die Integrale von Leistung Pdt (in kWh) und Ladung Idt (in Ah). In diesem Beispiel sind diese Berechnungen laufende Berechnungen, die in Echtzeit während des Aufladens aktualisiert werden. Der Spannungsanstieg an den Zellen 120 (oder Leerlaufspannung) der Batterie 24 ist eine Funktion des Integrals von Pdt und von Idt. Das Verfahren 300 bestimmt in einem Schritt 326, ob die Spannung größer als oder gleich einer gewünschten Spannung ist.
Falls das der Fall ist, beendet das Verfahren das Aufladen in einem Schritt 328.
In einem Schritt 330 werden eine Ist-Energie (in kWh) und eine Ist-Ladung (in Ah) aus dem Schritt 324 in Echtzeit mit den erwarteten Aufladeratenwerten aus den Schritten 312 und 316 verglichen. Falls einer der Ist-Werte größer als der erwartete Wert ist, löst das Verfahren 300 in einem Schritt 332 ein Warn-Flag aus. Falls keiner der Ist-Werte größer als der erwartete Wert ist, greift das Verfahren 300 nicht ein, und das Batterieaufladegerät 104 fährt fort, das Aufladen der Batterie 24 zu überwachen.
Das Warn-Flag aus dem Schritt 338 kann viele Formen annehmen. Das Warn-Flag könnte zum Beispiel ein interner Alarm sein, der einen Techniker von der Abweichung zwischen einem erwarteten Pdt und Idt und einem Ist-Pdt und Ist-Idt verständigt.
Falls das Verfahren 300 bei nachfolgenden Aufladungen weiterhin das Warn-Flag auslöst, veranlasst das Verfahren möglicherweise eine andere Art von Warnung, wie zum Beispiel eine optische Warnung, die für den Fahrer sichtbar ist. Falls die Batterie zum Beispiel zehn Mal aufgeladen wird und jede dieser Aufladungen das Warn-Flag zur Folge hat, veranlasst das Verfahren 300 möglicherweise die optische Warnung.
Mit Bezug auf 5: Ein anderes beispielhaftes Batterieauflade- Überwachungsverfahren 400 wird verwendet, um eine Batterie (oder Zellen der Batterie) aufzuladen. Abhängig von den während der Überwachung festgestellten Informationen verständigt das Verfahren 400 möglicherweise einen Nutzer von einem fehlerhaften, mit der Batterie verknüpften Zustand, wenn das Aufladen beendet wird. Alternativ beendet das Verfahren 400 möglicherweise einfach das Aufladen (ohne irgendeinen Fehlerzustand festzustellen).
In diesem Beispiel berechnet das Verfahren 400 in einem Schritt 410 die erwartete Ladung (in Ah) und Energie (in kWh), die erforderlich sind, um die Batterie aufzuladen. Zu den Faktoren, die möglicherweise zum Berechnen dieser erwarteten Werte verwendet werden, zählen folgende Batteriewerte: der Ladezustand, die Kapazität, die Temperatur, das Alter, die Maximalspannung, der Widerstand usw. Ein anderer Faktor ist möglicherweise eine jeweilige Aufladestrategie für die Batterie.
Die Batterie (oder Zellen der Batterie) weisen typischerweise einen bekannten Eingangswiderstand R auf. Falls der Eingangswiderstand nicht bekannt ist, wären ein Fachmann und der Nutzen dieser Offenbarung in der Lage, den Widerstand R zu bestimmen.
Nach dem Berechnen der erwarteten Werte im Schritt 410 wird das Verfahren 400 mit einem ersten Pfad 420 oder mit einem zweiten Pfad 430 fortgeführt. Der erste Pfad 420 nutzt Aufladen mit konstanter Leistung (Pk) zum Aufladen der Batterie. Der alternative zweite Pfad 430 nutzt Aufladen mit konstantem Strom (Ik) zum Aufladen der Batterie. Ein Schritt 414 stellt diese Auswahl dar. In manchen Beispielen trifft ein Nutzer im Schritt 414 die Auswahl.
Mit Bezug auf den ersten Pfad 420: Das Aufladen beginnt in einem Schritt 440. Die Ist- Batteriespannung (Ub) und der Ist-Batteriestrom (Ib) werden dann in einem Schritt 444 während des Aufladens überwacht. Mit diesen Ist-Werten berechnet das Verfahren 400 in einem Schritt 448 die Ist-Leistung (P), die Ist-Energie (int(Pdt)), die Ladung (int(Idt), in Ah), ΔU und ΔI. Es versteht sich, dass die Energie (kWh) als int(U·Idt) und die Ladung (in Ah) als int(Idt) dargestellt werden können.
In diesem Beispiel bewirkt die ansteigende Ladung der Batterie, dass ihre Spannung monoton ansteigt, so dass ΔU nicht negativ ist. Weil ein Aufladen mit relativ konstanter Leistung genutzt wird und weil P = U·I, zeigt das monotone Ansteigen der Spannung an, dass der Strom während des Aufladens monoton abnimmt, so dass ΔI kleiner als oder gleich null ist.
Abweichungen von einem im Wesentlichen monotonen Anstieg der Spannung, von einer im Wesentlichen monotonen Abnahme des Stroms oder beides werden dann in einem Schritt 452 detektiert. Falls während des Aufladens die Ist-Spannung abnimmt oder der Ist-Strom ansteigt, liegt vermutlich ein mit der Batterie verknüpfter Fehler vor. Das Aufladen wird dann beendet, und ein Operator wird in einem Schritt 456 von einem Fehlerzustand verständigt.
Falls es keine derartigen Abweichungen gibt, wird das Verfahren 400 mit einem Schritt 460 fortgeführt. Falls im Schritt 460 die Ist-Batteriespannung größer als oder gleich einem erwarteten Spannungsmaximum ist, wird das Aufladen in einem Schritt 466 beendet. Auch wird, falls im Schritt 460 die Ist-Ladung (in Ah) größer als Maximalladung (in Ah) ist, das Aufladen im Schritt 466 beendet, analog zu Schritt 316 in 4. Falls weiterhin im Schritt 460 die Energie zur Batterie (E – I²R_Verlust, in kWh) größer als ein geschätzter Energiewert ist, der von der Batterie gefordert wird, beendet das Verfahren 400 das Aufladen im Schritt 466.
Mit Bezug auf den auf stromgesteuertem Aufladen basierenden zweiten Pfad 430: Das Aufladen beginnt in einem Schritt 470. Die Ist-Batteriespannung wird dann in einem Schritt 474 überwacht. Ib ist bekannt, weil der zweite Pfad 430 stromgesteuertes Aufladen darstellt. Mit dem überwachten Wert aus Schritt 474 berechnet das Verfahren 400 in einem Schritt 478 die Leistung (P), die Energie (int(Pdt)), die Ladung (int(Idt), in Ah) und ΔU.
Weil die beispielhafte Batterie mit einem relativ konstanten Strom aufgeladen wird, sollte die Spannung immer ansteigend sein. Falls ΔU kleiner als null ist, was in einem Schritt 482 detektiert wird, nimmt das Verfahren 400 an, dass irgendein mit der Batterie verknüpfter Fehler vorliegt. Das Aufladen wird dann im Schritt 456 beendet, und ein Operator wird von einem Fehlerzustand verständigt.
Falls ΔU größer als oder gleich null ist, wird das Verfahren 400 mit einem Schritt 486 fortgeführt. Im Schritt 486 bestimmt das Verfahren 400, ob die für das Aufladen verwendete Spannung größer als oder gleich einem erwarteten Spannungsmaximum ist. Falls das der Fall ist, endet das Aufladen im Schritt 466. Falls im Schritt 486 die Ist- Ladung (in Ah) größer als eine erwartete Ladung (in Ah) ist oder falls die Energie zur Batterie (E – I²R_Verlust, in kWh) größer als ein geschätzter Energiewert ist, der von der Batterie gefordert wird, beendet das Verfahren 400 das Aufladen im Schritt 466.
In einigen Beispielen dieser Offenbarung wird das Aufladen möglicherweise automatisch als Reaktion auf Vergleiche von gemessenen Ist-Daten mit erwarteten (oder berechneten) Daten abgeschlossen. In einem spezielleren Beispiel wird das Aufladen automatisch abgeschlossen, wenn die zum Aufladen erforderliche Ist-Ladung (in Ah) die berechnete, zum Aufladen erforderliche Ladung (in Ah) überschreitet. In einem anderen Beispiel wird das Aufladen automatisch abgeschlossen, wenn an die Zelle abgegebene Ist-Energie die berechnete benötigte Energie überschreitet. In einem anderen Beispiel wird das Aufladen abgeschlossen, falls bei leistungsgesteuerten oder stromgesteuerten Aufladungen ΔU der Batterie kleiner als null ist. In noch einem anderen Beispiel wird das Aufladen abgeschlossen, falls bei leistungsgesteuerten Aufladungen ΔI der Batterie positiv ist. Das Aufladen wird möglicherweise auch abgeschlossen, falls die Spannung der Batterie größer als eine berechnete Maximalspannung der Batterie ist.
Ein Merkmal dieser Offenbarung ist Echtzeit-Überwachung der Batterie auf Fehler sowie das Bestimmen eines normalen Endes des Aufladens, das möglicherweise auf Maximalspannungen, maximalen Ladungen (in Ah) und maximaler Energie (in kWh) basiert.
Obwohl die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht werden, dass sie spezifische Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese besonderen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden. Weiterhin werden die Schritte möglicherweise in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt, es sei denn, es ist anders spezifiziert.
Die vorhergehende Beschreibung ist beispielhafter und nicht einschränkender Art. Varianten und Modifikationen der offenbarten Beispiele, die nicht notwendigerweise vom Wesentlichen dieser Offenbarung abweichen, werden sich für Fachleute ergeben. Somit kann der gesetzliche Schutzbereich für diese Offenbarung nur durch das Prüfen der folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Batterieauflade-Überwachungsverfahren, das Folgendes beinhaltet: das Berechnen von erwarteten Aufladedaten für eine Batterie unter Verwendung wenigstens einer Kapazität der Batterie und einer Aufladerate; und das Vergleichen von Ist-Aufladedaten mit den erwarteten Aufladedaten, um Unterschiede zwischen den Ist-Aufladedaten und den erwarteten Aufladedaten festzustellen.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, das das Beenden des Aufladens als Reaktion auf das Vergleichen beinhaltet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten eine erwartete Aufladezeit umfassen und die Ist-Aufladedaten eine Ist-Aufladezeit umfassen.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 3, das das Beenden des Aufladens als Reaktion darauf beinhaltet, dass die Ist-Aufladezeit die erwartete Aufladezeit überschreitet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten elektrische Aufladedaten umfassen und das Aufladen der Batterie als Reaktion darauf abgeschlossen wird, dass ein Ist-Betrag elektrischer Ladung einen erwarteten Betrag elektrischer Ladung überschreitet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten Spannungsdaten umfassen und das Aufladen der Batterie als Reaktion darauf abgeschlossen wird, dass eine Ist-Spannung einen erwarteten Spannungsbetrag überschreitet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten und die Ist-Aufladedaten Energiedaten umfassen und das Aufladen der Batterie als Reaktion darauf abgeschlossen wird, dass eine Ist-Energie zum Aufladen der Batterie eine erwartete, zum Aufladen der Batterie erforderliche Energiemenge überschreitet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten einen im Wesentlichen monotonen Anstieg der Spannung umfassen, so dass eine Änderung der Spannung während des Aufladens im Wesentlichen nicht negativ ist und das Aufladen abgeschlossen wird, falls die Änderung der Spannung negativ ist.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erwarteten Aufladedaten einen im Wesentlichen monoton abnehmenden Batteriestrom umfassen, so dass eine Änderung des Batteriestroms während des Aufladens kleiner als oder gleich null ist und das Aufladen abgeschlossen wird, falls die Änderung des Stroms größer als null ist.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Spannung der Batterie eine Maximalspannung für Zellen der Batterie umfasst.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Spannung der Batterie einen Prozentsatz einer Maximalspannung für Zellen der Batterie umfasst.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Kapazität der Batterie eine Ladungskapazität (in Ah) für Zellen der Batterie umfasst.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, das das Verwenden eines Batterieaufladegeräts für das Berechnen und das Vergleichen beinhaltet.
Batterieauflade-Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Batterie eine Fahrzeugbatterie ist.