DE102018222558A1

DE102018222558A1 - Verfahren zum Laden eines Batteriesystems

Info

Publication number: DE102018222558A1
Application number: DE102018222558.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Salziger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020127412A1

Abstract

Verfahren (200) zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Batterien mit den Schritten:- Verbinden (210) der einzelnen Batterien mit einem Ladesystem in Abhängigkeit des Energiebedarfs des Batteriesystems,- Bestimmen (220) einer Ladekapazität der einzelnen Batterien,- Auswahl (230) der Batterie mit der geringsten Ladekapazität und Ausschalten der restlichen Batterien,- Laden (240) der Batterie mit der geringsten Ladekapazität,- Vergleichen (250) der Ladekapazität der ladenden Batterie mit den Ladekapazitäten der weiteren Batterien,- Zuschalten (260) der weiteren Batterie, wenn die ladende Batterie die Ladekapazität der weiteren Batterie erreicht hat.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von Batterien.
Ladesysteme zum Laden von Lithium-Ionen-Batterien verwenden das IU-Ladeverfahren. Dabei werden die Batterien zuerst mit einem konstanten Ladestrom bis zu einer Batterieladekapazität von 60 - 90% geladen. Dadurch werden die Batteriezellen bei niedriger Ladekapazität nicht übermäßig belastet. Ist die Batterieladekapazität von 60 - 90% erreicht, wird mit einer konstanten Ladespannung weitergeladen, um die maximale Zellspannung nicht zu überschreiten. Das bedeutet der Strombedarf eines solchen Ladesystems ist zu Beginn des Ladevorgangs größer und verringert sich bei einem hohen Ladezustand.
Batteriesysteme können mehrere fest eingebaute Batterien umfassen. Beim Laden eines solchen Batteriesystems werden alle Batterien gleichzeitig geladen. Sie weisen dabei eine vergleichbare Ladekapazität auf, z. B. sind alle Batterien leer oder voll.
Nachteilig ist hierbei, dass der Strombedarf zu Beginn des Ladeverfahrens hoch ist und ab einer bestimmten Ladekapazität der Batterien abnimmt.
Batteriesysteme können auch mehrere auswechselbare Batterien umfassen. Das bedeutet die Batteriesysteme sind über die Anzahl der verwendeten Batterien skalierbar. Die einzelnen Batterien in solch einem Batteriesystem sind zuschaltbar und abschaltbar. Dabei können die einzelnen Batterien unterschiedliche Ladekapazitäten aufweisen.
Nachteilig ist hierbei, dass das IU-Ladeverfahren die einzelnen Batterien nicht optimal lädt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Batterien umfasst das Verbinden der einzelnen Batterien mit einem Ladesystem in Abhängigkeit des Energiebedarfs des Batteriesystems, das Bestimmen einer Ladekapazität der einzelnen Batterien, die Auswahl der Batterie mit der geringsten Ladekapazität und das Ausschalten der restlichen Batterien. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Laden der Batterie mit der geringsten Ladekapazität, das Vergleichen der Ladekapazität der ladenden Batterie mit den Ladekapazitäten der weiteren Batterien und das Zuschalten der weiteren Batterie, wenn die ladende Batterie die Ladekapazität der weiteren Batterie erreicht hat.
Der Vorteil ist hierbei, dass der Ladevorgang beschleunigt wird und das Laden batterieschonender erfolgt, da die Ladekapazitäten der im Batteriesystem vorhandenen einzelnen Batterien berücksichtigt werden. Zusätzlich wird das Ladesystem besser ausgelastet, wobei eine geringere Auslastung des Ladesystems möglich ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. den abhängigen Patentansprüchen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 den Spannungsverlauf und den Stromverlauf des IU-Ladeverfahrens aus dem Stand der Technik,
2 das Verfahren zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von Batterien, und
3 die Stromverläufe eines Ladeverfahrens, bei dem die einzelnen Batterien des Batteriesystems unterschiedliche Ausgangsladekapazitäten aufweisen.

1 zeigt den beispielhaften Spannungsverlauf 110 und den Stromverlauf 120 eines IU-Ladeverfahren 100 aus dem Stand der Technik. Dabei werden die Batterien eines Batteriesystems bis zu einem Zeitpunkt t1 mit einem konstanten Strom geladen. Der Zeitpunkt t1 gibt dabei den Zeitpunkt an, an dem das Batteriesystem eine bestimmte Ladekapazität aufweist, in der Regel zwischen 60 und 90% der Gesamtladekapazität des Batteriesystems. Ab dem Zeitpunkt t1 wird das Batteriesystem mit einer konstanten Spannung geladen, sodass die maximale Zellspannung nicht überschritten wird.
2 zeigt ein Verfahren 200 zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Batterien. Das Verfahren 200 startet mit dem Verbinden 210 der einzelnen Batterien mit einem Ladesystem in Abhängigkeit des erforderlichen Energiebedarfs des Batteriesystems. In einem folgenden Schritt 220 wird jeweils die Ladekapazität der einzelnen Batteriezellen bestimmt. In einem folgenden Schritt 230 wird die Batterie mit der geringsten Ladekapazität ausgewählt und die restlichen Batterien ausgeschaltet bzw. abgeschaltet. In einem folgenden 240 wird die Batterie mit der geringsten Ladekapazität geladen. In einem folgenen Schritt 250 wird verglichen, ob die Ladekapazität der ladenden Batterie die Ladekapazität einer weiteren Batterie erreicht hat. Ist dies der Fall wird in einem folgenden Schritt 260 die weitere Batterie zugeschaltet. Dabei kann die weitere Batterie allein geladen werden, d. h. die aktuell ladende Batterie wird abgschaltet, oder sie können gemeinsam geladen werden. Hat die aktuell ladende Batterie die Ladekapazität einer weiteren Batterie noch nicht erreicht, wird das Verfahren mit dem Schritt 240 fortgesetzt, wobei die ladende Batterie weitergeladen wird.
In einem Ausführungsbeispiel können auf diese Weise mindestens zwei Batterien, vorzugsweise acht Batterien eines Batteriesystems geladen werden.
3 zeigt beispielhaft Stromverläufe 300 während des Ladens zweier Batterien eines Batteriesystems, sowie den Gesamtstromverlauf igesamt. Die zwei Batterien weisen zu Beginn des Ladeverfahrens unterschiedliche Ladekapazitäten auf. Die Kurve i1 zeigt dabei den zeitlichen Ladestromverlauf der Batterie, die anfänglich eine geringere Ladekapazität aufweist als die weitere Batterie. Die Kurve i2 zeigt den zeitlichen Ladestromverlauf der weiteren Batterie. Die Kurve igesamt zeigt den Gesamtladestromverlauf des Batteriesystems. Das Ladeverfahren startet mit dem Laden der Batterie, die anfänglich die geringere Ladekapazität aufweist. Dabei wird diese Batterie mit einem konstanten Strom geladen. Zum Zeitpunkt t1 erreicht die aktuelle Ladekapazität der ladenden Batterie die Ladekapazität der weiteren Batterie. Das bedeutet zum Zeitpunkt t1 wird die weitere Batterie zugeschaltet und aufgeladen.
Somit kann der Strombedarf durch gezieltes Zuschalten der einzelnen Batterien besser auf den Ladeverlauf verteilt werden. Das bedeutet zu Beginn des Ladeverfahrens muss nicht mit dem maximalen Strom geladen werden. Dadurch wird das Ladesystem besser ausgelastet und es können Ladegeräte verwendet werden, die für kleinere Leistungen ausgelegt sind. Durch das gezielte Zu- und Abschalten der einzelnen Batterien ist es einfach, den Ladezustand der einzelnen Batterien während des Ladevorgangs zu überprüfen. Während der Ruhezeit, d. h. im ausgeschalteten Zustand, der einzelnen Batterien findet eine Relaxation der Batterien statt, wodurch die einzelnen Batterien im zeitlichen Verlauf gesehen schneller voll geladen werden können. Durch diese Verteilung ist eine optimale Auslastung des Versorgungsnetzes, d. h. der Anschluss des Ladesystems an die Energieversorgung, möglich.

Claims

Verfahren (200) zum Laden eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Batterien mit den Schritten: - Verbinden (210) der einzelnen Batterien mit einem Ladesystem in Abhängigkeit des Energiebedarfs des Batteriesystems, - Bestimmen (220) einer Ladekapazität der einzelnen Batterien, - Auswahl (230) der Batterie mit der geringsten Ladekapazität und Ausschalten der restlichen Batterien, - Laden (240) der Batterie mit der geringsten Ladekapazität, - Vergleichen (250) der Ladekapazität der ladenden Batterie mit den Ladekapazitäten der weiteren Batterien, - Zuschalten (260) der weiteren Batterie, wenn die ladende Batterie die Ladekapazität der weiteren Batterie erreicht hat.