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Die Erfindung betrifft eine vernetzte Batterieladeschaltung für das Laden einer Fahrzeugbatterie. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen einer vernetzten Batterieladeschaltung.
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Elektrische Batterien, auch Akkumulatoren genannt, werden vermehrt für den Antrieb von Fahrzeugen verwendet. Hierbei kann eine Batterie aus mehreren Teilbatterien bestehen, die insgesamt Antriebsenergie speichern und während der Fahrt des Fahrzeugs bereitstellen. Das Laden von Batterien in Elektrofahrzeugen ist ein bedeutender Faktor für deren Durchdringung und Langlebigkeit. Insbesondere Schnellladevorgänge üben Stress auf die Batterie aus, was die Langlebigkeit der Batterie vermindern kann. Ferner ist von Nachteil, dass sich die Kapazität einer Batterie bei niedrigen Temperaturen verringert.
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US 2010/0019728 A1 beschreibt eine Heizvorrichtung für eine Batterie, mit der eine Batterie in einen Zustand gebracht werden kann, so dass die verfügbare Kapazität der Batterie verbessert wird.
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Ferner schlägt
US 2011/0118919 A1 vor, die Abwärme einer Batterie zu nutzen, um einen Innenraum eines Fahrzeugs zu erwärmen.
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Bisher fehlen jedoch Konzepte zum weiteren Optimieren des Ladevorganges einer Batterie, um diese möglichst wenig während des Ladevorgangs zu beanspruchen. Stattessen werden derzeit Schnellladeverfahren verwendet, die eine Fahrzeugbatterie sehr stark beanspruchen, was zu einer verkürzten Lebensdauer der Fahrzeugbatterie führen kann. Demnach stellt sich die technische Aufgabe, Lösungen zur Verbesserung des Ladevorganges einer Fahrzeugbatterie zu finden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 sowie mit dem Gegenstand des Anspruchs 6 gelöst.
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Es wird eine vernetzte Batterieladeschaltung für das Laden einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Hierbei ist vorgesehen, dass die vernetzte Batterieladeschaltung eine Verarbeitungseinheit aufweist zum Verarbeiten einer Information, wobei aus der Information eine prognostizierte Abfahrtszeit des Fahrzeugs ermittelbar ist, um ein Laden der Fahrzeugbatterie einzuleiten.
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Es wird demnach eine Information verwendet, um eine mögliche Abfahrtszeit des Fahrzeugs zu prognostizieren. Ein Aufladen der Batterie des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugbatterie wird zeitlich so eingeleitet, so dass der Ladevorgang zur prognostizierten Abfahrtszeit abgeschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fahrzeugbatterie nicht unnötig lange vorher geladen wird. Ferner hat es den Vorteil, dass die Fahrzeugbatterie zum Zeitpunkt der prognostizierten Abfahrtszeit eine Betriebstemperatur aufweist. Hierbei ist idealerweise die prognostizierte Abfahrtszeit identisch oder nahezu identisch mit der tatsächlichen Abfahrtszeit.
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Der Begriff „vernetzt“ in Bezug auf die Batterieladeschaltung bedeutet, dass die Batterieladeschaltung auf verschiedenen Wegen, mindestens jedoch auf einem Weg eine notwendige Information erhalten kann, um hierauf basierend eine mögliche Abfahrtszeit des Fahrzeugs zu prognostizieren. Die Information kann von einer Datenquelle bereitgestellt werden, beispielsweise von einer externen Einheit außerhalb des Fahrzeugs und/oder von einer Einheit innerhalb des Fahrzeugs. Eine Information aus einer externen Quelle ist beispielsweise über eine Funkverbindung möglich. Eine Information aus dem Fahrzeug selbst stammt beispielsweise aus einem Datenspeicher des Fahrzeugs, der Gewohnheiten des Fahrers einschließlich der regelmäßigen und wiederkehrenden Bewegungen des Fahrzeugs aufzeichnet und diese Information der Batterieschaltung zur Verfügung stellt. Aus der zur Verfügung gestellten Information kann eine Auswerteeinheit der vernetzten Batterieschaltung die Gewohnheiten des Fahrzeugnutzers erlernen und hieraus eine prognostizierte Abfahrtszeit ermitteln.
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Die vernetzte Batterieschaltung ist vorzugsweise in einem Fahrzeug installiert. Eine weitere Möglichkeit zur Installation der vernetzten Batterieschaltung ist beispielsweise an oder in einer Ladesäule für elektrische Energie, an der sich das Fahrzeug identifiziert, und die Informationen in Bezug auf das Fahrzeug analysieren kann. Demnach kann die Batterie Teil eines elektrischen Antriebes des Fahrzeugs sein. Es kann ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein, d.h. ein Fahrzeug, das eine alternative Antriebsmöglichkeit zusätzlich zu einem Elektroantrieb hat.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vernetzten Batterieladeschaltung kann vorgesehen werden, dass die vernetzte Batterieladeschaltung einen Empfänger aufweist, mit dem die Information von einem Gerät außerhalb des Fahrzeugs empfangen wird. Dies bedeutet, dass das Gerät oder die Informationsquelle nicht Teil des Fahrzeugs ist, sondern von einer Einheit außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Das Gerät kann beispielsweise ein Mobilgerät des Fahrzeugfahrers oder Fahrzeugnutzers sein, beispielsweise ein Smartphone mit einer Applikation zur Kommunikation mit dem Fahrzeugt. Der Empfänger im Fahrzeug oder an der Ladesäule kann hierbei ein Funkempfänger sein, mit dem beispielsweise über WLAN oder Mobilfunk die Information empfangen werden kann. Von Vorteil ist hierbei, dass die Batterieladeschaltung auch aktuelle Informationen empfangen kann und diese für die prognostizierte Abfahrtszeit berücksichtigen kann. Somit kann eine Vielzahl von Informationen als eine Grundlage zur Prognose der Abfahrtszeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden, wie beispielsweise Wetterdaten, Wochentag, Ferienzeiten, Stauprognosen und ähnliches. Diese zusätzlichen Daten können die gewöhnlichen Abfahrtszeiten des Fahrzeugs beeinflussen, da beispielsweise der Fahrer seine Fahrt zum Büro früher beginnt, wenn Schneefall oder Glätte auf den Straßen vorhanden ist. Ferner kann beispielsweise die vernetzten Batterieladeschaltung Informationen aus einem elektronischen Terminkalender des Fahrers empfangen, so dass beispielsweise Urlaubszeiten bei der Prognose der Abfahrtzeit berücksichtigt werden, da der Fahrer beispielsweise an diesen Tagen das Fahrzeug überhaupt nicht oder nur selten verwendet.
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Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Gerät außerhalb des Fahrzeugs Teil eines Smart Home Systems ist. Das Gerät, das der vernetzten Batterieladeschaltung Information bereitstellt, beispielsweise über eine Funkverbindung zusendet, kann im Haushalt des Fahrzeugnutzers installiert sein. Unter einem „Smart Home System“ wird eine Installation von vernetzten Geräten verstanden, die in einem oder an einem Gebäude installiert sind, um Automatisierungen vorzunehmen, wie beispielsweise die Rolläden elektrisch zu betätigen oder eine Kaffeemaschine für das Frühstück einzuschalten. Aus solchen Informationen kann auf eine potentielle Abfahrtszeit des Fahrers des Fahrzeugs geschlossen werden, da dieser beispielsweise zwischen 20 und 30 Minuten nach Betätigung der Kaffeemaschine das Haus verläßt und mit dem Fahrzeug abfährt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vernetzten Batterieladeschaltung kann die prognostizierte Abfahrtszeit des Fahrzeugs auf historischen Daten basieren. Unter „historischen Daten“ werden Informationen verstanden, die bisherige Gewohnheiten des Fahrzeugnutzers wiederspiegeln. Dies kann beispielsweise eine Information sein, dass der Fahrer an einem bestimmten Wochentag eine zeitlich spätere Abfahrtszeit hat als an anderen Wochentagen. Demnach kann die vernetzte Batterieladeschaltung auf der Grundlage von bisher gesammelten Daten die Gewohnheiten des Fahrzeugnutzers lernen und dieses Erlernte für die Prognose einer möglichen Abfahrtszeit verwenden.
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Ferner kann mit Vorteil vorgesehen, werden, dass mit der vernetzten Batterieladeschaltung der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie zeitlich so einleitbar ist, dass zu der prognostizierten Abfahrtszeit des Fahrzeugs die Fahrzeugbatterie aufgeladen ist und dabei die Fahrzeugbatterie eine vorgesehene Betriebstemperatur hat. Somit wird der Ladevorgang nicht unnötig lange im Voraus eingeleitet. Der Ladevorgang endet vielmehr idealerweise kurz vor der tatsächlichen Abfahrtszeit, so dass sich die Batterietemperatur, die während des Ladevorgangs ansteigt, nicht wieder verringert. Auf diese Weise ist es möglich, die Batterie schonend zu betreiben, da sie bei vorgesehener Betriebstemperatur zu Fahrtbeginn betrieben wird.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen einer vernetzten Batterieladeschaltung aufweisend ein Verarbeiten einer Information, wobei aus der Information eine prognostizierte Abfahrtszeit des Fahrzeugs ermittelbar ist, um ein Laden der Fahrzeugbatterie einzuleiten. Hierbei können die beschriebenen Eigenschaften der vernetzten Batterieladeschaltung verwendet werden.
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Insgesamt wird eine intelligente Aufladestrategie vorgeschlagen, die einen wahrscheinlichen bzw. möglichen Nutzungszeitpunkt des Fahrzeugs verwendet, d.h. die prognostizierte Abfahrtszeit berücksichtigt. Dieser Zeitpunkt kann gelernt und/oder durch verletzte Haushaltsgeräte, wie z.B. ein Smart Home System, bereitgestellt werden. Zur Optimierung der nutzbaren Batteriekapazität wird ferner die Eigenwärme der Batterien berücksichtigt, wobei kein zusätzliches Gerät, wie ein Heizelement verwendet wird.
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Es wird eine Optimierung des Ladevorgangs angestrebt, um eine ideale Temperatur zu verwenden und somit einen idealen Wirkungsgrad zu erhalten. Der Ladevorgang der Batterie wird so schonend wie möglich über einen langen Zeitraum ablaufen, wobei hierzu nicht zwangsweise der ideale Temperaturpunkt gewählt werden muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf ein Ausführungsbeispiels sowie anhand einer Figur.
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Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen vernetzten Batterieladeschaltung zum Laden einer Fahrzeugbatterie.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 10, in dem eine erfindungsgemäße vernetzte Batterieladeschaltung 11 installiert ist, um eine Batterie 12 des Fahrzeugs 10 zu laden. Das Fahrzeug 10 ist ein Elektrofahrzeug und ist an einer Ladestation 13 positioniert, um Energie von der Ladestation 13 für die Fahrzeugbatterie 12 zu erhalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 10 über ein Ladekabel 14 mit der Ladestation 13 verbunden. Alternativ kann der Batterie 12 über Induktion oder sonstige geeignete Weise Energie zugeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die vernetzte Batterieladeschaltung 11 Teil der Ladevorrichtung, beispielsweise der Ladesäule 13 ist und außerhalb des Fahrzeugs 10 installiert ist, die eine Steuerung des Batterieladevorgangs zum Laden der Batterie 12 im Fahrzeug 10 vornehmen kann. Ferner ist die vernetzte Batterieladeschaltung 11 über eine Verbindung 15 mit der Fahrzeugbatterie 12 verbunden. Diese Verbindung 15 kann Teil einer elektronischen Steuerung der vernetzten Batterieladeschaltung 11 sein, um den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 12 zu steuern.
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In der Nähe der Ladestation 13 befindet sich ein Gebäude 20, in dem ein Smart Home System 21 installiert ist. Über eine Funkverbindung 22 kann kann dieses System 20 Information 23 in Form einer Datenübertragung an das Fahrzeug 10 senden. Hierbei ist ein externes Gerät 24, beispielsweise ein Smart Home Hub oder eine zentrale Einheit des Smart Home Systems 21, mit einem Sender 25 ausgestattet, so dass die Information 23 aus dem Smart Home System 21 dem Fahrzeug 10 zur Verfügung gestellt werden kann. Alternativ kann auch die Ladesäule 13 Teil des Smart Home Systems 21 sein, so dass diese über eine Funkverbindung oder über eine drahtgebundene Verbindung die Information 23 zur Verfügung stellen kann.
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Zum Empfang der Information 23 über die Funkverbindung 22 zwischen dem Smart Home System 20 und dem Fahrzeug 10 weist die vernetzte Batterieladeschaltung 11 zusätzlich zu einer Verarbeitungseinheit 16 zur Auswertung von Daten einen Empfänger 17 auf, der über die Funkverbindung 22 die Information 23 empfangen kann. Die vernetzte Batterieladeschaltung 11 kann auch Teil des Smart Home Systems 20 sein und von einer zentralen Einheit 24 als eines der vernetzten Gerät des Systems 20 berücksichtigt werden. Mit der empfangenen Information 23 ist es der vernetzten Batterieladeschaltung 11 möglich, eine Prognose für eine mögliche Abfahrtszeit des Fahrzeugs 10 zu berechnen. Auf der Grundlage dieser Prognose unter Berücksichtigung der notwendigen Ladezeit wird ein Aufladevorgang der Batterie 12 rechtzeitig eingeleitet, so dass das Fahrzeug 10 zum prognostizierten Abfahrtszeitpunkt fahrbereit ist und die Batterie 12 zu diesem Zeitpunkt eine vorgesehene Betriebstemperatur aufweist.
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Nun wird näher eine mögliche Ausführungsform eines Ladevorgangs der Batterie 12 erläutert. Durch die erhaltene Information 23 zu einem ersten Zeitpunkt t1 wird ein möglicher Beginn des Ladens der Batterie 12 von der vernetzten Batterieladeschaltung 11 in Betracht gezogen. Dieser erste Zeitpunkt t1 kann als Triggerzeitpunkt verstanden werden. Der Triggerzeitpunkt muss aber nicht sofort ein Laden der Batterie 12 einleiten, da zunächst eine mögliche Abfahrtszeit des Fahrzeugs 10 aufgrund der Information 23 prognostiziert wird. Liegt die prognostizierte Abfahrtszeit zeitlich länger entfernt vom Triggerzeitpunkt als die notwendige Zeit einen Ladevorgang, so wird erst zu einem zweiten Zeitpunkt t2 der Ladevorgang eingeleitet. Die Länge des Ladevorgangs wird bei der Auswahl des Ladebeginns berücksichtigt, so dass die Fahrzeugbatterie 12 am Ende des Ladevorgangs mit der prognostizierten Abfahrtszeit als dritten Zeitpunkt t3 übereinstimmt. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Batterie 12 zu dem prognostizierten Abfahrtzeitpunkt vollständig geladen ist und gleichzeitig ihre Betriebstemperatur erreicht hat, wobei der prognostizierte Abfahrtszeitpunkt idealerweise dem tatsächlichen Abfahrtszeitpunkt entspricht.
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Insgesamt ist eine Prognose möglich, da das Fahrzeug 10 aus den bisher üblichen Abfahrtszeiten des Fahrzeugnutzers gelernt hat und entsprechend den Ladezyklus anpassen kann. Demzufolge ist bei der tatsächlichen Abfahrt des Fahrzeugs 10 die Batterie 12 geladen und auf Betriebstemperatur durch Eigenerwärmung der Batterie 12 gebracht worden. Es wird die Standphase des Fahrzeugs 10 optimiert genutzt, um möglichst schonend die Batterie 12 zu laden. Zusätzlich kann das Fahrzeug 10 mit Smart Home Geräten 24, wie z.B. Licht, Heizung, Kaffeemaschine, Smart Home Hub, etc., oder dem Handy/Wecker verbunden und kann hierüber entsprechend getriggert werden. So ist beispielsweise aus historischen Daten, d.h. aus den Gewohnheiten des Fahrzeugnutzers dem Fahrzeug bekannt, dass ein Einschalten eines Lichtes im Badezimmer von mehr als zehn Minuten bedeutet, dass der Fahrzeugnutzer aufgestanden ist und innerhalb der nächsten 45 bis 60 Minuten abfahrbereit sein wird. Diese Information 23 erhält das Fahrzeug 10 über den Empfänger 17 der vernetzten Batterieladeschaltung 11. Dementsprechend wird die Batterieladeschaltung 11 einen Ladevorgang bis zum Abfahrtszeitpunkt einplanen, so dass die Batterie 12 dann vollständig geladen ist oder zumindest so geladen ist, dass sie einer Fahrstrecke basierend auf den Fahrgewohnheiten des Nutzers genügt. Hierbei können auch andere Faktoren, wie der bisherige Ladezustand der Batterie, die Anfangstemperatur der Batterie im Ruhezustand und ähnliche Parameter berücksichtigt werden. Eine Steilheit der Ladekurve kann ebenfalls innerhalb der noch zur Verfügung stehenden Zeit bis zum prognostizierten Abfahrtszeitpunkt angepasst werden.
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Durch einen langen, graduellen Ladevorgang über die gesamte Stillstandsphase wird Stress auf die Batterie 12 verringert und damit deren Langlebigkeit erhöht. Gleichzeitig kann der Ladevorgang so angepasst werden, dass die Batterie 12 bei Abfahrt eine ideale Betriebstemperatur hat, ohne zusätzliche Schaltungen oder Hilfsmittel, wie Heizelemente hierfür verwenden zu müssen. Hierdurch wird die nutzbare Kapazität der Batterie 12 maximiert und verringert den Stress für die Batterie 12. Darüber hinaus wird eine benötigte Spitzenleistung bzw. Peakleistung zum Laden der Fahrzeugbatterie 12 verringert, was für die Netzstabilität und das Equipment bzw. die elektrischen Installationen im Fahrzeug 10 und außerhalb des Fahrzeugs 10 vorteilhaft ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 11
- vernetzte Batterieladeschaltung
- 12
- Fahrzeugbatterie
- 13
- Ladestation
- 14
- Ladekabel
- 15
- Verbindung
- 16
- Verarbeitungseinheit
- 17
- Empfänger
- 20
- Gebäude
- 21
- Smart Home System
- 22
- Funkverbindung
- 23
- Information
- 24
- externes Gerät
- 25
- Sender
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0019728 A1 [0003]
- US 2011/0118919 A1 [0004]
