DE102017210155A1 - Ladeverfahren für einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Ladeverfahren für einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug umfassend die Schritte:
- Ermitteln eines Soll-Ladezustands des Energiespeichers in Abhängigkeit zumindest eines vordefinierten Kriteriums, der mindestens erreicht und/oder gehalten werden muss;
- Ermitteln eines Ist-Ladezustands des Energiespeichers;
- Vergleich des ermittelten Soll-Ladezustands mit dem ermittelten Ist-Ladezustands;
- Einstellen mindestens eines Ladeparameters einer Ladeschaltung zum Laden, insbesondere Schnellladen, des Energiespeichers in Abhängigkeit des Vergleichs, von physikalischen Eigenschaften des Energiespeichers und/oder von zumindest einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers;
- elektrisches Kontaktieren von Anschlusspolen des Energiespeichers mit zumindest einer Energiequelle bis mindestens der Soll-Ladezustand erreicht ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Ladeverfahren für einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher, einem Batteriesystem sowie einer Verwendung des Batteriesystems in elektrisch antreibbaren Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • Die Druckschrift US 2006/278449 A offenbart ein Verfahren für Hybridfahrzeuge zur Steuerung des Energieflusses von oder zu einer Batterie mittels Navigationsdaten.
  • Die Druckschrift US 2015/120104 A offenbart ein Ladeverfahren für eine Batterie eines Hybridfahrzeugs, die in Abhängigkeit eines vorgebbaren Ladezustands der Batterie durch einen Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs geladen wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Soll-Ladezustands des Energiespeichers in Abhängigkeit zumindest eines vordefinierten Kriteriums ermittelt wird, der mindestens erreicht und/oder gehalten werden muss, ein Ist-Ladezustands des Energiespeichers ermittelt wird, der ermittelte Soll-Ladezustand mit dem ermittelten Ist-Ladezustand verglichen wird, mindestens ein Ladeparameter einer Ladeschaltung zum Laden, insbesondere Schnellladen, des Energiespeichers in Abhängigkeit des Vergleichs, von physikalischen Eigenschaften des Energiespeichers und/oder von zumindest einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers ermittelt wird und der Energiespeicher mit zumindest einer Energiequelle des Energiespeichers elektrisch kontaktiert wird, beispielsweise mittels Anschlusspolen des Energiespeichers, bis der Soll-Ladezustand erreicht ist.
  • Die Energiequelle kann beispielsweise eine kabelgebundene Ladesäule, eine kabellose Ladematte, ein stationärer Energiespeicher, ein weiterer Energiespeicher gleicher und/oder unterschiedlicher Batterietechnik sein. In alternativen Ausführungsformen für Hybridfahrzeuge oder Plug-In-Hybridfahrzeuge kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor einen Elektromotor antreiben, der im Generatorbetrieb als Energiequelle dient.
  • Bei einer großen Differenz zwischen dem Soll-Ladezustand und dem Ist-Ladezustand kann beispielsweise ein höherer Ladestrom notwendig sein, als bei einer kleinen Differenz. Vorteilhafterweise können Eigenschaften des Energiespeichers wie beispielweise eine Ladeschlussspannung, ein Innendruck und/oder eine Temperatur innerhalb des Energiespeichers für den Ladevorgang, insbesondere den Schnelladevorgang, berücksichtigt werden. Weiter werden Umgebungsbedingungen des Energiespeichers wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur, eine maximale vorgebbare Zeitdauer bis der Soll-Ladezustand erreicht werden soll und/oder eine voraussichtliche Dauer bis zur nächsten geplanten Benutzung des Fahrzeugs berücksichtigt.
  • Das vordefinierte Kriterium umfasst einen Ladezustand, den beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs vorgeben kann, eine minimal zu erreichende Reichweite des Fahrzeugs, beispielsweise für einen Einkauf im Supermarkt, Adressdaten, beispielsweise von Krankenhäuser, Ärzten oder Apotheken, und/oder geografische Koordinaten eines Navigationssystems.
  • Weiter kann beispielsweise eine Art von Dienstleistung, beispielsweise Arzt, Apotheke, und/oder eine Warenleistung, beispielsweise eine Materialversorgung, Nachschub von Ersatzteilen und/oder Nachschub von Verbrauchsgütern, eingestellt werden, so dass selbständig durch den Energiespeicher bzw. das Fahrzeug ermittelt wird, welche voraussichtliche Gesamtstrecke zurückgelegt werden muss und welcher Soll-Ladezustand hierfür erforderlich ist. Hierfür kann nur ein Hinweg oder ein Hin- und ein Rückweg berücksichtigt werden.
  • Der Ladeparameter umfasst den benötigten Ladestrom zur Erreichung des Soll-Ladezustands. Das Verfahren übermittelt den benötigten Ladestrom an die Energiequelle und erfasst einen maximal zur Verfügung stellbaren Ladestrom durch die Energiequelle. Dadurch kann vorteilhafterweise geprüft werden, ob der Soll-Ladezustand innerhalb einer vorgegeben Zeitdauer erreicht werden kann und eine Information an den Fahrer des Fahrzeugs übermittelt werden.
  • Zum Beschleunigen des Ladevorgangs wird der Energiespeicher mit einem maximal zulässigen Ladestrom geladen, wenn der maximal zur Verfügung stellbare Ladestrom durch die Energiequelle größer ist, als der der benötigte Ladestrom.
  • Zum Erreichen einer größeren Reichweite bei gedrosselter Leistungsabgabe des Energiespeichers wird eine Verschaltung von elektrochemischen Zellen des Energiespeichers geändert, beispielsweise durch teilweises Umschalten von Serien- auf Parallelschaltung. Für den Fall, dass der zu erreichende Soll-Ladezustand nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer erreicht werden kann, beispielsweise weil die Energiequelle aufgrund eines Defekts nicht den geforderten Ladestrom liefert, kann so zumindest die ermittelte Gesamtstrecke sichergestellt werden, insbesondere in Notfallsituationen.
  • Vorteilhafterweise wird eine Temperatur, ein Innendruck und/oder eine elektrische Spannung des Energiespeichers überwacht und bei einer Überschreitung von definierten Grenzwerten eine Temperierungsvorrichtung zum Temperieren des Energiespeichers angesteuert, so dass eine Beschädigung des Energiespeicher durch den Ladevorgang, insbesondere den Schnelladevorgang, verhindert wird.
  • Ein Batteriesystem umfasst mindestens einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher, einen Spannungssensor zum Erfassen einer Spannung des Energiespeichers, einen Stromsensor zum Erfassen einen durch den Energiespeicher fließenden elektrischen Stroms, elektrischen Anschlüssen zum kabellosen und/oder kabelgebundenen Laden des Energiespeichers sowie einem Steuergerät zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens.
  • Vorteilhafterweise wird das Batteriesystem in elektrisch antreibbaren Fahrzeugen, insbesondere für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes verwendet.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladeverfahrens.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladeverfahrens. In Schritt S100 wird ein Soll-Ladezustand des Energiespeichers ermittelt, der mindestens erreicht werden muss, um in der gezeigten Ausführungsform mit einem, den Energiespeicher umfassenden, Fahrzeug, beispielsweise eine nächst gelegene und geöffnete Apotheke zu erreichen und wieder zurückzufahren und/oder ein nächst gelegenes Krankenhaus zu erreichen. Die Informationen über Sonderziele, wie beispielsweise Apotheken, Krankenhäuser sowie Öffnungszeiten der Sonderziele, werden anhand von Navigationsdaten und/oder kabellos ermittelt, beispielsweise mittels Mobilfunknetzen, und mit einer aktuellen Position des Fahrzeugs abgeglichen.
  • In Schritt S101 wird ein aktueller Ist-Ladezustand des Energiespeichers ermittelt, beispielsweise anhand einer elektrischen Spannung des Energiespeichers.
  • In Schritt S102 wird der ermittelte Soll-Ladezustand mit dem ermittelten Ist-Ladezustand vergleichen. Liegt der Ist-Ladezustand unter dem Soll-Ladezustand ist ein Ladevorgang notwendig.
  • In Schritt S103 wird ein Ladeparameter einer Ladeschaltung des Energiespeichers ermittelt. Der Ladeparameter umfasst beispielsweise einen benötigten Ladestrom, der in Abhängigkeit des Vergleichs ermittelt wird. So ist bei einer großen Differenz zwischen dem Soll-Ladezustand und dem Ist-Ladezustand ein höherer Ladestrom für einen Schnelladevorgang notwendig, als bei einer kleinen Differenz zwischen dem Soll-Ladezustand und dem Ist-Ladezustand. Weiter wird eine Ladeschlussspannung des Energiespeichers berücksichtigt, so dass eine Beschädigung des Energiespeichers durch den Schnelladevorgang verhindert wird. Weiter wird eine Umgebungsbedingung des Energiespeichers in Form einer Dauer bis zur nächsten geplanten Benutzung des Fahrzeugs berücksichtigt.
  • In Schritt S104 werden Anschlusspole des Energiespeichers mit zumindest einer von dem Energiespeicher verschiedenen Energiequelle elektrisch gekoppelt, beispielsweise mittels eines Ladekabels und/oder einer induktiven Ladevorrichtung. Ist der benötigte Ladestrom größer, als ein von der Energiequelle maximal lieferbarer Ladestrom, so erhält ein Fahrer des Fahrzeugs einen optischen, akustischen und/oder haptischen Hinweis. Der Fahrer kann dann beispielsweise wählen, ob er eine Verschaltung des Energiespeichers ändern möchte, also eine höhere Reichweite durch Leistungsreduktion des Fahrzeugs erzielt werden soll.
  • In Schritt S105 wird geprüft, ob der Soll-Ladezustand erreicht ist. Wenn der Soll-Ladezustand erreicht ist, wird das Verfahren in Schritt S106 beendet und die Anschlusspole des Energiespeichers von der Energiequelle getrennt und der Fahrer des Fahrzeugs erhält eine optische, akustische und/oder haptische Information über den Abschluss des Ladevorgangs, beispielsweise mittels kabellosen Übertragung an ein Smartphone. Ist der Soll-Ladezustand noch nicht erreicht, wird das Verfahren, also der Ladevorgang, fortgesetzt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006278449 A [0002]
    • US 2015120104 A [0003]

Claims (9)

  1. Ladeverfahren für einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug umfassend folgende Schritte: a. (S100) Ermitteln eines Soll-Ladezustands des Energiespeichers in Abhängigkeit zumindest eines vordefinierten Kriteriums, der mindestens erreicht und/oder gehalten werden muss; b. (S101) Ermitteln eines Ist-Ladezustands des Energiespeichers; c. (S102) Vergleich des ermittelten Soll-Ladezustands mit dem ermittelten Ist-Ladezustands; d. (S103) Ermitteln mindestens eines Ladeparameters einer Ladeschaltung zum Laden, insbesondere Schnellladen, des Energiespeichers in Abhängigkeit des Vergleichs, von physikalischen Eigenschaften des Energiespeichers und/oder von zumindest einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers; e. (S104, S105) elektrisches Kontaktieren von Anschlusspolen des Energiespeichers mit zumindest einer Energiequelle bis mindestens der Soll-Ladezustand erreicht ist;
  2. Ladeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vordefinierte Kriterium umfasst einen Ladezustand, eine minimal zu erreichende Reichweite des Fahrzeugs, Adressdaten und/oder geografische Koordinaten eines Navigationssystems.
  3. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeparameter einen benötigten Ladestrom umfasst.
  4. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: f. Übermitteln des benötigten Ladestroms an die Energiequelle und Erfassen eines maximal zur Verfügung stellbaren Ladestrom durch die Energiequelle;
  5. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: g. Laden mit einem maximal zulässigen Ladestrom des Energiespeichers zum Beschleunigen des Ladevorgangs, wenn der maximal zur Verfügung stellbare Ladestrom durch die Energiequelle größer ist, als der benötigte Ladestrom;
  6. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: h. Umschalten von Serien- auf Parallelschaltung von elektrochemischen Zellen des Energiespeichers, zum Erreichen einer größeren Reichweite bei gedrosselter Leistungsabgabe des Energiespeichers;
  7. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: i. Überwachen einer Temperatur, eines Innendrucks und/oder einer elektrischen Spannung des Energiespeichers und Ansteuerung einer Temperierungsvorrichtung zum Temperieren des Energiespeichers bei Überschreiten von definierten Grenzwerten;
  8. Batteriesystem mit mindestens einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichers, einem Spannungssensor zum Erfassen einer Spannung des Energiespeichers, einem Stromsensor zum Erfassen eines durch den Energiespeichers fließenden Stroms, elektrischen Anschlüssen zum kabellosen und/oder kabelgebundenen Laden des Energiespeichers sowie einem Steuergerät zum Durchführen eines Ladeverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verwendung eines Batteriesystems gemäß Anspruch 8 in elektrisch antreibbaren Fahrzeugen, insbesondere für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes.
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