DE102018122678A1 - Charger for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Eine Ladevorrichtung (30) zum Laden eines Energiespeichers (50), insbesondere für ein Fahrzeug (20), hat eine Steuervorrichtung (32) und eine Heizvorrichtung (54), welche Steuervorrichtung (32) eine Empfangseinheit (35) und einen Temperaturregler (34) hat, welche Empfangseinheit (35) dazu ausgebildet ist, einen die Temperatur am Energiespeicher (50) charakterisierenden Temperaturwert (T) und einen den Ladezustand des Energiespeichers (50) charakterisierenden Ladezustandswert (SOC) zu empfangen, welche Steuervorrichtung (32) dazu ausgebildet ist, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert (T_S) als Funktion des Ladezustandswerts (SOC) zu ermitteln, und welcher Temperaturregler (34) dazu ausgebildet ist, über die Heizvorrichtung (54) den Temperaturwert (T) auf den Temperatur-Sollwert (T_S) zu regeln.A charging device (30) for charging an energy store (50), in particular for a vehicle (20), has a control device (32) and a heating device (54), which control device (32) has a receiving unit (35) and a temperature controller (34) which control unit (35) is designed to receive a temperature value (T) characterizing the temperature at the energy store (50) and a state of charge value (SOC) characterizing the state of charge of the energy store (50), which control device (32) is designed to during a charging process to determine the temperature setpoint (T_S) as a function of the state of charge value (SOC), and which temperature controller (34) is designed to use the heating device (54) to bring the temperature value (T) to the temperature setpoint (T_S) regulate.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug.The invention relates to a charging device for a vehicle.
Die
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Ladevorrichtung bereit zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a new loading device.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The object is achieved by the subject matter of claim 1.
Eine Ladevorrichtung zum Laden eines Energiespeichers hat eine Steuervorrichtung und eine Heizvorrichtung, welche Steuervorrichtung eine Empfangseinheit und einen Temperaturregler aufweist, welche Empfangseinheit dazu ausgebildet ist, einen die Temperatur am Energiespeicher charakterisierenden Temperaturwert und einen den Ladezustand des Energiespeichers charakterisierenden Ladezustandswert zu empfangen, welche Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts zu ermitteln, und welcher Temperaturregler dazu ausgebildet ist, über die Heizvorrichtung den Temperaturwert auf den Temperatur-Sollwert zu regeln.
Durch eine solche Ladevorrichtung kann der Gesamtwirkungsgrad des Ladevorgangs des Fahrzeugs erhöht werden und bei Betrachtung des gesamten Ladevorgangs Energie gespart werden.A charging device for charging an energy store has a control device and a heating device, the control device has a receiving unit and a temperature controller, the receiving unit is designed to receive a temperature value characterizing the temperature at the energy store and a charge state value characterizing the state of charge of the energy store, which control device is designed to do so is to determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during a charging process, and which temperature controller is designed to regulate the temperature value to the temperature setpoint via the heating device.
With such a charging device, the overall efficiency of the charging process of the vehicle can be increased and energy can be saved when considering the entire charging process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, beim Ladevorgang fortdauernd in vorgegebenen zeitlichen Abständen den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts zu ermitteln. Die Anpassung des Temperatur-Sollwerts erfolgt somit auch während des Ladevorgangs.According to a preferred embodiment, the control device is designed to continuously determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during the charging process at predetermined time intervals. The temperature setpoint is therefore also adjusted during the charging process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einer vorgegebenen Temperatur des Energiespeichers den Temperatur-Sollwert erst dann zu erhöhen, wenn der Ladezustandswert einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Die Ladung erfolgt somit so lange ohne Aktivierung der Heizvorrichtung, bis bei der vorgegebenen Temperatur der Ladezustandswert den vorgegebenen Wert erreicht hat.According to a preferred embodiment, the control device is designed to increase the temperature setpoint at a predetermined temperature of the energy store only when the state of charge value has reached a predetermined value. Charging takes place without activating the heating device until the charge state value has reached the specified value at the specified temperature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts derart zu ermitteln, dass der Temperatur-Sollwert im Bereich des Ladezustands zwischen 0 % und 100 % nicht konstant ist. Dies ermöglicht eine Anpassung des Temperatur-Sollwerts an die bei den gegebenen Parametern tatsächlich erforderliche Temperatur.According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during a charging process such that the temperature setpoint is not constant in the range of the state of charge between 0% and 100%. This enables the temperature setpoint to be adapted to the temperature actually required for the given parameters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts derart zu ermitteln, dass für den Bereich des Ladezustands zwischen 0 % und 100 % mindestens drei unterschiedliche Temperatur-Sollwerte auftreten, bevorzugt mindestens sechs unterschiedliche Temperatur-Sollwerte. Diese Anzahl führt zu einer genauen Abbildung der erforderlichen Temperatur.According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during a charging process such that at least three different temperature setpoints, preferably at least six different temperatures, occur for the range of the state of charge between 0% and 100% Setpoints. This number leads to an exact mapping of the required temperature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die dem Temperatur-Sollwert entsprechende Temperatur bei steigendem Ladezustand zumindest bereichsweise zu erhöhen. Die Erhöhung ermöglicht ein effektives Laden auch bei steigendem Ladezustand.According to a preferred embodiment, the control device is designed to maintain the temperature corresponding to the temperature setpoint increasing the state of charge at least in some areas. The increase enables effective charging even when the charge level increases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einem Ladevorgang erst dann die Heizvorrichtung zum Heizen zu aktivieren, wenn das erste Mal die dem Temperaturwert entsprechende Temperatur geringer ist als die dem Temperatur-Sollwert entsprechende Temperatur. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass die Heizvorrichtung vorzeitig aktiviert wird.According to a preferred embodiment, the control device is designed to only activate the heating device for heating during a charging process when the temperature corresponding to the temperature value is lower than the temperature corresponding to the temperature setpoint value for the first time. This measure prevents the heating device from being activated prematurely.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts derart zu ermitteln, dass bei der dem Temperatur-Sollwert entsprechenden Temperatur des Energiespeichers und dem dem Ladezustandswert entsprechenden Ladezustand des Energiespeichers ein Ladevorgang möglich ist, dass aber zumindest teilweise bei der dem Temperatur-Sollwert entsprechenden Temperatur kein Ladezustand von 100 % erreichbar ist. Hierdurch wird eine übermäßige Temperaturerhöhung zu einem frühen Zeitpunkt vermieden.According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during a charging process such that a charging process is possible at the temperature of the energy store corresponding to the temperature setpoint and the state of charge of the energy store corresponding to the state of charge value but at least partially at the temperature corresponding to the temperature setpoint, a state of charge of 100% cannot be achieved. This prevents excessive temperature increases at an early stage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei einem Ladevorgang den Temperatur-Sollwert als Funktion des Ladezustandswerts derart zu ermitteln, dass bei der dem Temperatur-Sollwert entsprechenden Temperatur des Energiespeichers und dem dem Ladezustandswert entsprechenden Ladezustand des Energiespeichers eine maximale Erhöhung des Ladezustands des Energiespeichers möglich ist, die unter 40 % des maximalen Ladezustands liegt. Wenn also der Ladezustand beispielsweise 30 % beträgt, muss der Temperatur-Sollwert spätestens bei 69 % erhöht werden, um mit dem Ladevorgang fortfahren zu können. Eine solche Erhöhung kann naturgemäß bereits früher erforderlich sein.According to a preferred embodiment, the control device is designed to determine the temperature setpoint as a function of the state of charge value during a charging process in such a way that a maximum increase in the state of charge of the energy store at the temperature of the energy store corresponding to the temperature setpoint and the state of charge corresponding to the state of charge Energy storage is possible, which is below 40% of the maximum charge. If, for example, the state of charge is 30%, the temperature setpoint must be increased to 69% at the latest in order to be able to continue with the charging process. Such an increase may naturally be necessary earlier.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuervorrichtung mindestens zwei Funktionen zur Ermittlung des Temperatur-Sollwerts als Funktion des Ladezustandswerts auf, und die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Auswahl einer der mindestens zwei Funktionen für den Ladevorgang zu ermöglichen. Durch diese Maßnahme kann der Ladevorgang beeinflusst werden. Wenn eine Schnellladung erwünscht ist und große Ladeleistungen möglich sind, kann eine erste Kurve ausgewählt werden, die einen schlechteren Wirkungsgrad hat. Bei einer normalen Ladung kann dagegen eine zweite Kurve ausgewählt werden. Es sind naturgemäß weitere Kurven bzw. Profile möglich.According to a preferred embodiment, the control device has at least two functions for determining the desired temperature value as a function of the charge state value, and the control device is designed to enable selection of one of the at least two functions for the charging process. The charging process can be influenced by this measure. If rapid charging is desired and high charging capacities are possible, a first curve can be selected that has a poorer efficiency. With a normal charge, however, a second curve can be selected. Naturally, further curves or profiles are possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Heizvorrichtung eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Wärmepumpe auf. Eine Widerstandsheizung ermöglicht die Wärmeerzeugung mit dem Strom des Ladepunkts
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
-
1 in schematischer Darstellung einen Ladepunkt und ein am Ladepunkt angeschlossenes Fahrzeug, -
2 ein Diagramm mit einem Ladestrom, -
3 eine Tabelle mit schematischer Angabe des maximalen Ladestroms bei einem Energiespeicher entsprechend2 in Abhängigkeit von der aktuellen TemperaturT (in °C) und dem LadezustandSOC (in %) des Energiespeichers, -
4 zwei Kurven für die Ermittlung eines Temperatur-Sollwerts in Abhängigkeit vom Ladezustand, und -
5 ein Flussdiagramm mit einem Temperaturregler bzw. mit einer Temperatursteuerung.
-
1 a schematic representation of a charging point and a vehicle connected to the charging point, -
2nd a diagram with a charging current, -
3rd a table with a schematic specification of the maximum charging current in an energy storage device accordingly2nd depending on the current temperatureT (in ° C) and the state of chargeSOC (in%) of the energy storage, -
4th two curves for determining a temperature setpoint depending on the state of charge, and -
5 a flowchart with a temperature controller or with a temperature control.
Das Fahrzeug
Die Steuervorrichtung
Eine Verbindung zwischen zwei Einheiten kann auch aus einer drahtlosen Verbindung bestehen, und es kann eine räumliche Trennung vorgesehen sein, beispielsweise zwischen einem Sensor, einer Auswertevorrichtung für das Sensorsignal und der Steuervorrichtung
Die Steuervorrichtung
Der Energiespeicher
Die Ladeenergie, die bei diesem Ladebetrieb in einem Zeitintervall von 36 s und bei einer Gleichspannung von 400 V übertragen werden kann, ergibt sich gemäß der Formel
Die eingezeichneten Zustände
- S0: 0-3 A
- S1: 4-10 A
- S2: 11-50 A
- S3: 51-100 A
- S4: 101-200 A
- S5: 201 A und mehr.
- S0: 0-3 A
- S1: 4-10 A
- S2: 11-50 A
- S3: 51-100 A
- S4: 101-200 A.
- S5: 201 A and more.
Alternativ können die Zustände
Der Energiespeicher
Qualitativ ist zu erkennen, dass der maximale Ladestrom mit zunehmender Temperatur des Energiespeichers
Bei sehr niedrigen maximalen Ladeströmen kommt ein weiteres Problem hinzu. Die Leistungselektronik von Ladevorrichtungen benötigt häufig einen Mindestladestrom IL_min, um einen stabilen Ladevorgang zu ermöglichen. So kann es bspw. bei Resonanz-Wandlern bei sehr niedrigen Ladeströmen dazu kommen, dass diese nicht mehr stabil arbeiten. Mit vergleichsweise hohem Aufwand kann die Leistungselektronik dazu ausgebildet werden, auch bei niedrigen Ladeströmen zu funktionieren. Dies ist jedoch mit hohen Kosten und größerem Gewicht verbunden. Mathematisch ausgedrückt kann man sagen, dass ein Ladevorgang nur möglich ist, wenn Folgendes gilt:
Um auch bei niedrigen Temperaturen laden zu können, kann der Energiespeicher
Eingezeichnet ist eine Kurve
Der Temperatur-Sollwert
Die Steuervorrichtung
Die Steuervorrichtung
Der durch die Steuervorrichtung
Ein weiterer Pfeil
Es hat sich in Versuchen als vorteilhaft erwiesen, den Energiespeicher
- - Die höhere Temperatur führt zu höheren Wärmeverlusten und damit einem geringeren Wirkungsgrad.
- - Die elektrische Energie des Ladepunkts
10 wird für die Erwärmung des Energiespeichers50 genutzt und steht nicht für den Ladevorgang zur Verfügung. Dies verlängert den Ladevorgang. - - Wenn der Ladevorgang vorzeitig abgebrochen wird, ist die große Temperaturerhöhung unnötig, da für einen Ladevorgang bei einem niedrigeren Ladezustand eine niedrigere Temperatur ausreichend ist.
- - The higher temperature leads to higher heat losses and thus lower efficiency.
- - The electrical energy of the charging point
10th is used for heating theenergy storage 50 used and is not available for the charging process. This extends the loading process. - - If the charging process is interrupted prematurely, the large temperature increase is unnecessary, since a lower temperature is sufficient for a charging process with a lower state of charge.
Bevorzugt hat die Steuervorrichtung
Die Kurven
Die Steuervorrichtung
Die Routine beginnt im Schritt
Die Ermittlung des Ausgabewerts OUT im Schritt
Die Steuervorrichtung
Wenn eine Aktivierung der Heizvorrichtung
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.Naturally, various modifications and modifications are possible within the scope of the present invention.
Beim vorliegenden Regler wird der zu regelnde Temperaturwert nur über die Heizvorrichtung beeinflusst. Bei Vorhandensein einer Kühlvorrichtung kann diese auch verwendet werden. Allerdings ist eine höhere Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Rahmens grundsätzlich positiv. Die Zuschaltung einer Kühlvorrichtung ist daher weniger für den Temperaturregler relevant, sondern als Temperaturbegrenzung bei sehr hohen Temperaturen.In the present controller, the temperature value to be controlled is only influenced via the heating device. If a cooling device is present, it can also be used. However, a higher temperature is generally positive within a given range. The connection of a cooling device is therefore less relevant for the temperature controller, but as a temperature limitation at very high temperatures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE102018122678.0A Granted DE102018122678A1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Charger for a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102018122678A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022201841A1 (en) | 2022-02-22 | 2023-08-24 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method and device for carrying out a charging process for a device battery of a battery-operated device |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160031334A1 (en) * | 2013-02-15 | 2016-02-04 | Renault S.A.S. | Method of regulating the temperature of an accumulator battery |
-
2018
- 2018-09-17 DE DE102018122678.0A patent/DE102018122678A1/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160031334A1 (en) * | 2013-02-15 | 2016-02-04 | Renault S.A.S. | Method of regulating the temperature of an accumulator battery |
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DE102022201841A1 (en) | 2022-02-22 | 2023-08-24 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method and device for carrying out a charging process for a device battery of a battery-operated device |
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