DE102016212762A1

DE102016212762A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers

Info

Publication number: DE102016212762A1
Application number: DE102016212762.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Nürnberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers, der eine Anzahl von Speicherzellen mit einer Zellspannung umfasst, auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand (SOCZiel). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt des Erfassens eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers sowie des Ladens des Hochvoltenergiespeichers mit einem ersten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand einen vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert unterschreitet, wobei in dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom (Imax) erfolgt. Ferner ist der Schritt des Ladens des Hochvoltenergiespeichers mit einem zweiten Ladeprofil umfasst, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert (SOCgr) überschreitet, wobei in dem zweiten Ladeprofil, ausgehend von dem maximal zulässigen Strom (Imax) als Startladestrom des zweiten Ladeprofils, das Laden mit, insbesondere schrittweise, abnehmendem Strom oder Strömen erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers, der eine Anzahl von Speicherzellen mit einer Zellspannung umfasst, auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand SOC.
Hochvoltenergiespeicher kommen z.B. in batteriebetriebenen Fahrzeugen (Battery Electric Vehicles, BEV) oder hybrid-elektrischen Fahrzeugen, die eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem elektromotorischen Antrieb umfassen (z.B. Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV), aber auch in stationären Anwendungen zum Einsatz. Insbesondere bei der Verwendung von Hochvoltenergiespeichern in Fahrzeugen stellt sich das Problem, die Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers in möglichst kurzer Zeit wieder aufladen zu können. Je nach, in einem Fahrzeug installierter Ladetechnik kommen hier unterschiedliche Ladeverfahren zum Einsatz.
Allgemein wird zwischen einem Wechselstromladen (AC-Laden) und einem Gleichstromladen (DC-Laden) unterschieden. Beim Wechselstromladen lassen sich derzeit Ladeleistungen bis 22 kW erzielen. Größere Leistungen lassen sich beim Gleichstrom-Laden erzielen. Hier sind, abhängig von der Größe des Hochvoltenergiespeichers, Ladeleistungen bis zu 120 kW möglich. Die Ladeleistungen hängen einerseits von der Ladeinfrastruktur, andererseits jedoch auch vom Aufbau und den Umgebungsparametern des Hochvoltenergiespeichers ab. In jedem Fall muss beim Schnellladen sichergestellt sein, dass die Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers aufgrund der in kurzer Zeit umgesetzten Leistungen keine Schäden entstehen.
Das Ziel beim Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers eines Fahrzeugs besteht darin, die Ladezeit, ohne die Lebensdauer der Zellen zu beeinträchtigen, so gut es geht zu verringern, um für den Nutzer des Fahrzeugs eine akzeptable, zusätzliche Reichweite zu erhalten. Die Ladezeit lässt sich mit zunehmender Ladeleistung verkürzen. Angepeilte Ladeleistungen für die Zukunft liegen bei etwa 350 kW.
Solche Ladeleistungen ermöglichen Ladezeiten im Bereich zwischen 10 min und 15 min. Die hierzu erforderlichen Ladeströme bringen jedoch eine Lebensdauereinschränkung für die Hochvoltenergiespeicher mit sich, so dass besondere Maßnahmen/Ladeverfahren nötig sind.
Es ist ein Verfahren zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers erforderlich, welches einerseits eine starke Verkürzung der Ladezeiten bei hohen Leistungen ermöglicht, gleichzeitig jedoch keine Schädigung des Hochvoltenergiespeichers oder übermäßige Einschränkung der Lebensdauer nach sich zieht. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Verfahren zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand vorgeschlagen, wobei der Hochvoltenergiespeicher eine Anzahl von Speicherzellen mit einer jeweiligen Zellspannung umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erfassen eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers; Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem ersten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand einen vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert unterschreitet, wobei in dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom erfolgt; und Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem zweiten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert überschreitet, wobei in dem zweiten Ladeprofil, ausgehend von dem maximal zulässigen Strom als Startladestrom des zweiten Ladeprofils, das Laden mit schrittweise abnehmendem Strom oder Strömen erfolgt.
Ferner schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand vor, wobei der Hochvoltenergiespeicher eine Anzahl von Speicherzellen mit einer Zellspannung umfasst. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel zum Erfassen eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers; ein zweites Mittel zum Vergleichen des erfassten Ladezustands mit einem vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert; und ein drittes Mittel zum Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem ersten Ladeprofil, wenn der erste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert unterschreitet, wobei in dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom erfolgt, und zum Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem zweiten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert überschreitet, wobei in dem zweiten Ladeprofil, ausgehend von dem maximal zulässigen Strom als Startladestrom des zweiten Profils, das Laden mit, insbesondere, schrittweise, abnehmendem Strom oder Strömen erfolgt.
Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen die Erhöhung des Ladestroms, bei gleichzeitiger Erreichung vorgegebener Lebensdauerziele des Hochvoltenergiespeichers. Ein höherer Ladestrom mittels des ersten Ladeprofils in einem Bereich geringeren Ladezustands führt zu den erwünschten, kürzeren Ladezeiten für das Fahrzeug. Um die Belastung für die Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers gering zu halten, ist ab dem Übersteigen eines Ladezustands-Grenzwerts vorgesehen, den Ladestrom zu verringern. Dadurch wird eine übermäßige Verkürzung der Lebensdauer verhindert. Somit kann im Ergebnis im Falle der Verwendung des Hochvoltenergiespeichers in einem Kraftfahrzeug durch eine verhältnismäßig kurze Ladezeit eine signifikante zusätzliche Reichweite, erzielt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Ladezustands-Grenzwert einen Ladezustand SOC in einem Bereich zwischen SOC = 15% bis SOC = 40%, bevorzugt SOC = 20%–30%, auf. Der genaue Wert des Ladezustands-Grenzwerts ist abhängig von einem Typ der Speicherzellen. Bei der Verwendung der derzeit üblichen Lithium-Ionen-Speicherzellen sollte ein Ladezustand SOC = 30% nicht überschritten werden. Ein geeigneter Wert für den Ladezustands-Grenzwert kann beispielsweise durch Versuche ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung erfolgt bei dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom bis eine gemessene Zellspannung eine vorgegebene maximale Zellspannung erreicht. Ab dem Erreichen der vorgegebenen maximalen Zellspannung erfolgt ein auf die maximale Zellspannung geregeltes Laden.
Der maximal zulässige Ladestrom unter bestimmten Randbedingungen kann z.B. mit Hilfe des aus der Literatur bekannten C-Faktors (englisch: C Factor) angegeben werden. Der C-Faktor ist definiert als der Quotient aus dem maximal zulässigen Ladestrom und der Kapazität des Hochvoltenergiespeichers, da dieser Quotient für den gegebenen Typ der Speicherzellen und eine gegebene Bauform über weite Bereiche der absoluten Kapazität konstant ist. Der C-Faktor gibt den Kehrwert der Zeit an, für die der Hochvoltenergiespeicher der gegebenen Kapazität mit dem maximalen Endladestrom entladen werden kann. Als maximal zulässiger Ladestrom beim vorliegenden Verfahren werden Ströme von mehr als 1,5 C erreicht, um ein Laden bis zu dem vorgegebenen Ziel-Ladezustand SOC in weniger als 30 min und Ströme von bis zu 2,5–3,0 C, um ein Laden in weniger als 15 min bis zum Ziel-Ladezustand SOC zu erzielen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass bei dem zweiten Ladeprofil das Laden mit einem oder mehreren konstanten und mit zunehmender Zellspannung abnehmenden Strömen erfolgt. Das sich hieraus ergebende Stufenprofil berücksichtigt die während des Ladens des Hochvoltenergiespeichers größer werdende Zellspannung. Um eine Schädigung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers zu vermeiden, wird gemäß dieser Ausgestaltung die Schädlichkeit der Höhe des Ladestromes in Bezug auf die Zellspannung berücksichtigt. Dies bedeutet, je höher die Zellspannung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers wird, desto geringer wird der Ladestrom. Dadurch können schädigende Prozesse in den Zellen vermieden werden.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass für die Zellspannung zumindest eine Schwellspannung definiert ist, wobei beim Erreichen einer jeweiligen definierten Schwellspannung der Ladestrom verringert wird. Der Ladestrom kann gemäß einer Variante sprunghaft auf einen der Schwellspannung jeweils zugeordneten Strom verringert werden. Hierdurch ergibt sich ein Stufenprofil. Alternativ kann eine Regelung des Ladestroms auf eine jeweilige Schwellenspannung erfolgen, bis der der jeweiligen Schwellspannung zugeordnete Strom erreicht ist. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt kein reines Laden mit konstanten Strömen (sog. CC (Constant Current)-Laden), sondern bis zum Erreichen des vorgegebenen Ladestroms ein Konstantspannungsladen (CV (Constant Voltage)-Laden), bis der jeweilige Ladestrom, der der Schwellspannung zugeordnet ist, erreicht ist.
Es versteht sich, dass im Rahmen des zweiten Ladeprofils die Anwendung eines Stromstufenprofils nicht zwingend ist. Im Rahmen des zweiten Ladeprofils soll lediglich mit zunehmender Zellspannung der Ladestrom verringert werden. Jedes Ladeprofil, das diese Bedingung erfüllt, kann daher als zweites Ladeprofil zur Anwendung gebracht werden.
Die Höhe des maximalen Stroms kann abhängig von einem oder mehreren gewählten Ladeparametern, umfassend zumindest eine geplante Ladedauer und/oder eine zu ladende Energiemenge/Ladungsmenge und/oder eine verbleibende Schnelllademenge und/oder einem Gesundheitszustand des Hochvoltenergiespeichers, gewählt werden. Wenn beispielsweise grundsätzlich eine Ladung des Hochvoltenergiespeichers mit einem Ladestrom von 2,5 C möglich ist, ohne diesen zu schädigen, so kann in Abhängigkeit eines oder mehrerer der genannten Ladeparameter ein Ladestrom von beispielsweise lediglich 1 C oder 1,5 C gewählt werden. Dadurch kann einer Schädigung des Hochvoltenergiespeichers vorgebeugt werden. Anderseits können weitere Parameter des Hochvoltenergiespeichers berücksichtigt werden, wie z.B. hohe Entladeströme nach Beendigung des Schnellladens oder des Gesundheitszustands (sog. State of Health, SOH) der Speicherzellen. Zudem kann die Höhe des maximalen Stroms von einer vom Kunden erworbenen und freigeschalteten Ladeleistung abhängen.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung hängt der Startladestrom des zweiten Ladeprofils und/oder die Anzahl der Stromstufen der mehreren Ströme und/oder der Übergang zwischen den Stromstufen von einem oder mehreren gewählten Ladeparametern ab. Auch hierdurch wird das Stromprofil in dem zweiten Ladeprofil derart gewählt, dass ein optimaler Ausgleich zwischen Lebensdauer und Geschwindigkeit des Ladens des Hochvoltenergiespeichers gefunden wird oder der gewünschte Zustand der Zellen am Ende des Ladevorgangs erreicht wird (z.B. bestimmte Entladeperformance).
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird als maximaler Ziel-Ladezustand ein Ladezustand SOC in einem Bereich zwischen SOC = 70% bis SOC = 90% gewählt. Insbesondere wird als maximaler Ziel-Ladezustand ein Ladezustand von SOC = 80% gewählt. Über den maximalen Ziel-Ladezustand hinaus ist es nicht zweckmäßig, ein Schnellladeverfahren durchzuführen, da der Strom bei der hohen Zellspannung so stark reduziert werden muss, dass das Laden einer gewissen Energiemenge sehr lange dauert. Zudem steigt bei hohen Zellspannungen die Wahrscheinlichkeit, dass bei zu hohen Strömen die Speicherzellen stark geschädigt werden (Lebensdauerreduktion).
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird vor dem Laden des Hochvoltenergiespeichers überprüft, ob ein Schnellladekriterium erfüllt ist. Zum Beispiel kann als Schnellladekriterium überprüft werden, ob ein aktueller Wert eines Schnelllademengenzählers, der eine seit Erstinbetriebnahme des Hochvoltenergiespeichers durch Schnellladung in den Hochvoltenergiespeicher geladene Energiemenge repräsentiert, kleiner als ein vorgegebener Schnelllademengengrenzwert ist, wobei das Schnellladen nur bei einem positiven Ergebnis des Vergleichs durchgeführt wird. Durch diese Ausgestaltung wird berücksichtigt, dass durch das Schnellladen mit sehr hohen Ladeströmen die Lebensdauer des Hochvoltenergiespeichers verringert wird. Um eine zu starke Herabsetzung der Lebensdauer zu vermeiden, wird die durch Schnellladung in den Energiespeicher ladbare Energiemenge durch das Setzen des Schnelllademengengrenzwerts verhindert. Zweckmäßigerweise wird der Schnelllademengengrenzwert zwischen 10% und 30% der über die Lebensdauer des Hochvoltenergiespeichers entnehmbaren Energiemenge gewählt. Dieser Wert kann zudem von einer erworbenen Kundenoption abhängen. Grundsätzlich kann der Schnelllademengengrenzwert auch über die genannten Grenzen hinausgehen, wobei Auswirkungen auf die Lebensdauer dann durch Versuch zu verifizieren sind. Als weitere Schnellladekriterien können eine per Schnellladung geladene Energiemenge und/oder eine Ladezeit im Modus Schnellladen und/oder eine Häufigkeit der Schnellladevorgänge berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird vor dem Laden des Hochvoltenergiespeichers überprüft, ob eine gemessene Zelltemperatur einer oder mehrerer der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers größer als eine erste Grenztemperatur ist. Eine Unterschreitung der ersten Grenztemperatur würde durch die beim Schnellladen auftretenden hohen Ströme eine Schädigung der Speicherzelle zur Folge haben. Das Schnellladen erfolgt somit nur dann, wenn die gemessene Zelltemperatur oberhalb der ersten Grenztemperatur liegt. Die erste Grenztemperatur kann z.B. größer als 20°C gewählt werden.
Zusätzlich kann überprüft werden, ob die gemessene Zelltemperatur der Speicherzelle oder Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers kleiner als eine zweite Grenztemperatur, z.B. 30°C bis 35°C, ist. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass das Schnellladen nicht bei einer bereits zu warmen Speicherzelle oder Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers beginnt. Da beim Schnellladen aufgrund der hohen Ladeströme eine starke Erwärmung des Hochvoltenergiespeichers stattfindet, muss zur Vermeidung einer Schädigung des Hochvoltenergiespeichers diese Wärme durch geeignete Kühlungsmaßnahmen, z.B. einen Kühlkreis, des Fahrzeugs, abgeführt werden. Um diese Kühlungsanlage nicht übermäßig groß dimensionieren zu müssen, ist es jedoch erforderlich, dass die Starttemperatur zu Beginn des Schnellladevorgangs möglichst gering (aber jedoch oberhalb der ersten Grenztemperatur) ist. Dies wird durch die Überwachung der zweiten Grenztemperatur sichergestellt.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn eine thermische Vorkonditionierung des Hochvoltenergiespeichers erfolgt, wenn festgestellt wird, dass die gemessene Zelltemperatur nicht zwischen der ersten und der zweiten Grenztemperatur liegt. Eine solche thermische Vorkonditionierung kann, sofern der Hochvoltenergiespeicher in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, durch Kühl- oder Heizmittel des Kraftfahrzeugs reguliert werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine thermische Konditionierung des Hochvoltenergiespeichers erfolgt, wenn die gemessene Zelltemperatur der Speicherzelle oder Speicherzellen bei einer vorgegebenen Zellspannung unterhalb einer dritten Grenztemperatur liegt. Die dritte Grenztemperatur ist vorzugsweise größer als die zweite Grenztemperatur. Dadurch kann eine bestimmte Zelltemperatur in Abhängigkeit der Zellspannung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers berücksichtigt werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine optimale Zelltemperatur für Zellspannungen oberhalb von 4V im Bereich von oberhalb von 35°C bis 45°C liegt, aber kleiner 50°C bis 60°C. Somit kann in diesem Zellspannungsbereich noch mit hohem Strom geladen werden, ohne eine Schädigung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers herbeizuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers;
2 eine schematische Darstellung des Ablaufs bei der Durchführung eines ersten Stromprofils;
3 eine schematische Darstellung des Ablaufs bei der Durchführung eines zweiten Stromprofils;
4 ein Diagramm, das entsprechend eines beispielhaften zweiten Stromprofils den Verlauf des Ladestroms in Abhängigkeit der Zellspannung zeigt; und
5 eine Tabelle, welche exemplarisch Schwellspannungen zeigt, bei deren Erreichen eine Reduktion des Ladestroms vorgenommen wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers. Der in den Figuren nicht dargestellte Hochvoltenergiespeicher kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug (BEV oder PHEV) oder in einer stationären Anwendung vorgesehen sein. In der nachfolgenden Beschreibung wird von einer Anwendung im Fahrzeug ausgegangen. In einer dem Fachmann bekannten Weise weist ein solcher Hochvoltenergiespeicher eine Vielzahl von Speicherzellen auf, welche in einer vorgegebenen Weise seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Jede der Speicherzellen weist in einer dem Fachmann ebenfalls bekannten Weise eine Zellspannung auf, welche, ebenso wie eine Zelltemperatur, messtechnisch mit Hilfe von in einem Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers angeordneten Sensoren erfasst werden. Darüber hinaus umfasst ein solcher Hochvoltenergiespeicher ein Mittel zum Erfassen eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers, um einen Nutzer über die in dem Hochvoltenergiespeicher noch zur Entnahme zur Verfügung stehende Energie zu informieren.
Bei einer Verwendung des Hochvoltenergiespeichers als Energiespeicher für eine Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs ist es erforderlich, den Hochvoltenergiespeicher in möglichst kurzer Zeit möglichst weit wieder aufzuladen, um dem Nutzer des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einer Überlandfahrt, eine ausreichende Reichweite des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen zu können. Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient dazu, den Hochvoltenergiespeicher in kurzer Zeit (z.B. in 15 min) auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand, der maximal im Bereich zwischen SOC = 70% bis SOC = 90% liegt, aufzuladen. Der Ziel-Ladezustand kann abhängig von einem Typ der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers variieren. In der Praxis hat sich ein maximaler SOC = 80% für einen Lithium-Ionen-Speicherzellen aufweisenden Hochvoltenergiespeicher als zweckmäßig herausgestellt.
Um eine Ladezeit im Bereich zwischen 10 bis 15 min zu erreichen, ist es erforderlich, den Hochvoltenergiespeicher mit einer C-Rate von 2 bis 3 C zu laden. Die C-Rate ist definiert als der Quotient aus der Kapazität des Hochvoltenergiespeichers in Amperestunden (Ah) geteilt durch die Zeit in Stunden. Dies bedeutet, 1 C = Kapazität des Hochvoltenergiespeichers [Ah]/1 h. Ein Ladestrom im Bereich von 2 bis 2,5 C stellt den maximal zulässigen Ladestrom des Hochvoltenergiespeichers unter gegebenen Rahmenbedingungen dar. Ein Nachteil des Ladens des Hochvoltenergiespeichers mit derart hohen Strömen ist jedoch, dass damit einhergehend die Anzahl der Vollzyklen erheblich sinkt. In der Praxis hat dies zur Folge, dass bei dauerhaftem Schnellladen des Hochvoltenergiespeichers dessen Lebensdauer sehr gering wäre. Das nachfolgend beschriebene Verfahren berücksichtigt diese unerwünschte Nebenbedingung.
Unter Bezugnahme auf den Ablauf der 1 wird beim Vorliegen einer Schnellladeanforderung in einem Schritt S1 überprüft, ob ein Schnellladekriterium erfüllt ist, das hier beispielhaft durch einen Schnelllademengengrenzwert SL_gr gebildet ist. Als weitere Schnellladekriterien können eine per Schnellladung geladene Energiemenge und/oder eine Ladezeit im Modus Schnellladen und/oder eine Häufigkeit der Schnellladevorgänge berücksichtigt werden. In Schritt S1 wird somit überprüft, ob ein Schnelllademengenzähler einen Wert aufweist, der geringer als ein Schnelllademengengrenzwert SL_gr ist. Der Schnelllademengengrenzwert SL_gr stellt ein Limit dar, wobei das Schnellladen nur bei einem positiven Ergebnis des Vergleichs (Pfad „Ja“) durchgeführt wird. Der Schnelllademengenzähler repräsentiert eine seit Erstinbetriebnahme durch Schnellladung in den Hochvoltenergiespeicher geladene Energiemenge. Der Schnelllademengengrenzwert wird beispielsweise zwischen 10% und 20% der über die Lebensdauer des Hochvoltenergiespeichers entnehmbaren Energiemenge gewählt. Ist der Hochvoltenergiespeicher beispielsweise auf 1000 Vollzyklen (unter einem Vollzyklus wird ein vollständiges Entladen und anschließendes vollständiges Laden des Hochvoltenergiespeichers verstanden) ausgelegt, so können in Abhängigkeit dessen Kapazität beispielsweise 100000 kWh über seine Lebenszeit an Energie entnommen werden. Entsprechend des vorgegebenen Schnelllademengengrenzwerts (z.B. 15%), können 15000 kWh durch Schnellladung in den Hochvoltenergiespeicher geladen werden. Unter der Annahme, dass eine Schnellladung weniger häufig durchgeführt wird, als eine Normalladung, wird die Lebensdauer, z.B. zehn Jahre, durch das beschriebene Vorgehen nicht reduziert.
Überschreitet der Schnelllademengenzähler den Schnelllademengengrenzwert SL_gr (Pfad „Nein“), so wird gemäß Schritt S2 der Schnelllademodus nicht freigegeben. In Schritt S3 wird das Schnellladen abgebrochen.
Ist der Schnelllademengenzähler kleiner als der Schnelllademengengrenzwert SL_gr (Pfad „Ja“), so erfolgt gemäß Schritt S4 eine Festlegung der Ladeparameter. Die Ladeparameter umfassen einen Ziel-Ladezustand, der z.B. von einem Nutzer vorgebbar ist (z.B. SOC = 50%), eine Ladedauer, eine zu ladende Energiemenge/Ladungsmenge, und/oder, je nach Performanceanforderung nach einem Schnellladevorgang, eine Zelltemperatur beim Abschluss des Schnellladevorgangs. Der maximale Ziel-Ladezustand ist abhängig vom Typ der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers und liegt in einem Bereich zwischen SOC_Ziel = 70% bis SOC_Ziel = 90%. Für einen Hochvoltenergiespeicher mit Lithium-Ionen-Speicherzellen wird beispielsweise ein maximaler Ziel-Ladezustand von SOC_Ziel = 80% gewählt.
Die Ladedauer kann durch einen Nutzer des Hochvoltenergiespeichers bzw. des Fahrzeugs beispielsweise vorgegeben werden. Eine Zeitvorgabe ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn der Nutzer des Kraftfahrzeugs die Dauer seines Lade-Stopps zeitlich planen möchte. Eine zeitliche Vorgabe kann auch dann zweckmäßig sein, wenn eine Verrechnung für das Schnellladen nach Zeit erfolgt, um beispielsweise einer möglichst großen Anzahl an Nutzern das Schnellladen an einer entsprechenden Schnellladesäule ermöglichen zu können. In Abhängigkeit von einer vorgegebenen Ladedauer ergibt sich dann in Abhängigkeit eines Ladestroms die in den Hochvoltenergiespeicher ladbare Energiemenge. Alternativ kann der Nutzer des Kraftfahrzeugs auch eine Energiemenge z.B. 10 kWh oder 20 kWh oder einen Ziel-Ladezustand, z.B. SOC = 50%, (was dann einer entsprechenden zusätzlichen Reichweite seines Kraftfahrzeugs entspricht) oder eine gewünschte Reichweite in km (z.B. 200 km) wählen, woraus sich in Verbindung mit dem Ladestrom eine entsprechende Ladedauer bzw. zu ladende Energiemenge/Ladungsmenge ergibt. Eine solche Vorgabe kann durch den Fahrer mittels einer App, welche auf einem Nutzerendgerät des Fahrers des Kraftfahrzeugs oder einer Recheneinheit des Kraftfahrzeugs abläuft selbst vorgewählt werden. Gegebenenfalls kann auch eine automatische Vorgabe durch das Fahrzeug oder eine Zentralrecheneinheit, welche eine geplante Route des Fahrzeugs verarbeitet, vorgenommen werden. Hierdurch ist beispielsweise auch eine Buchung einer Ladesäule im Vorhinein möglich.
Infolge des Schnellladens des Hochvoltenergiespeichers ergibt sich eine Erwärmung der Speicherzellen. Die Erwärmung wird umso stärker, je länger der Schnellladevorgang dauert und/oder je höher der Ladestrom ist. Nach Beendigung des Ladevorganges weist der Hochvoltenergiespeicher eine bestimmte Temperatur auf, die in Abhängigkeit der weiteren Nutzung des Kraftfahrzeugs sinken oder weiter ansteigen kann. Ein weiterer Anstieg wird durch eine sehr hohe Stromentnahme, beispielsweise aufgrund einer Autobahnfahrt mit hoher Geschwindigkeit, möglich. Weiß der Fahrer oder ergibt sich für die Recheneinheit des Navigationssystems aufgrund des bekannten Routenverlaufs, dass eine starke Stromentnahme nach Wiederaufnahme der Fahrt erfolgt, so kann der Ladevorgang derart gesteuert werden, dass der Hochvoltenergiespeicher am Ende des Ladevorgangs eine bestimmte Temperatur, die die beschriebene Nutzung erlaubt, nicht übersteigt.
In Abhängigkeit der beschriebenen Ladeparameter sowie eines gegenwärtigen Gesundheitszustands SOH (State of Health) der Speicherzellen ergibt sich ein optionaler Faktor f, der nachfolgend als Reduktionsfaktor f für den maximal zulässigen Ladestrom I_max bezeichnet wird. Die Berücksichtigung des SOH ermöglicht eine Anpassung des Ladeverfahrens an den Alterungszustand der Speicherzellen. Der Reduktionsparameter f kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen, d.h. 0 < f < 1. Beträgt der Reduktionsparameter somit f = 1, so erfolgt ein Laden mit einem maximal zulässigen Ladestrom I_max. Soll gemäß dem oben genannten Beispiel beispielsweise eine bestimmte Zelltemperatur nach Beendigung des Schnellladens nicht überschritten werden, so kann beispielsweise ein Reduktionsfaktor von f = 0,8 gewählt werden, so dass ein maximal zulässiger Ladestrom von 0,8·I_max zur Anwendung gelangt. Allgemein kann der Reduktionsfaktor abhängig von den oben genannten Ladeparametern sein. Der Reduktionsparameter kann beispielsweise umso größer sein, je kürzer die Ladedauer gewählt wird. Die Höhe des Reduktionsparameters kann auch von einem optional von einem Kunden zu erwerbenden Optionspaket festgelegt werden.
Nach der Festlegung der Ladeparameter in Schritt S4 erfolgt in Schritt S5 eine Überprüfung der erfassten Zelltemperatur T gegenüber einer ersten Grenztemperatur T₁ und einer zweiten Grenztemperatur T₂. Unterhalb der ersten Grenztemperatur T₁ wird, um eine Schädigung des Hochvoltenergiespeichers zu vermeiden, ein Schnellladen unterbunden. Ebenso wird der Schnelllademodus nicht freigegeben, wenn die erfasste Zelltemperatur T größer als die zweite Grenztemperatur T₂ ist. Das Temperaturfenster, in dem der Schnelllademodus freigegeben wird, kann sich in einem Bereich zwischen T₁ = 15°C bis 20°C und T₂ = 30°C bis 35°C bewegen. Liegt die gemessene Zelltemperatur T außerhalb des definierten Temperaturfensters, erfolgt gemäß Schritt S6 eine thermische Vorkonditionierung. Anschließend erfolgt eine erneute Rückkehr zu Schritt S5, wobei erneut die erfasste Zelltemperatur mit den festgelegten ersten und zweiten Grenztemperaturen T₁ und T₂ verglichen wird.
Die erste Grenztemperatur T₁ ist insbesondere abhängig vom Zelltyp der Speicherzellen. Die zweite Grenztemperatur T₂ dient dazu, eine hohe Performanz des Schnellladens zu gewährleisten. Wäre der Beginn des Schnellladens auch bei Temperaturen oberhalb der zweiten Grenztemperatur T₂ zulässig, so müsste in Folge der sich beim Schnellladen erwärmenden Speicherzellen eine übermäßig große Wärmenergie abgeführt werden. In der Regel verfügt ein Kraftfahrzeug jedoch nicht über ausreichende Kühlmittel, um eine derartige während des Schnellladens anfallende Wärmeenergie abzuführen. Das Überschreiten der zweiten Grenztemperatur T₂ führt daher zwar zu einem Verweigern des Schnellladens, stellt jedoch an sich kein Abbruchkriterium dar, da ein Laden mit geringem Ladestrom ohne weiteres möglich ist.
Die in Schritt S6 ggf. durchzuführende thermische Vorkonditionierung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Ist der Hochvoltenergiespeicher vor Beginn des Schnellladens mit einem Ladeanschluss verbunden, so kann die Heizung oder Kühlung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers über den Ladeanschluss erfolgen. Ist während der Fahrt des Kraftfahrzeugs bekannt, dass in Kürze ein Schnellladen zu erfolgen hat, so kann dies vor Ankunft an der Schnellladestation durch Aktivierung einer Kühleinrichtung oder Deaktivierung der Kühleinrichtung oder durch Aktivierung einer Heizung erfolgen. Abhängig von einer Reiseroute muss die thermische Vorkonditionierung ggf. vor dem Schnellladen gestartet werden. Die thermische Vorkonditionierung kann beispielsweise auch eine Empfehlung hinsichtlich des Fahrverhaltens an den Fahrer des Kraftfahrzeugs umfassen, z.B. zur Reduktion der Geschwindigkeit.
Ergibt die Überprüfung im Schritt S5, dass sich die Zelltemperatur T zwischen der ersten und der zweiten Grenztemperatur T₁ und T₂ befindet (Pfad „ja“), so wird in Schritt S7 der Schnelllademodus freigegeben.
In Schritt S8 wird überprüft, ob ein erfasster Ladezustand SOC des Hochvoltenergiespeichers kleiner als ein vorgegebener Ladezustands-Grenzwert SOC_gr ist (Schritt S8). Ist dies der Fall (Pfad „ja“), so erfolgt gemäß Schritt S9 ein Laden mit einem ersten Ladeprofil. Ist die Überprüfung in Schritt S8 negativ (Pfad „nein“), so erfolgt gemäß Schritt S10 ein Laden mit einem zweiten Ladeprofil. Die Beendigung des Ladens mit dem zweiten Ladeprofil führt in Schritt S11 zu einem Abschluss des Schnellladeverfahrens. Ebenso führen ein vom Kunden vorgegebener Ziel-SOC (z.B. 50%), eine gewählte Energiemenge oder eine gewählte Ladezeit (z.B. 10 Minuten) zum Abschluss des Schnellladevorgangs.
Der Ladezustands-Grenzwert SOC_gr ist abhängig vom Zelltyp der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers und liegt in einem Bereich zwischen 15% und 40%. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Ladezustands-Grenzwert zweckmäßigerweise kleiner als 30% gewählt wird, d.h. SOC_gr < 30%.
Beim Laden des Hochvoltenergiespeichers mit dem ersten Ladeprofil gemäß Schritt S9 erfolgt das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom I_max, der ggf. mit dem Reduktionsfaktor f korrigiert ist. Das Vorgehen des Ladens mit dem ersten Ladeprofil ist schematisch in 3 dargestellt. In einem Schritt S91 wird überprüft, ob eine gemessene Zellspannung U kleiner als eine maximale Zellspannung U_max ist. Die maximale Zellspannung U_max repräsentiert eine Ladeschlussspannung. Ist diese Bedingung erfüllt (Pfad „ja“), so erfolgt ein Laden mit einem konstanten Strom, was auch als CC-Laden bezeichnet wird. Die Stromhöhe ergibt sich aus dem Produkt des Reduktionsfaktors f und dem maximal zulässigen Ladestrom I_max, d.h. f·I_max. Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S8 in 1 zurück, so dass wiederum der gemessene Ladezustand SOC mit dem Ladezustands-Grenzwert SOC_gr überprüft wird. Ist der gemessene Ladezustand weiterhin kleiner als der Ladezustands-Grenzwert SOC_gr, so fährt das Verfahren mit Schritt S91 fort. Ergibt die Überprüfung, dass die gemessene Zellspannung die Ladeschlussspannung U_max erreicht hat (Pfad „nein“), so fährt das Verfahren mit Schritt S93 fort. In Schritt S93 erfolgt ein Laden, bei dem auf die Ladeschlussspannung U_max geregelt wird. Das Laden mit einer konstanten Spannung wird auch als CV-Laden bezeichnet. Anschließend kehrt das Verfahren wiederum zu Schritt S8 in 1 zurück.
Das Laden mit dem zweiten Ladeprofil wird unter Bezugnahme auf die 2 und 4 nachfolgend beschrieben. 2 zeigt dabei einen exemplarischen Strom-Spannungsverlauf, der sich bei Durchführung des in 4 beschriebenen Verfahrens einstellt. Bedingung für die Durchführung des zweiten Ladeprofils ist, wie Schritt S8 in 8 vorgibt, dass der gemessene Ladezustand SOC größer als der Ladezustands-Grenzwert SOC_gr ist. Die Durchführung des zweiten Ladeprofils führt in diesem Beispiel zu einem gestuften Stromprofil (siehe 2), wobei die Stufen aus einer Abhängigkeit einer gemessenen Zellspannung U resultieren. Beispielhaft weist das zweite Ladeprofil vier Stufen auf. Es versteht sich, dass dies lediglich exemplarisch zwecks Beschreibung des vorliegenden Verfahrens gewählt ist. Die Anzahl der Stufen könnte kleiner oder größer als vier sein.
Mit Bezugnahme auf 4 wird in Schritt S101 die gemessene Zellspannung U mit einer ersten Schwellspannung U₁ verglichen. Ist die gemessene Zellspannung U kleiner als die erste Schwellspannung U₁, d.h. U < U₁ (Pfad „ja“), so erfolgt ein Laden mit konstantem Strom (CC-Laden). Die Höhe des Stromes ergibt sich aus dem Produkt des Reduktionsfaktors f mit dem maximal zulässigen Strom I_max, d.h. f·I_max (Schritt S102). Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S101 zurück. Sobald die gemessene Zellspannung U die erste Schwellspannung U₁ überschreitet, fährt das Verfahren mit Schritt S103 fort. In Schritt S103 erfolgt ein Konstantspannungsladen (CV-Laden), wobei auf die erste Schwellspannung U₁ geregelt wird, bis ein Strom I erreicht wird, der sich aus einem ersten Reduktionsfaktor f₁ und dem maximal zulässigen Strom I_max ergibt sich, d.h. I = f1·I_max. Der erste Reduktionsfaktor f₁ ergibt sich durch Multiplikation des Reduktionsfaktors f mit einem vorher festgelegten Wert z.B. in einem Bereich von 90% bis 80%. Hieraus ergibt sich die in 2 gezeigte erste Stufe bei der ersten Schwellspannung U₁, wobei hier eine harte Stufe ohne CV-Laden dargestellt ist.
Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S104 fort. In Schritt S104 wird überprüft, ob die gemessene Spannung U kleiner als eine zweite Schwellspannung U₂ ist, d.h. U < U₂. Dabei ist U₂ > U₁. Ist dies der Fall (Pfad „ja“), so erfolgt ein CC-Laden mit einem Strom I = f₁·I_max (Schritt S105). Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S104 zurück. Ergibt die Überprüfung in Schritt S104, dass die gemessene Spannung größer als die zweite Schwellspannung U₂ ist, so fährt das Verfahren mit Schritt S106 fort. In Schritt S106 erfolgt ein CV-Laden, wobei auf die zweite Schwellspannung U₂ geregelt wird, bis ein Strom I = f₂·I_max erreicht ist. Der zweite Reduktionsfaktor f₂ ergibt sich durch Multiplikation des Reduktionsfaktors f mit einem vorher festgelegten Wert, z.B. in einem Bereich von 80% bis 65%. Hieraus ergibt sich die in 2 gezeigte zweite Stufe bei der zweiten Schwellspannung U₂, wobei auch hier wiederum eine harte Stufe ohne CV-Laden dargestellt ist.
Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S107 fort. In Schritt S107 wird überprüft, ob die gemessene Spannung U kleiner als eine dritte Schwellspannung U₃ ist, d.h. U < U₃. Dabei ist U₃ > U₂. Ist dies der Fall (Pfad „ja“), so erfolgt ein CC-Laden mit einem Strom I = f₂·I_max (Schritt S108). Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S107 zurück. Ergibt die Überprüfung in Schritt S107, dass die gemessene Spannung größer als die dritte Schwellspannung U₃ ist, so fährt das Verfahren mit Schritt S109 fort. In Schritt S109 erfolgt ein CV-Laden, wobei auf die dritte Schwellspannung U₃ geregelt wird, bis ein Strom I = f₃·I_max erreicht ist. Der dritte Reduktionsfaktor f₃ ergibt sich durch Multiplikation des Reduktionsfaktors f mit einem vorher festgelegten Wert, z.B. in einem Bereich von 65% bis 45%. Hieraus ergibt sich die in 2 gezeigte zweite Stufe bei der dritten Schwellspannung U₃, wobei auch hier wiederum eine harte Stufe ohne CV-Laden dargestellt ist.
Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S110 fort. In Schritt S110 wird überprüft, ob die gemessene Zellspannung U kleiner als die Ladeschlussspannung U_max ist, d.h. U < U_max, wobei U_max > U₃ ist. Ist dies der Fall (Pfad „ja“), so erfolgt ein CC-Laden mit einem Strom I = f₃·I_max (Schritt S111). Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S110 zurück. Erreicht die gemessene Zellspannung U die Ladeschlussspannung U_max (Pfad „nein“), so fährt das Verfahren mit Schritt S112 fort. In Schritt S112 erfolgt ein CV-Laden, wobei auf die Ladeschlussspannung U_max geregelt wird, bis ein vorher definierter Abbruchstrom (z.B. 0,5C) oder ein anderes Abbruchkriterium erreicht wird. Das Abbruchkriterium kann ein vom Kunden vorgegebener Ziel-SOC (z.B. 50%), eine gewählte Energiemenge oder eine gewählte Lade-Zeit (z.B. 10 Minuten) sein. Dies ist in 2 als letzte Stufe dargestellt, wobei der senkrecht Abfall der CV-Ladephase des Schritts S112 entspricht.
Während der Durchführung des Schnellladens wird sowohl beim Laden mit dem ersten Ladeprofil als auch beim Laden mit dem zweiten Ladeprofil die Temperatur der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers permanent überprüft. Erreicht die Temperatur ein vorgegebenes Zelltemperaturlimit, z.B. im Bereich von 55°C bis 60°C, so wird in jedem Fall der Ladestrom derart reduziert, dass sich keine weitere signifikante Erwärmung der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers ergibt.
Darüber hinaus erfolgt während des Schnellladens die regelmäßige Überprüfung, ob der erfasste Ladezustand kleiner als der vorgegebene Ziel-Ladezustand SOC_Ziel ist. Ist dieser erreicht, so wird das Schnellladen beendet.
Im Ergebnis bedeutet dies, dass unterhalb des vorgegebenen Ladezustands-Grenzwerts SOC_gr ein Laden mit 100% des maximalen zulässigen Ladestroms I_max erfolgen kann. Bei einem Ladezustand über dem Ladezustands-Grenzwert SOC_gr wird mit einem zellspannungsgeführten Stromprofil geladen. Dabei wird durch das Schnellladen ein vorgegebener maximaler Zielladezustand SOC_Ziel nicht überschritten.
5 zeigt eine Tabelle, in der typische Werte für die erste, die zweite und die dritte Schwellspannung U₁, U₂ und U₃ sowie die Ladeschlussspannung U_max angegeben sind.
Bezugszeichenliste

SOC

Ladezustand

SOCZiel

Ziel-Ladezustand

SOCgr

Ladezustands-Grenzwert

U₁, U₂, U₃

Schwellspannung

U_max

maximale Zellspannung

I_max

maximal zulässiger Ladestrom

f

Reduktionsfaktor für maximal zulässigen Ladestrom I_max

f₁, f₂, f₃

Reduktionsfaktor

T₁

erste Grenztemperatur

T₂

zweite Grenztemperatur

T₃

dritte Grenztemperatur

C

C-Rate (C-Faktor)

SLgr

Schnelllademengengrenzwert

Claims

Verfahren zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers, der eine Anzahl von Speicherzellen mit einer Zellspannung umfasst, auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand (SOC_Ziel), mit den Schritten: – Erfassen eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers; – Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem ersten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand einen vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert unterschreitet, wobei in dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom (I_max) erfolgt; und – Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem zweiten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert (SOC_gr) überschreitet, wobei in dem zweiten Ladeprofil, ausgehend von dem maximal zulässigen Strom (I_max) als Startladestrom des zweiten Ladeprofils, das Laden mit, insbesondere schrittweise, abnehmendem Strom oder Strömen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ladezustands-Grenzwert (SOC_gr) einen Ladezustand SOC in einem Bereich zwischen SOC = 15% bis SOC = 40%, insbesondere zwischen SOC = 20% bis SOC = 30%, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei dem ersten Ladeprofil das Laden mit dem konstanten, maximal zulässigen Strom (I_max) erfolgt bis eine gemessene Zellspannung eine vorgegebene maximale Zellspannung (U_max) erreicht und ab dem Erreichen der vorgegebenen maximalen Zellspannung (U_max) ein auf die maximale Zellspannung (U_max) geregeltes Laden erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem zweiten Ladeprofil das Laden mit einem oder mehreren konstanten und mit zunehmender Zellspannung abnehmenden Strömen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem für die Zellspannung (U) zumindest eine Schwellspannung (U₁, U₂, U₃) definiert ist, wobei beim Erreichen einer jeweiligen definierten Schwellspannung (U₁, U₂, U₃) der Ladestrom I verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Ladestrom sprunghaft oder monoton fallend auf einen der Schwellspannung (U₁, U₂, U₃) jeweils vorgegebenen Strom verringert wird oder eine Regelung des Ladestroms auf die jeweilige Schwellspannung (U₁, U₂, U₃) erfolgt bis der für die jeweilige Schwellspannung (U₁, U₂, U₃) zugeordnete Strom erreicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Höhe des maximalen Stroms (I_max) abhängig von einem oder mehreren gewählten Ladeparametern, umfassend zumindest eine geplante Ladedauer und/oder eine zu ladende Energiemenge und/oder eine verbleibende Schnelllademenge und/oder einem Gesundheitszustand des Hochvoltenergiespeichers, gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Startladestrom des zweiten Ladeprofils und/oder die Anzahl der Stromstufen der mehreren Ströme und/oder der Übergang zwischen den Stromstufen von einem oder mehreren gewählten Ladeparametern abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als maximaler Ziel-Ladezustand (SOC_Ziel) ein Ladezustand SOC in einem Bereich zwischen SOC_Ziel = 70% bis SOC_Ziel = 90%, insbesondere SOC_Ziel = 80%, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Laden des Hochvoltenergiespeichers überprüft wird, ob ein Schnellladekriterium erfüllt ist, wobei das Schnellladen nur bei einem positiven Ergebnis der Überprüfung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der die Überprüfung des Schnellladekriteriums umfasst, ob ein aktueller Wert eines Schnelllademengenzählers, der eine seit Erstinbetriebnahme durch Schnellladung in den Hochvoltenergiespeicher geladene Energiemenge repräsentiert, kleiner als ein vorgegebener Schnelllademengengrenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem als Schnellladekriterium eine per Schnellladung geladene Energiemenge und/oder eine Ladezeit im Modus Schnellladen und/oder eine Häufigkeit der Schnellladevorgänge berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Laden des Hochvoltenergiespeichers überprüft wird, ob eine gemessene Zelltemperatur einer oder mehrerer der Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers größer als eine erste Grenztemperatur (T₁) ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zusätzlich überprüft wird, ob die gemessene Zelltemperatur der Speicherzelle oder Speicherzellen des Hochvoltenergiespeichers kleiner als eine zweite Grenztemperatur (T₂) ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem eine thermische Vorkonditionierung des Hochvoltenergiespeichers erfolgt, wenn festgestellt wird, dass die gemessene Zelltemperatur nicht zwischen der ersten und der zweiten Grenztemperatur (T₁, T₂) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine thermische Konditionierung des Hochvoltenergiespeichers erfolgt, wenn die gemessene Zell-temperatur der Speicherzelle oder Speicherzellen bei einer vorgegebenen Zellspannung unterhalb einer dritten Grenztemperatur liegt.
Vorrichtung zum Schnellladen eines Hochvoltenergiespeichers, der eine Anzahl von Speicherzellen mit einer Zellspannung umfasst, auf einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand SOC, umfassend: – ein erstes Mittel zum Erfassen eines Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers; – ein zweites Mittel zum Vergleichen des erfassten Ladezustands mit einem vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert; – ein drittes Mittel zum Laden des Hochvoltenergiespeichers mit einem ersten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert unterschreitet, wobei in dem ersten Ladeprofil das Laden mit einem konstanten, maximal zulässigen Strom (I_max) erfolgt und zum Laden des Hoch- voltenergiespeichers mit einem zweiten Ladeprofil, wenn der erfasste Ladezustand den vorgegebenen Ladezustands-Grenzwert überschreitet, wobei in dem zweiten Ladeprofil, ausgehend von dem maximal zulässigen Strom (I_max) als Startladestrom des zweiten Ladeprofils, das Laden mit schrittweise abnehmendem Strom oder Strömen erfolgt.