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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlängern einer Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie eines Kraftfahrzeugs, eine Ladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Ladeeinrichtung.
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Unter anderem aufgrund der ohnehin begrenzten Kapazität wiederaufladbarer Batterien, insbesondere Traktionsbatterien, von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen, werden derartige Batterien heutzutage oftmals wann immer möglich vollständig, also bis zu einem maximalen Ladezustand (SoC, englisch: „State of Charge“), aufgeladen - beispielsweise über Nacht. Dies kann jedoch zu einer letztlich unnötigen beschleunigten Alterung, also zu einer verringerten Lebensdauer der Batterie führen oder beitragen.
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Aus der
DE 10 2010 011 704 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Laden und/oder Entladen einer Fahrbatterie eines elektrisch antreibbaren Straßenfahrzeugs bekannt. Dabei ist es vorgesehen, dass bei Beginn eines Parkvorgangs ein Nutzer des Straßenfahrzeugs eine Ziel-Energiemenge für die Fahrbatterie und einen Ziel-Zeitpunkt eingibt, zu dem die Ziel-Energiemenge bereitstehen soll. Nach elektrischem Verbinden des Straßenfahrzeugs mit einer Elektro-Energie-Schnittstelle einer Ladeeinrichtung wird die Fahrbatterie derart geladen und/oder entladen, dass zu dem Ziel-Zeitpunkt in der Fahrbatterie mindestens die Ziel-Energiemenge gespeichert ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verlängerte Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verlängern einer Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs. Bei dem Verfahren werden automatisch ein Stillstand des Kraftfahrzeugs und ein Anschließen des Kraftfahrzeugs an eine fahrzeugexterne Ladestation bei stillstehendem Kraftfahrzeug erkannt. Mit anderen Worten wird also erkannt, dass beziehungsweise wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise an einer Ladestation oder Ladesäule geparkt oder abgestellt und zum Aufladen mit dieser verbunden wird beziehungsweise verbunden ist. Das Anschließen des Kraftfahrzeugs, also das Verbinden mit der Ladestation, ist im Sinne der vorliegenden Verbindung breit auszulegen. Es sollen unter diesen Begriffen physische Verbindungen mittels eines Ladekabels aber ebenso kabellose und oder berührungslose elektrische Verbindungen, beispielsweise für eine induktive Energieübertragung erfasst sein. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass automatisch eine erwartete Stillstandsdauer des Kraftfahrzeugs, während derer das Kraftfahrzeug stillstehend an die Ladestation angeschlossen bleibt, abgeschätzt wird. Falls die abgeschätzte erwartete Stillstandsdauer größer ist als eine vorgegebene Minimalzeitdauer wird durch entsprechendes Steuern einer Energieübertragung zwischen der Batterie und der Ladestation automatisch ein Schonladezustand der Batterie eingestellt. Der Schonladezustand ist dabei erfindungsgemäß kleiner als ein maximal möglicher Ladezustand der Batterie, wodurch eine Alterung der Batterie während des Stillstehens des Kraftfahrzeugs verringert wird. Der Schonladezustand kann beispielsweise 80 % des maximalen Ladezustands betragen.
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Das Einstellen des Schonladezustands bedeutet dabei, dass die Batterie je nach einem aktuellen oder Ist-Ladezustand der Batterie bis zum Erreichen des Schonladezustands aufgeladen oder entladen wird. Dadurch, dass die Batterie also nach dem Erreichen oder Einstellen des Schonladezustands während der verbleibenden Stillstandsdauer oder zumindest während eines Teils der verbleibenden Stillstandsdauer sich nicht in dem maximal möglichen Ladezustand befindet, also nicht zu 100 % vollgeladen ist, wird die Alterung, also eine Belastung, der Batterie gegenüber einem solchen dauerhaften oder längerfristigen Verbleiben in dem maximalen Ladezustand vorteilhaft reduziert.
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Ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise sein, die Batterie zu schonen, während ein Fahrer oder Benutzer des Kraftfahrzeugs beispielsweise im Urlaub ist und das Kraftfahrzeug während des Urlaubs an die Ladestation angeschlossen bleibt. Gerade aufgrund der nur in begrenzter Anzahl zur Verfügung stehenden Ladestationen können Elektrofahrzeuge heutzutage oftmals noch nicht als vollständiger Ersatz eines konventionellen Kraftfahrzeugs dienen und werden daher gegebenenfalls als Zweitfahrzeug eines Fahrers oder Benutzers verwendet. Auch in einem solchen Fall kann die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft angewendet werden, wenn beispielsweise das jeweilige Zweit- beziehungsweise Elektrofahrzeug an die Ladestation angeschlossen bleibt, während der jeweilige Fahrer oder Benutzer ein konventionelles Erstfahrzeug nutzt.
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Durch die vorliegende Erfindung wird vorteilhaft nicht nur die Lebensdauer der Batterie verlängert, sondern auch ein Nutzungskomfort erhöht und somit eine Hemmschwelle für eine Nutzung oder Anschaffung eines Elektrofahrzeugs reduziert. Dies ist der Fall, da der Nutzer das Elektrofahrzeug jederzeit an die oder eine Ladestation anschließen kann, ohne eine mögliche beschleunigte Alterung zu berücksichtigen oder - wie im Stand der Technik vorgesehen - eine manuelle Eingabe oder Vorgabe tätigen muss. Selbst wenn eine derartige spezifische Nutzereingabe genauer sein kann als die vorliegend erfindungsgemäß vorgesehene Abschätzung der erwarteten Stillstandsdauer, so wird die vorliegende Erfindung zumindest mittel- oder langfristig im Durchschnitt doch mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer verlängerten Lebensdauer der Batterie führen, da erfahrungsgemäß Nutzer manuelle Eingaben, wie die im Stand der Technik vorgesehene Eingabe der Ziel-Energiemenge und des Ziel-Zeitpunktes, vernachlässigen, also nicht konsequent und konsistent vornehmen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der der vorliegenden Erfindung wird durch eine Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs, welche dessen Anschließen an die Ladestation erkennt, bei dem Erkennen des Anschließens an die Ladestation ein jeweiliger aktueller Ladezustand der Batterie bestimmt und ermittelt, ob die Ladestation für einen bidirektionalen Energieaustausch eingerichtet ist. Falls der erkannte aktuelle Ladezustand kleiner ist als der Schonladezustand, steuert die Ladeeinrichtung die Energieübertragung derart, dass die Batterie von dem aktuellen Ladezustand bis auf den Schonladezustand aufgeladen wird.
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Falls der jeweils erkannte aktuelle Ladezustand größer ist als der Schonladezustand und die Ladestation für den bidirektionalen Energieaustausch eingerichtet ist, steuert die Ladeeinrichtung die Energieübertragung derart, dass die Batterie durch Rückspeisung von elektrischer Energie aus der Batterie zu der Ladestation bis auf den Schonladezustand entladen wird. Mit anderen Worten wird dann also in der Batterie gespeicherte elektrische Energie in ein elektrisches Netz, an das die Ladestation angeschlossen ist, rückgespeist. Hierdurch kann eine Differenz zwischen dem jeweiligen aktuellen Ladezustand und dem Schonladezustand vorteilhaft zum Balancieren des elektrischen Netzes genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die rückgespeiste elektrischer Energie beispielsweise zur Versorgung einer fahrzeugexternen Einrichtung, beispielsweise eines Gebäudes, genutzt oder verwendet werden.
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Falls der aktuelle Ladezustand größer ist als der Schonladezustand und die Ladestation nicht für den bidirektionalen Energieaustausch eingerichtet ist, verhindert oder blockiert die Ladeeinrichtung ein weiteres Aufladen der Batterie. Das weitere Aufladen der Batterie wird in diesem Fall nicht notwendigerweise permanent oder dauerhaft verhindert, sondern beispielsweise nur solange bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Als solche Bedingung kann beispielsweise vorgegeben sein, dass der aktuelle Ladezustand oder Ist-Ladezustand den Schonladezustand unterschreitet. Der aktuelle Ladezustand kann also kontinuierlich oder regelmäßig überwacht oder überprüft werden. Ebenso kann als Bedingung beispielsweise vorgegeben sein, dass ein bestimmter Zeitpunkt erreicht ist, insbesondere ein vorgegebener absoluter oder relativer Anteil der abgeschätzten erwarteten Stillstandsdauer abgelaufen ist oder bis zum Ablaufen oder Ende der erwarteten abgeschätzten Stillstandsdauer verbleibt. So kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine Zeitdauer, während derer sich die Batterie in dem maximalen Ladezustand befindet, minimiert wird und gleichzeitig dennoch zum Ende der erwarteten Stillstandsdauer hin die Batterie über den Schonladezustand hinaus aufgeladen wird beziehungsweise werden kann. Der vorgegebene Zeitpunkt oder der vorgegebene Anteil der erwarteten Stillstandsdauer kann dabei vorteilhaft in Abhängigkeit von dem aktuellen Ladezustand vorgegeben sein. Dadurch kann die Energieübertragung, also das Aufladen beziehungsweise Entladen der Batterie dynamisch optimiert gesteuert werden, um einen optimierten Ausgleich oder Kompromiss zwischen optimaler Lebensdauer der Batterie und optimaler Nutzbarkeit oder Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs zu erreichen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird für den Fall, dass der aktuelle Ladezustand größer ist als der Schonladezustand und die Ladestation nicht für den bidirektionalen Energieaustausch eingerichtet ist, automatisch wenigstens ein elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs aktiviert bis der Schonladezustand erreicht ist. Mit anderen Worten wird dann also die Batterie nicht oder nicht nur durch Rückspeisung elektrischer Energie über die Ladestation, sondern über den jeweiligen aktivierten elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs beziehungsweise dessen Energieverbrauch bis zum Erreichen des Schonladezustand entladen. Mit Erreichen des Schonladezustands wird der zuvor aktivierte wenigstens eine elektrische Verbraucher dann automatisch wieder deaktiviert, um die Batterie auf oder in dem Schonladezustand zu halten. Das Aktivieren und gegebenenfalls Deaktivieren des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers kann vorteilhaft automatisch durch die genannte Ladeeinrichtung oder eine Ladesteuerung oder ein Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs gesteuert oder durchgeführt werden. Vorteilhaft kann so die Lebensdauer der Batterie unabhängig von einer Ausgestaltung oder Spezifikationen der Ladestation, also in möglichst vielen verschiedenen Situationen, erreicht werden. Mögliche elektrische Verbraucher, die hier zu aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden können, sind beispielsweise eine Beleuchtungs-, Belüftungs-, Heiz- und/oder Kühleinrichtung des Kraftfahrzeugs.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Schonladezustand automatisch dynamisch in Abhängigkeit von der erwarteten Stillstandsdauer festgelegt, wobei bei einer kürzeren erwarteten Stillstandsdauer ein höherer Schonladezustand festgelegt wird als bei einer längeren erwarteten Stillstandsdauer. Mit anderen Worten wird also bei einer kürzeren erwarteten Stillstandsdauer wird also ein höherer Schonladezustand eingestellt, das heißt die Batterie so lange oder so weit aufgeladen oder entladen, bis ein höherer oder größerer Ladezustand erreicht ist, als bei einer demgegenüber längeren erwarteten Stillstandsdauer eingestellt wird. Wird als erwartete Stillstandsdauer beispielsweise zwei Wochen abgeschätzt, so kann der Schonladezustand beispielsweise als 80 % des maximalen Ladezustand der Batterie festgelegt oder eingestellt werden. Wird hingegen als erwartete Stillstandsdauer ein Tag abgeschätzt, so kann der Schonladezustand zu 90 % des maximalen Ladezustands der Batterie festgelegt oder eingestellt werden. Hierdurch kann vorteilhaft ein optimaler Kompromiss zwischen verlängerter Lebensdauer der Batterie und Nutzungskomfort erreicht werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Abschätzen der erwarteten Stillstandsdauer über eine Datenverbindung ein elektronischer Kalender wenigstens eines dem Kraftfahrzeug zugeordneten Nutzers abgefragt. In dem elektronischen Kalender enthaltene Kalendereinträge werden dann automatisch ausgewertet und bei dem Abschätzen, also zum Abschätzen der erwarteten Stillstandsdauer berücksichtigt. Mit anderen Worten wird also anhand des elektronischen Kalenders beziehungsweise anhand darin enthaltener Kalendereinträge abgeschätzt, wann das Kraftfahrzeug voraussichtlich wieder genutzt werden wird beziehungsweise wie lange das Kraftfahrzeug voraussichtlich ungenutzt bleibt. Der elektronische Kalender kann beispielsweise in einem mobilen Endgerät des jeweiligen Fahrers oder in einer Servereinrichtung, beispielsweise einem Cloud- oder Backend-Server, hinterlegt sein. Ebenso kann der elektronische Kalender beispielsweise in einer Speichereinrichtung des Kraftfahrzeugs selbst abgespeichert sein. Ebenso ist eine automatische Synchronisierung beispielsweise zwischen einem mit dem Kraftfahrzeug verbundenen oder gekoppelten mobilen Endgerät und dem Datenspeicher des Kraftfahrzeugs möglich. Der wenigstens eine Nutzer des Kraftfahrzeugs beziehungsweise dessen elektronischer Kalender oder dessen elektronisches mobiles Endgerät können zum Zuordnen zu dem Kraftfahrzeug beispielsweise in eine entsprechende Liste in dem Datenspeicher des Kraftfahrzeugs eingetragen werden. Ebenso kann der Nutzer oder können die Nutzer automatisch als dem Kraftfahrzeug zugeordnete Nutzer erkannt werden, beispielsweise durch eine automatische Insassenerkennung und/oder durch automatisches Detektieren mit dem Kraftfahrzeug über eine jeweilige Datenverbindung verbundener mobiler Endgeräte.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden automatisch Nutzungs- und Standzeiten des Kraftfahrzeugs überwacht und aufgezeichnet. Darauf basierend wird mittels einer Methode des maschinellen Lernens ein entsprechendes Nutzerverhalten wenigstens eines dem Kraftfahrzeug zugeordneten Nutzers von einer Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs, die die Energieübertragung zwischen der Batterie und der Ladestation steuert, gelernt. Die erwartete Stillstandsdauer wird dann durch die Ladeeinrichtung anhand des gelernten Nutzerverhaltens abgeschätzt. Mit anderen Worten lernt die Ladeeinrichtung also automatisch ein Muster, gemäß welchem das Kraftfahrzeug genutzt wird und prädiziert auf Basis dieses Musters, also in Abhängigkeit von dem gelernten Nutzer- oder Nutzungsverhalten die erwartete Stillstandsdauer für einen sich an das jeweilige erkannte Anschließen des Kraftfahrzeugs an die Ladestation anschließenden Zeitraum. Hierzu kann die Ladeeinrichtung beispielsweise ein neuronales Netz oder einen Maschinenlernalgorithmus umfassen.
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Das gelernte Nutzerverhalten kann dabei individuell oder separat für unterschiedliche Nutzer des Kraftfahrzeugs gelernt werden, wobei dann zum Abschätzen der erwarteten Stillstandsdauer alle individuellen gelernten Nutzerverhaltens kombiniert werden. Dies kann vorteilhaft eine zuverlässigere Erkennung jeweiliger Nutzungs- oder Verhaltensmuster der individuellen Nutzer ermöglichen. Ebenso können zusätzlich oder alternativ die Nutzungs- und Stillstandszeiten für das Kraftfahrzeug insgesamt gelernt werden, also unabhängig davon, welcher individuelle Nutzer das Kraftfahrzeug jeweils nutzt. Hierdurch kann vorteilhaft eine Komplexität des Verfahrens und ein zur Durchführung des Verfahrens notwendiger Bauteil- oder Geräteaufwand reduziert werden. Gegebenenfalls kann aber durch Kombination von individuellen gelernten Nutzerverhalten und für das Kraftfahrzeug insgesamt gelernten Nutzungszeiten vorteilhaft eine verbesserte, also genauere oder zuverlässigere Vorhersage, also Abschätzung der erwarteten Stillstandsdauer erreicht werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird, nachdem der Schonladezustand eingestellt und für einen Teil oder Teilabschnitt der erwarteten Stillstandsdauer aufrechterhalten worden ist, die Batterie zu einem Ende der erwarteten Stillstandsdauer hin über den Schonladezustand hinaus aufgeladen, sodass der maximale Ladezustand am Ende der erwarteten Stillstandsdauer eingestellt oder erreicht wird. Derjenige Teil, Teilabschnitt oder Anteil der erwarteten Stillstandsdauer, für den der Schonladezustand aufrechterhalten wird kann dabei variabel sein und beispielsweise von einem aktuellen Ladezustand, von dem Schonladezustand und/oder von einer an der jeweiligen Ladestation zum Aufladen der Batterie verfügbaren Ladeleistung abhängen. In Abhängigkeit von diesen und/oder weiteren Faktoren wird dann also während der erwarteten Stillstandsdauer die Energieübertragung von der Ladestation hin zu der Batterie automatisch aktiviert, sodass mit Ablauf der erwarteten Stillstandsdauer sich die Batterie in dem maximalen Ladezustand befindet, also vollständig aufgeladen ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein optimaler Kompromiss zwischen einer optimierten verlängerten Lebensdauer der Batterie und einem Nutzungskomfort erreicht werden.
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Insbesondere dann, wenn die erwartete Stillstandsdauer länger, insbesondere wesentlich länger, ist als die zum Aufladen der Batterie vom jeweiligen aktuellen Ladezustand bis zum maximalen Ladezustand benötigte Zeitdauer, kann dadurch, dass zunächst der Schonladezustand eingestellt, die Batterie also teilweise geladen gehalten wird oder verbleibt, die Lebensdauer der Batterie verlängert werden. So kann beispielsweise verhindert werden, dass bei besonders langen erwarteten Stillstandszeiten die Batterie vollständig entladen wird oder in einem vollständig oder nahezu vollständig entladenen Zustand bleibt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Minimalzeitdauer dynamisch in Abhängigkeit von einer an der Ladestation verfügbaren Lade- und/oder Entladeleistung vorgegeben. Die Minimalzeitdauer wird dabei vorgegeben als Summe von Zeitdauern, die benötigt werden zum Einstellen des Schonladezustands, zum Aufladen der Batterie von dem Schonladezustand auf den maximalen Ladezustand und einer vorgegebenen Mindestwartezeit. So kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass nach Einstellen des Schonladezustands der maximale Ladezustand noch innerhalb der erwarteten Stillstandsdauer erreicht werden kann.
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Zudem kann so vorteilhaft verhindert werden, dass die Batterie beispielsweise bis auf den Schonladezustand entladen und anschließend sofort wieder aufgeladen wird. Das Entladen der Batterie auf den Schonladezustand und ein anschließendes Wiederaufladen bis auf den maximalen Ladezustand stellt eine Belastung der Batterie dar und durch das dynamische Bestimmen der Minimalzeitdauer wie angegeben. Insbesondere durch die vorgegebene Mindestwartezeit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass ein Lebensdauervorteil, der sich durch das Einstellen und Halten des Schonladezustands, insbesondere zumindest für die Mindestwartezeit, ergibt, die gegebenenfalls mit dem Einstellen des Schonladezustands und dem gegebenenfalls anschließenden zusätzlichen Vollladen bis zu dem maximalen Ladezustand einhergehende Belastung der Batterie zumindest ausgleicht. Somit kann also sichergestellt werden, dass durch das Einstellen des Schonladezustands immer insgesamt eine Verlängerung der Lebensdauer der Batterie erreicht wird, beispielsweise gegenüber einem herkömmlicherweise vorgesehenen einfachen und sofortigen Vollladen der Batterie nach dem Anschließen an die Ladestation.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer bidirektionalen Ladeschnittstelle zum elektrischen Anschließen an eine fahrzeugexterne Ladestation und mit einem Batterieinterface zum elektrischen Kontaktieren einer über die Ladeeinrichtung wiederaufladbaren Batterie des Kraftfahrzeugs und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Energieübertragung zwischen der Ladestation und der Batterie. Insbesondere umfasst die Ladeeinrichtung also einen fahrzeugseitigen Teil einer Ladeinfrastruktur und ist dementsprechend in bestimmungsgemäßer Einbaulage in dem jeweiligen Kraftfahrzeug, also bei bestimmungsgemäßem Anschluss in dem jeweiligen Kraftfahrzeug, elektrisch mit der Batterie des Kraftfahrzeugs verbunden. Erfindungsgemäß ist die Ladeeinrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, eingerichtet zum Durchführen oder Ausführen zumindest einer Ausführungsform oder Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verlängern einer Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie des Kraftfahrzeugs. Dazu weist die Ladeeinrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, erfindungsgemäß einen Datenspeicher mit einem darin gespeicherten Programmcode auf, der dieses Verfahren beziehungsweise dessen Verfahrensschritte kodiert oder repräsentiert. Weiterhin weist die Ladeeinrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, eine mit dem Datenspeicher verbundene Prozessoreinrichtung zum Ausführen des Programmcodes auf. Die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung ist also dazu eingerichtet, dass Anschließen der Ladestation an die Ladeeinrichtung bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs zu erkennen, automatisch eine erwartete Stillstandsdauer des Kraftfahrzeugs, während derer das Kraftfahrzeug stillstehend an die Ladestation angeschlossen bleibt abzuschätzen, und, falls die abgeschätzte erwartete Stillstandsdauer größer ist als eine vorgegebene Minimalzeitdauer, die Energieübertragung zwischen der Ladestation und der Batterie zum Einstellen eines Schonladezustands der Batterie zu steuern, wobei der Schonladezustand kleiner ist als ein maximal möglicher Ladezustand, also ein maximaler Ladezustand, der Batterie, um eine Alterung der Batterie während der Stillstandsdauer zu verringern.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einer wiederaufladbaren Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, und mit einer erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung.
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In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug ein mit der Ladeeinrichtung zum Übertragen eines Steuersignals zumindest indirekt gekoppeltes Bedienelement auf, welches dazu eingerichtet ist, auf eine jeweilige manuelle Bedienung des Bedienelements hin eine automatische Ausführung des Verfahrens zum Verlängern der Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie des Kraftfahrzeugs zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren. Mit anderen Worten kann ein jeweiliger Fahrer oder Nutzer des Kraftfahrzeugs durch Bedienung oder Betätigung des Bedienelements also das Steuern der Energieübertragung zwischen der Ladestation und der Batterie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einstellen und/oder ausschalten. Dadurch kann vorteilhaft eine weitere Verbesserung oder Verlängerung der Lebensdauer der Batterie erreicht werden. Beispielsweise kann der Nutzer vor einer untypischen Nutzung des Kraftfahrzeugs das Bedienelement zum Deaktivieren der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder beispielsweise vor einem Urlaubsantritt zum expliziten Aktivieren oder Einschalten der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betätigen. So kann vorteilhaft mit besonders geringem Benutzeraufwand, vorteilhaft beispielsweise jeweils einem einzigen Tastendruck, ein unnötiges Entladen der Batterie bis zu dem Schonladezustand beziehungsweise ein verzögertes Einstellen des Schonladezustands oder ein verfrühtes Aufladen der Batterie über den Schonladezustand hinaus am Ende der erwarteten Stillstandsdauer vermieden werden. Beispielsweise könnte der Fall auftreten, dass der Nutzer bewusst von seinem üblichen Verhalten abweichen wird oder beispielsweise eine andere Person als der übliche Nutzer während dessen Urlaubs das jeweilige Kraftfahrzeug nutzen wird. In einem solchen, letztlich unvorhersehbaren, Fall würde das erfindungsgemäße Verfahren bei aktivierter Funktionalität beispielsweise dazu führen, dass die Batterie bis auf den Schonladezustand entladen wird, da eine entsprechend lange Stillstands- oder Nicht-Nutzungsdauer abgeschätzt wird. Entgegen dieser Erwartung kann das Kraftfahrzeug dann jedoch von dem Nutzer selbst oder von der anderen Person zeitnah genutzt werden. Damit wäre das Entladen bis auf den Schonladezustand also letztlich unnötig, da das Kraftfahrzeug tatsächlich zeitnah genutzt wird. Für ein solches oder ähnliches Scenario ist die Möglichkeit, die Funktionalität, also das automatische Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, manuell dauerhaft oder für einen bestimmten Zeitraum abzuschalten also besonders vorteilhaft, da gegebenenfalls ein Ladezyklus der Batterie eingespart werden kann.
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In jedem Fall ist es bevorzugt vorgesehen, dass mittels des Bedienelements, beispielsweise die erfindungsgemäße Funktionalität, also das automatische Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nicht nur für eine bestimmte Situation oder einen begrenzten Zeitraum, sondern - zumindest bis zu einer erneuten Betätigung des Bedienelements - dauerhaft aktivierbar und/oder deaktivierbar ist. Das Bedienelement kann beispielsweise eine physische Taste und/oder ein virtuelles Bedienelement sein oder umfassen. Das Bedienelement kann beispielsweise in einen Bordcomputer, ein Infotainmentsystem, ein Mensch-Maschine-Interface oder dergleichen integriert sein, etwa ein Multi-Media-Interface (MMI).
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Die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung kann insbesondere die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug genannte Ladeeinrichtung sein. Ebenso kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung genannte Kraftfahrzeug sein.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen für alle Aspekte der Erfindung, also für das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind und umgekehrt. Um unnötige Redundanz zu vermeiden, sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal für jeden Aspekt der Erfindung separat beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladeeinrichtung, welches mit einer fahrzeugexternen Ladesäule verbunden ist; und
- 2 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Verlängern einer Lebensdauer einer Batterie eines Kraftfahrzeugs.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, bei dem es sich vorliegend um ein Elektrofahrzeug 1 handelt. Dieses wird vorliegend von einem Nutzer beziehungsweise Fahrer 2 genutzt oder geführt. Das Elektrofahrzeug 1 weist eine fahrzeugseitige Ladeeinrichtung auf, welche einen Ladeanschluss 3 mit einer bidirektionalen Ladeschnittstelle zur Energieübertragung elektrischer Energie zu und von dem Elektrofahrzeug 1 umfasst. Der Ladeanschluss 3 ist elektrisch mit einer wiederaufladbaren Traktionsbatterie 4 des Elektrofahrzeugs 1 verbunden. Die Energieübertragung zu und von der Traktionsbatterie 4 über den Ladeanschluss 3 wird vorliegend durch eine Ladesteuerung 5 des Elektrofahrzeugs 1 gesteuert oder beeinflusst. Die Ladesteuerung 5 ist vorliegend ebenfalls Teil der fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Elektrofahrzeugs 1.
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In der vorliegend in 1 dargestellten Situation ist das Elektrofahrzeug 3 an eine fahrzeugexterne Ladestation in Form einer Ladesäule 6 mittels eines Ladekabels 7 angeschlossen.
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2 zeigt einen beispielhaften schematischen Ablaufplan 8 eines Verfahrens zum Verlängern einer Lebensdauer der Traktionsbatterie 4 des Elektrofahrzeugs 1. Das Verfahren beginnt mit einem Verfahrensschritt S1. Im Verfahrensschritt S1 wird das Elektrofahrzeug 1 an der Ladesäule 6 abgestellt und über das Ladekabel 7 mit dieser elektrisch verbunden, also an die Ladesäule 6 angeschlossen. Ebenso kann im oder als Verfahrensschritt S1 der Fahrer 2 ein Bedienelement 9 betätigen und dadurch das Verfahren aktivieren oder starten. Das Bedienelement 9 ist vorliegend in dem Elektrofahrzeug 1 angeordnet und über ein Bordnetz 10 mit der Ladeeinrichtung, insbesondere mit der Ladesteuerung 5 verbunden. Das Bedienelement 9 kann beispielsweise in ein Benutzerinterface (MMI, Multi-Media Interface) des Elektrofahrzeugs 1 integriert sein.
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Ebenso kann das Bedienelement 9 jedoch beispielsweise ein mobiles Endgerät, beispielsweise ein Mobiltelefon (Smartphone) des Fahrers 2 sein, welches ein entsprechendes Bedien- oder Steuersignal über eine Datenverbindung mit dem Elektrofahrzeug 1 an die Ladeeinrichtung, insbesondere an die Ladesteuerung 5, übermitteln kann. Dazu kann auf dem mobilen Endgerät dann eine entsprechende Anwendung (App) ausgeführt werden. Unabhängig von einer konkreten Ausführung oder Ausgestaltung des Bedienelements 9 kann dieses zum Aktivieren und zum Deaktivieren des Verfahrens zum Verlängern der Lebensdauer der Traktionsbatterie 4 von dem Fahrer 2 manuell betätigt werden. Das Bedienelement 2 beziehungsweise dessen Funktionalität kann also beispielsweise als Abwesenheits-Taste (Abwesenheits-Button) aufgefasst werden, welchen der Fahrer 2 beispielsweise vor einem Urlaub oder einer längeren Standzeit, also Nichtbenutzungszeit, des Elektrofahrzeugs 1 zum Aktivieren des Verfahrens betätigen kann.
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Im Verfahrensschritt S2 wird mittels der Ladeeinrichtung automatisch erkannt oder erfasst, dass das Kraftfahrzeug 1 zum Stillstand gekommen ist und an die Ladesäule 6 angeschlossen ist beziehungsweise angeschlossen wurde.
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In einem Verfahrensschritt S3 schätzt die Ladeeinrichtung daraufhin automatisch eine erwartete Stillstandsdauer des Elektrofahrzeugs 1, während derer das Elektrofahrzeug 1 voraussichtlich stillstehend an die Ladesäule 6 angeschlossen bleibt, ab. Dazu ruft die Ladeeinrichtung einen elektronischen Kalender des Fahrers 2 ab, beispielsweise über eine automatisch aufgebaute Datenverbindung zu dem mobilen Endgerät des Fahrers 2. In dem elektronischen Kalender enthaltene Kalendereinträge werden dann automatisch ausgewertet, um abzuleiten oder zu ermitteln, wann der Fahrer 2 das Elektrofahrzeug 1 voraussichtlich erneut nutzen wird beziehungsweise wie lange der Fahrer 2 voraussichtlich abwesend oder beschäftigt sein wird und somit das Elektrofahrzeug 1 also nicht nutzen wird. Zusätzlich wird eine basierend auf einem bis dahin erfassten und von einem neuronalen Netz der Ladeeinrichtung gelernten Nutzungsverhalten für das Elektrofahrzeug 1 eine Vorhersage über die erwartete Stillstandsdauer ermittelt oder erzeugt. Besonders vorteilhaft ist es dabei vorgesehen, dass Kalendereinträgen, die eine Nichtnutzung des Elektrofahrzeugs 1 bedeuten oder erwarten lassen, eine höhere Priorität zugeordnet oder zugewiesen wird als einer auf dem gelernten Nutzungsverhalten basierenden Vorhersage. Dadurch können vorteilhaft beispielsweise nicht nur regelmäßige Muster, sondern ebenso außergewöhnliche, insbesondere einmalige, Anlässe, Gegebenheiten oder Umstände bei dem Abschätzen der erwarteten Stillstandsdauer berücksichtigt werden.
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In einem Verfahrensschritt S4 wird ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie 4 durch die Ladeeinrichtung ermittelt. Zusätzlich wird durch Kommunikation mit der Ladesäule 6 ermittelt, ob diese für eine bidirektionale Energieübertragung eingerichtet ist und welche Lade- und Entladeleistung die Ladesäule 6 bereitstellen kann.
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In einem Verfahrensschritt S5 wird dann durch die Ladeeinrichtung automatisch berechnet oder bestimmt, ob die im Verfahrensschritt S3 abgeschätzte erwartete Stillstandsdauer größer ist als die Summe der Zeitdauern, die benötigt werden, um die Traktionsbatterie 4 von dem aktuellen Ladezustand auf einen vorgegebenen Schonladezustand aufzuladen oder zu entladen, um die Traktionsbatterie 4 anschließend von dem vorgegebenen Schonladezustand auf einen maximalen Ladezustand aufzuladen, und einer vorgegebenen Mindestwartezeit, während derer der Schonladezustand eingestellt beziehungsweise bleiben soll.
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Ergibt sich im Verfahrensschritt S5, dass die erwartete Stillstandsdauer kürzer ist als die Summe der genannten Zeitdauern, so folgt das Verfahren einem Pfad 11 zu einem Verfahrensschritt S6. Im Verfahrensschritt S6 wird das Verfahren beendet und/oder die Traktionsbatterie 4 vollständig aufgeladen, also auf den maximalen Ladezustand gebracht.
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Ergibt sich im Verfahrensschritt S5 hingegen, dass die erwartete Stillstandsdauer länger ist als die Summe der genannten Zeitdauern, so folgt das Verfahren einem Pfad 12 zu einem Verfahrensschritt S7. Im Verfahrensschritt S7 wird der vorgegebene Schonladezustand der Traktionsbatterie eingestellt. In Abhängigkeit von dem aktuellen Ladezustand im Verhältnis zu dem vorgegebenen Schonladezustand und einer Auslegung oder Spezifikation der Ladesäule 6 wird dazu die Traktionsbatterie durch Bezug elektrischer Energie von der Ladesäule 6 aufgeladen oder die Traktionsbatterie 4 über die Ladesäule 6 entladen bis der Schonladezustand erreicht, also eingestellt ist.
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Ist der aktuelle Ladezustand größer als der Schonladezustand und ist ein Entladen der Traktionsbatterie 4 über die Ladesäule 6 nicht möglich, so kann die Ladesteuerung wenigstens einen elektrischen Verbraucher des Elektrofahrzeugs 1, hier beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung 13 aktivieren, welche dann durch aus der Traktionsbatterie 4 bereitgestellter elektrischer Energie betrieben wird, um die Traktionsbatterie 4 auf diese Weise bis zum Erreichen des Schonladezustands zu entladen.
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Nach Erreichen oder Einstellen des Schonladezustands im Verfahrensschritt S7 wird in einem Verfahrensschritt S8 kontinuierlich überprüft oder abgefragt, ob eine Restzeit von einem aktuellen Zeitpunkt bis zum Ende der erwarteten Stillstandsdauer größer ist als die Zeitdauer, die zum Aufladen der Traktionsbatterie 4 von dem eingestellten Schonladezustand bis auf den maximalen Ladezustand benötigt wird. Ist dies der Fall, so folgt das Verfahren einem Pfad 14 in einer Schleife. Dies deutet das kontinuierliche oder regelmäßige Überprüfen oder Abfragen der verbleibenden Restzeit im Verfahrensschritt S8 an.
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Ergibt sich im Verfahrensschritt S8, dass die verbleibende Restzeit der erwarteten Stillstandsdauer nicht größer ist als die zum vollständigen Aufladen der Traktionsbatterie 4 benötigte Zeit, so folgt das Verfahren einem Pfad 15 zu einem Verfahrensschritt S9. Im Verfahrensschritt S9 wird dann die Traktionsbatterie 4 vom eingestellten Schonladezustand bis auf den maximalen Ladezustand aufgeladen, sodass dieser zum Ende, also mit Ablauf der erwarteten Stillstandsdauer erreicht wird.
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Zumindest einiger der beschriebenen Verfahrensschritte können in anderer als der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann der aktuelle Ladezustand bereits unmittelbar beim Anschließen des Elektrofahrzeugs 1 an die Ladesäule 6 ermittelt werden.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele, wie eine Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie eines Kraftfahrzeugs verlängert werden kann. Dabei kann mit Erkennen eines längeren nicht-Betriebs, also einer erwarteten Stillstandsdauer, während derer das Elektrofahrzeug 1 nicht genutzt oder betrieben wird, die Traktionsbatterie 4 zunächst nicht voll, sondern nur bis zu dem vorgegebenen Schonladezustand aufgeladen werden, um zu verhindern, dass die Traktionsbatterie 4 während der gesamten erwarteten Stillstandsdauer im vollgeladenen maximalen Ladezustand verbleibt. Dennoch kann aber vor Ablauf der Stillstandsdauer, also etwa vor einer von dem Fahrer 2 geplanten Abfahrtszeit die Traktionsbatterie 4 von dem Schonladezustand bis auf den maximalen Ladezustand aufgeladen werden, um dem Fahrer 2 eine größtmögliche Reichweite zur Verfügung zu stellen. Das beschriebene Verfahren, also das Schonladen der Traktionsbatterie 4, kann vorteilhaft beispielsweise bei einem Abstellen des Elektrofahrzeugs 1 zu Hause, am Arbeitsplatz, an einem Flughafen, auf einem Dauerparkplatz und/oder dergleichen mehr angewendet werden, insbesondere überall dort und immer dann, wenn das Elektrofahrzeug 1 - zumindest voraussichtlich - länger stillstehen, also ungenutzt bleiben, wird als eine Zeitdauer, die zum Aufladen der Traktionsbatterie 4 von ihrem beim Abstellen des Elektrofahrzeugs 1 vorliegenden aktuellen Ladezustand bis auf den maximalen Ladezustand benötigt wird.
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Dabei kann ein Verhalten eines Nutzers, beispielsweise des Fahrers 2, zum zeitoptimalen Vollladen der Traktionsbatterie 4 vor der jeweiligen nächsten Abfahrt oder Nutzung, also zum Ende der Stillstandsdauer hin, genutzt werden, damit die Traktionsbatterie 4 nicht länger als notwendig im vollgeladenen Zustand verweilt. Wird also beispielsweise erkannt, dass das Elektrofahrzeug 1 für mehrere Tage nicht genutzt wird, wird die Traktionsbatterie 4 dann also gar nicht erst vollständig aufgeladen oder sogar aktiv bis zu dem vorgegebenen Schonladezustand entladen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010011704 A1 [0003]
