DE102018113193A1 - Method for the regulated charging of a vehicle having a plurality of batteries auxiliary unit of a vehicle with electrical energy - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum geregelten Laden eines eine Mehrzahl von Batterien aufweisenden Hilfsaggregats eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie, wobei das Fahrzeug eine Lichtmaschine, eine Fahrzeugbatterie und ein mit der Fahrzeugbatterie verbundenes Ladegerät zum Laden des Hilfsaggregats aufweist, mit den Schritten: a. Ermitteln der aktuellen elektrischen Last des Fahrzeugs, und b. Laden einer ersten Batterie des Hilfsaggregats durch die Lichtmaschine bei einer aktuellen elektrischen Last des Fahrzeugs, die geringer als eine vorbestimmte Fahrzeuglast ist, oder Laden der ersten Batterie des Hilfsaggregats durch das Ladegerät bei einer ermittelten elektrischen Last des Fahrzeugs, die größer als die vorbestimmte Fahrzeuglast ist.A method of controllably charging a vehicle having a plurality of batteries auxiliary equipment of a vehicle with electrical energy, the vehicle having an alternator, a vehicle battery and a battery connected to the vehicle battery charger for charging the auxiliary unit, comprising the steps of: a. Determining the current electrical load of the vehicle, and b. Charging a first battery of the auxiliary unit by the alternator at a current electrical load of the vehicle, which is less than a predetermined vehicle load, or charging the first battery of the auxiliary unit by the charger at a determined electrical load of the vehicle, which is greater than the predetermined vehicle load ,
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Laden eines eine Mehrzahl von Batterien aufweisenden Hilfsaggregats eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie.The invention relates to a method for the regulated charging of a vehicle having a plurality of batteries auxiliary unit of a vehicle with electrical energy.
Hilfskrafterzeuger, auch Auxiliary Power Unit (APU) genannt, sind als ein Haupttriebwerk eines Fahrzeugs unterstützende Hilfstriebwerke bekannt. Diese hauptsächlich in Flugzeugen verwendeten Hilfsaggregate sind dabei nicht für den Antrieb des Flugzeugs konzipiert, sondern liefern in der Regel elektrische Energie zum autarken Betrieb der Flugzeugausrüstung am Boden, ohne dass dafür die Haupttriebwerke laufen müssen.Auxiliary power packs, also known as Auxiliary Power Unit (APU), are known as a main engine of a vehicle supporting auxiliary power units. These auxiliary equipment used mainly in aircraft are not designed for propulsion of the aircraft, but usually provide electrical energy for self-sufficient operation of the aircraft equipment on the ground, without having to run the main engines.
Aber auch im Bereich von gepanzerten Fahrzeugen, insbesondere Kampfpanzern, ist die Verwendung von als Hilfstriebwerk bezeichneten Hilfsaggregaten bekannt. Bei diesen Hilfstriebwerken handelt es sich beispielsweise um kleine Gasturbinen oder Kolbenmotoren, die zum Betrieb der Aggregate des Panzers im Stand dienen, ohne dass das Haupttriebwerk eingeschaltet werden muss. Dies spart Betriebsstoffe, mindert den Verschleiß und reduziert die Wärme- und Schallsignatur des Panzers erheblich.But also in the field of armored vehicles, especially main battle tanks, the use of auxiliary equipment called auxiliary units is known. These auxiliary power units are, for example, small gas turbines or piston engines, which serve to operate the aggregates of the tank in the state, without the main engine must be turned on. This saves operating materials, reduces wear and significantly reduces the heat and sound signature of the tank.
Darüber hinaus werden als Hilfsaggregat auch zunehmend Batterien verwendet, die die Aufgaben der Hilfskrafterzeuger übernehmen.In addition, batteries are increasingly used as an auxiliary unit, which take over the tasks of the auxiliary power generator.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung zivil genutzter Fahrzeuge besteht bei militärischen Fahrzeugen das besondere Problem, dass die oftmals eine Mehrzahl von Batterien aufweisenden Hilfsaggregate elektrische Energie während eines lang andauernden Fahrzeugbetriebs ohne laufendes Haupttriebwerk zur Verfügung stellen sollen und einen Fahrzeugstart auch unter kältesten klimatischen Bedingungen gewährleisten sollen. Die Energiebereitstellung derartiger APUs erfolgt dafür insbesondere über militärische Lithium-Ionen-Technologie, die aufgrund besonderer Sicherheitsmaßnahmen dem höchsten militärischen Sicherheitsgrad entsprechen sollen.In contrast to the design of civil vehicles used in military vehicles has the particular problem that the often a plurality of batteries having auxiliary units to provide electrical energy during a long-lasting vehicle operation without running main engine available and should ensure a vehicle start even under the coldest climatic conditions. The energy supply of such APUs is done in particular by military lithium-ion technology, which should meet the highest military security level due to special security measures.
Da die Batterien also besonders leistungsstark sein müssen, kann ein ungeregeltes Laden der Batterien des Hilfsaggregats allein durch die Lichtmaschine zur Überlastung und Entregung der Lichtmaschine führen.Since the batteries must therefore be particularly powerful, an unregulated charging of the batteries of the auxiliary unit alone by the alternator can lead to overload and de-excitation of the alternator.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum geregelten Laden eines einer Mehrzahl von Batterien aufweisenden Hilfsaggregats eines Fahrzeugs, insbesondere eines militärischen Fahrzeugs, mit elektrischer Energie zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide a method for the regulated charging of a plurality of batteries having auxiliary unit of a vehicle, in particular a military vehicle, with electrical energy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the method with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.
Grundgedanke der Erfindung ist es, ein einfaches, effektives und materialschonendes Lademanagement für das Laden der Batterien eines Hilfsaggregats eines Fahrzeugs, insbesondere eines Panzers, zu schaffen.The basic idea of the invention is to provide a simple, effective and material-saving charging management for charging the batteries of an auxiliary unit of a vehicle, in particular of a tank.
Das Fahrzeugsystem ist insbesondere so ausgestaltet, dass sich das Hilfsaggregat bzw. die Batterien des Hilfsaggregats allgemein auf drei verschiedene Wege laden lassen:
- 1. Weg: Über die Lichtmaschine des Fahrzeuges. In diesem Fall sind die (Lithium-) Batterien parallel zu den Fahrzeugbatterien geschaltet und werden durch die Lichtmaschine aufgeladen, wodurch allerdings die maximale Last der Lichtmaschine bewirkt wird. Abhängig von der Lichtmaschine, der Anzahl der Batterien und deren Ladezustand kann dieses - wie oben ausgeführt - dazu führen, dass die Lichtmaschine überlastet wird und sich entregt. Daher ist diese Funktion nur durch expliziten Befehl nutzbar.
- 2. Weg: Über ein Ladegerät. In diesem Fall wird Energie aus den Fahrzeugbatterien in die (Lithium-) Batterien des Hilfsaggregats geladen. Die Ladung erfolgt durch die begrenzte Leistung des Ladegeräts allerdings recht langsam.
- 3. Weg: Über eine Ladesteuerung bzw. Laststeuerung. Hierbei wird erfindungsgemäß geprüft, wieviel Energie das Fahrzeug bereitstellen kann (beispielsweise 17 kW bzw. 600 A), wieviel Energie das Fahrzeug derzeit benötigt und daraus resultierend wieviel Energie für die Ladung verwendet werden kann/darf.
- 1st way: About the alternator of the vehicle. In this case, the (lithium) batteries are connected in parallel to the vehicle batteries and are charged by the alternator, which, however, causes the maximum load of the alternator. Depending on the alternator, the number of batteries and their charge state, this can - as stated above - cause the alternator to become overloaded and become de-energized. Therefore, this function can only be used by explicit command.
- 2nd way: via a charger. In this case, energy is charged from the vehicle batteries into the (lithium) batteries of the auxiliary unit. However, the charge is quite slow due to the limited power of the charger.
- 3rd way: via a charge control or load control. In this case, the invention checks how much energy the vehicle can provide (for example, 17 kW or 600 A), how much energy the vehicle currently requires and how much energy can be used for the charge as a result.
Somit wird zunächst nur eine (Lithium-) Batterie zur Zeit zum Laden durch die Lichtmaschine zugeschaltet (die beispielsweise im Durchschnitt eine Last von 5 kW bzw. 200 A erzeugt). Geht die Last im Folgenden zurück, weil die Batterie fast voll ist, wird eine weitere Batterie zugeschaltet.Thus, at first only one (lithium) battery is currently being switched on for charging by the alternator (which, for example, generates a load of 5 kW or 200 A on average). If the load returns in the following, because the battery is almost full, another battery is switched on.
Diese Vorgehensweise kann insbesondere bei einem mit einem Hilfsaggregat ausgestatteten militärischen Fahrzeug, insbesondere einem Panzer wie folgt ausgebildet sein:
- Ist die elektrische Last des Fahrzeuges größer als 7.500 W wird ausschließlich der 2. Weg zum Laden des Hilfsaggregats genutzt. Ist die elektrische Last hingegen geringer als 7.500 W wird im Rahmen des 3. Wegs die erste Batterie zum Laden mittels der Lichtmaschine freigeschaltet.
- If the electrical load of the vehicle is greater than 7,500 W, only the second way to load the auxiliary unit is used. On the other hand, if the electrical load is less than 7,500 W, the first battery is disconnected for charging by means of the alternator as part of the third path.
Ist die elektrische Last der ladenden Batterie zugleich kleiner als 2.500 W wird eine zweite Batterie zum Laden mittels der Lichtmaschine zugeschaltet. Ist die elektrische Last der ladenden Batterie jedoch größer als 2.500 W wird diese Batterie geladen bis diese im Spannungsniveau bevorzugt maximal 1 V über dem Spannungsniveau einer der weiteren Batterien liegt.If the electrical load of the charging battery is at the same time less than 2,500 W, a second battery is switched on for charging by means of the generator. However, if the electrical load of the charging battery is greater than 2,500 W, this battery is charged until, in the voltage level, it is preferably at most 1 V above the voltage level of one of the other batteries.
Ist zugleich die elektrische Last der ersten Batterie und der zweiten Batterie gemeinsam kleiner als 2.500 W wird eine weitere Batterie zugeschaltet. Ist die elektrische Last der ersten Batterie und der zweiten Batterie gemeinsam jedoch größer als 2.500 W werden die erste und die zweite Batterie weiter geladen, bis diese im Spannungsniveau bevorzugt maximal 1 V über dem Spannungsniveau der weiteren Batterie liegen.If, at the same time, the electrical load of the first battery and of the second battery together is less than 2,500 W, another battery is connected. However, if the electrical load of the first battery and the second battery together is greater than 2,500 W, the first and second batteries continue to be charged until, in the voltage level, they are preferably at most 1 V above the voltage level of the further battery.
Ist zu irgendeinmal Zeitpunkt das Spannungsniveau einer der Batterien größer als maximal 1 V zu den anderen Batterien, dann wird diese vom Laden ausgenommen, bis sich alle Li-Batterien wieder auf einem ähnlichen Spannungsniveau (± 1 V) befinden. Der Grund hierfür ist, dass die Ausgleichströme der Batterien innerhalb des Hilfsaggregats ansonsten so hoch werden können, dass die Batterien beschädigt werden könnten.If at any point in time the voltage level of one of the batteries is greater than a maximum of 1 V to the other batteries, then this is excluded from the shop until all Li batteries are again at a similar voltage level (± 1 V). The reason for this is that the balancing currents of the batteries within the auxiliary unit can otherwise become so high that the batteries could be damaged.
Erfindungsgemäß wird also Verfahren zum geregelten Laden eines eine Mehrzahl von Batterien aufweisenden Hilfsaggregats eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug eine Lichtmaschine, eine Fahrzeugbatterie und ein mit der Fahrzeugbatterie verbundenes Ladegerät zum Laden des Hilfsaggregats aufweist. Dieses Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch die Schritte a. Ermitteln der aktuellen elektrischen Last des Fahrzeugs und b. Laden einer ersten Batterie des Hilfsaggregats durch die Lichtmaschine bei einer aktuellen elektrischen Last des Fahrzeugs, die geringer als eine vorbestimmte Fahrzeuglast ist, oder Laden der ersten Batterie des Hilfsaggregats durch das Ladegerät bei einer ermittelten elektrischen Last des Fahrzeugs, die größer als die vorbestimmte Fahrzeuglast ist. Die vorbestimmte Fahrzeuglast beträgt nach einer bevorzugten Ausgestaltung, insbesondere bei Anwendung des Verfahrens bei einem militärischen Fahrzeug, speziell einem Panzer, 7.500 W.The invention thus provides a method for the regulated charging of a vehicle having a plurality of batteries auxiliary unit of a vehicle with electrical energy, wherein the vehicle has an alternator, a vehicle battery and a charger connected to the vehicle battery for charging the auxiliary unit. This method is characterized according to the invention by the steps a. Determining the current electrical load of the vehicle and b. Charging a first battery of the auxiliary unit by the alternator at a current electrical load of the vehicle, which is less than a predetermined vehicle load, or charging the first battery of the auxiliary unit by the charger at a determined electrical load of the vehicle, which is greater than the predetermined vehicle load , The predetermined vehicle load is according to a preferred embodiment, in particular when using the method in a military vehicle, especially a tank, 7,500 W.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in einem Schritt c. zusätzlich die elektrische Last der ersten Batterie ermittelt wird und in einem weiteren Schritt d. eine zweite Batterie geladen wird, sofern die ermittelte elektrische Last der ersten Batterie geringer als eine vorbestimmte Batterielast ist. Die vorbestimmte Batterielast beträgt nach einer bevorzugten Ausführung 2.500 W, insbesondere bei Anwendung des Verfahrens bei einem militärischen Fahrzeug, speziell einem Panzer.It is preferably provided that in a step c. in addition, the electrical load of the first battery is determined and in a further step d. a second battery is charged if the determined electrical load of the first battery is less than a predetermined battery load. The predetermined battery load is according to a preferred embodiment 2,500 W, in particular when using the method in a military vehicle, especially a tank.
Besonders bevorzugt wird zusätzlich in einem noch weiteren Schritt e. die elektrische Last der zweiten Batterie ermittelt und in einem Schritt f. die Summe aus der elektrischen Last der ersten Batterie und der elektrischen Last der zweiten Batterie bestimmt, wobei einem Schritt g. eine weitere Batterie geladen wird, sofern die zuvor in Schritt f. bestimmte Summe geringer als eine vorbestimmte Summenlast ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die vorbestimmte Summenlast 2.500 W.In addition, it is particularly preferred in a further step e. determines the electrical load of the second battery and in a step f. determines the sum of the electrical load of the first battery and the electrical load of the second battery, wherein a step g. another battery is charged, provided that the previously in step f. certain sum is less than a predetermined sum load. According to a preferred embodiment, the predetermined total load is 2,500 W.
Das Laden einer Batterie wird bei Erreichen eines vorbestimmten Spannungsniveaus der Batterie oder einer vorbestimmten Differenz des batterieeigenen Spannungsniveaus zu einem Spannungsniveau einer anderen Batterie beendet. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Laden beendet wird, wenn das vorbestimmte Spannungsniveau der Batterie, die geladen wird, maximal 1 V größer als das Spannungsniveau einer anderen Batterie ist.The charging of a battery is terminated upon reaching a predetermined voltage level of the battery or a predetermined difference of the battery's own voltage level to a voltage level of another battery. In particular, it is provided that the charging is terminated when the predetermined voltage level of the battery being charged is at most 1 V greater than the voltage level of another battery.
Bei den Batterien des Hilfsaggregats handelt es sich bevorzugt um Lithium-Batterien, wobei das Fahrzeug, dessen Hilfsaggregat erfindungsgemäß geladen wird, wie zuvor erwähnt ein militärisches Fahrzeug, insbesondere ein Panzer, ist.The batteries of the auxiliary unit are preferably lithium batteries, the vehicle whose auxiliary unit is loaded according to the invention, as mentioned above, being a military vehicle, in particular a tank.
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