DE102019207449A1 - Method for charging a battery of an electrically powered vehicle and electrically powered vehicle - Google Patents
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- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (50), wobei ein Stromabnehmer (1) an dem Fahrzeug (50) angeordnet ist und während einer Fahrt auf einer Ladestrecke (11) mit einer externen Energieversorgung (10) verbunden wird, wobei zum Laden der Batterie (2) des Fahrzeugs (50) über den Stromabnehmer (1) und die externe Energieversorgung (10) auf der Ladestrecke 811) eine Soll-Geschwindigkeit (20) des Fahrzeugs (50) in Abhängigkeit eines Soll-Ladezustands (21) der Batterie (2) mittels einer Steuereinrichtung (3) bestimmt wird und eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (50) auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit (20) angepasst wird und/oder die bestimmte Soll-Geschwindigkeit (20) ausgegeben wird. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (50).The invention relates to a method for charging a battery of an electrically powered vehicle (50), a current collector (1) being arranged on the vehicle (50) and being connected to an external power supply (10) while driving on a charging path (11) , wherein for charging the battery (2) of the vehicle (50) via the pantograph (1) and the external energy supply (10) on the charging path 811) a target speed (20) of the vehicle (50) depending on a target state of charge (21) of the battery (2) is determined by means of a control device (3) and an actual speed of the vehicle (50) is adapted to the determined target speed (20) and / or the determined target speed (20) is output . The invention also relates to an electrically powered vehicle (50).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs und ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.The invention relates to a method for charging a battery of an electrically powered vehicle and to an electrically powered vehicle.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge weisen üblicherweise einen Energiespeicher in Form einer Batterie auf. Diese Batterie wird in den meisten Fällen im Stillstand des Fahrzeugs über eine externe Energiequelle geladen. Es gibt jedoch auch Systeme, bei denen die Batterie des Fahrzeugs während der Fahrt über eine externe Energiequelle, beispielsweise eine Oberleitung oder ein Induktionssystem, geladen werden kann.Electrically powered vehicles usually have an energy store in the form of a battery. In most cases, this battery is charged using an external energy source when the vehicle is stationary. However, there are also systems in which the vehicle's battery can be charged while driving via an external energy source, for example an overhead line or an induction system.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs und ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug zu schaffen, bei denen das Laden der Batterie verbessert ist.The invention is based on the object of creating a method for charging a battery of an electrically driven vehicle and an electrically driven vehicle in which the charging of the battery is improved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, the object is achieved by a method having the features of
Insbesondere wird ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei ein Stromabnehmer an dem Fahrzeug angeordnet ist und während einer Fahrt auf einer Ladestrecke mit einer externen Energieversorgung verbunden wird, wobei zum Laden der Batterie des Fahrzeugs über den Stromabnehmer und die externe Energieversorgung auf der Ladestrecke eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines Soll-Ladezustands der Batterie mittels einer Steuereinrichtung bestimmt wird und eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit angepasst wird und/oder die bestimmte Soll-Geschwindigkeit ausgegeben wird.In particular, a method for charging a battery of an electrically powered vehicle is provided, wherein a current collector is arranged on the vehicle and is connected to an external power supply while driving on a charging path, wherein for charging the battery of the vehicle via the current collector and the external energy supply on the charging path, a target speed of the vehicle is determined as a function of a target state of charge of the battery by means of a control device and an actual speed of the vehicle is adapted to the specific target speed and / or the specific target speed is output.
Ferner wird ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug geschaffen, umfassend einen Stromabnehmer zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung mit einer externen Energieversorgung während einer Fahrt auf einer Ladestrecke, eine Batterie, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, zum Laden der Batterie des Fahrzeugs über den Stromabnehmer und die externe Energieversorgung auf der Ladestrecke eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines Soll-Ladezustands der Batterie zu bestimmen und eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit anzupassen und/oder die bestimmte Soll-Geschwindigkeit auszugeben.Furthermore, an electrically powered vehicle is provided, comprising a current collector for establishing an electrical connection with an external energy supply while driving on a charging path, a battery, and a control device, the control device being designed to charge the battery of the vehicle via the current collector and the external energy supply on the charging path to determine a target speed of the vehicle as a function of a target state of charge of the battery and to adapt an actual speed of the vehicle to the determined target speed and / or to output the determined target speed.
Das Verfahren und das Fahrzeug ermöglichen es, eine Batterie des Fahrzeugs gezielt auf einen Soll-Ladezustand (auch als state of charge, SOC, bezeichnet) zu bringen. Da eine zur Verfügung stehende Ladestrecke in der Regel eine endliche Länge aufweist, kann die Batterie des Fahrzeugs nicht beliebig lange geladen werden, denn eine Ladezeit ist begrenzt durch die Zeit, die das Fahrzeug entlang der Ladestrecke fährt. Um den Soll-Ladezustand zu erreichen, muss daher die Ladezeit angepasst werden. Hierzu wird eine Soll-Geschwindigkeit berechnet, die dazu führt, dass die Batterie des Fahrzeugs spätestens nach einem vollständigen Abfahren der Ladestrecke den Soll-Ladezustand erreicht. Die Soll-Geschwindigkeit ist hierbei insbesondere eine obere Grenze bzw. eine Maximalgeschwindigkeit, die nicht überschritten werden darf, um bis zum Ende der Ladestrecke in jedem Fall den Soll-Ladezustand zu erreichen.The method and the vehicle make it possible to bring a battery of the vehicle to a target state of charge (also referred to as state of charge, SOC) in a targeted manner. Since an available charging path is usually of finite length, the vehicle's battery cannot be charged for any length of time, because a charging time is limited by the time that the vehicle drives along the charging path. The charging time must therefore be adjusted in order to achieve the target state of charge. For this purpose, a target speed is calculated, which means that the battery of the vehicle reaches the target state of charge at the latest after the charging path has been completely covered. The target speed is in particular an upper limit or a maximum speed that must not be exceeded in order to achieve the target state of charge in any case by the end of the charging path.
Der Vorteil der Erfindung ist, dass eine Ladestrategie bereitgestellt werden kann, bei der gezielt ein Soll-Ladezustand erreicht wird. Hierdurch kann beispielsweise verhindert werden, dass auf Strecken außerhalb der Ladestrecken, das heißt auf Strecken, wo kein Laden möglich ist, Engpässe bei einer Energieversorgung auftreten. Die Ladestrategie kann beispielsweise unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrtroute und/oder von alternativen Fahrtrouten ermittelt und festgelegt werden. Hierbei können insbesondere Straßenkarten berücksichtigt werden, auf denen Ladestrecken mit einer zugehörigen Länge hinterlegt sind. Die Straßenkarten können beispielsweise mittels der Steuereinrichtung von einer Navigationseinrichtung des Fahrzeugs abgerufen werden.The advantage of the invention is that a charging strategy can be provided in which a target charge state is achieved in a targeted manner. In this way, for example, it can be prevented that bottlenecks occur in an energy supply on routes outside the charging routes, that is to say on routes where charging is not possible. The charging strategy can be determined and established, for example, taking into account a current travel route and / or alternative travel routes. In this case, road maps in particular can be taken into account on which charging routes with an associated length are stored. The road maps can be called up, for example, by means of the control device from a navigation device of the vehicle.
Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.The control device can be designed as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
Das elektrisch angetriebene Fahrzeug kann ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen oder auch ein Nutzfahrzeug sein. Das Fahrzeug umfasst neben dem Stromabnehmer, der Batterie und der Steuereinrichtung weitere Einrichtungen, beispielsweise eine Batteriesteuerung etc.The electrically powered vehicle can be a purely electrically powered vehicle or a hybrid vehicle. The vehicle can be a passenger car or a utility vehicle. In addition to the pantograph, the battery and the control device, the vehicle includes other devices, such as a battery control, etc.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Soll-Geschwindigkeit auf Grundlage eines Ist-Ladezustands, des Soll-Ladezustands, einer Länge der Ladestrecke der externen Energieversorgung und einer Ladeleistung der Batterie bestimmt wird. Der Ist-Ladezustand bezeichnet hierbei einen Ladezustand der Batterie am Beginn der Ladestrecke. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der Ist-Ladezustand gemessen und/oder auf Grundlage eines aktuellen Ladezustands der Batterie, einer aktuellen Leistungsaufnahme und einer Zeit bis zum Beginn der Ladestrecke mittels der Steuereinrichtung geschätzt wird. Die Ladeleistung der Batterie wird insbesondere auf Grundlage einer von der externen Energieversorgung gelieferten Leistung bestimmt. Von dieser gelieferten Leistung werden eine elektrische Antriebsleistung des Fahrzeugs und gegebenenfalls eine Leistung von Verbrauchern in einem Niedervoltnetz des Fahrzeugs abgezogen. Es kann vorgesehen sein, dass eine von der externen Energieversorgung gelieferte Leistung, die Antriebsleistung und/oder eine Leistung weiterer Verbraucher zum Bestimmen der Ladeleistung mittels der Steuereinrichtung geschätzt werden.In one embodiment it is provided that the target speed is determined on the basis of an actual state of charge, the target state of charge, a length of the charging path of the external energy supply and a charging power of the battery. The actual state of charge refers to the state of charge of the battery at the beginning of the charging path. It can be provided that the actual state of charge is measured and / or estimated by means of the control device on the basis of a current state of charge of the battery, a current power consumption and a time until the start of the charging path. The charging power of the battery is determined in particular on the basis of a power supplied by the external energy supply. An electrical drive power of the vehicle and possibly a power of consumers in a low-voltage network of the vehicle are subtracted from this delivered power. It can be provided that a power delivered by the external energy supply, the drive power and / or a power of further loads are estimated by means of the control device in order to determine the charging power.
In einem einfachen Fall berechnet sich die Soll-Geschwindigkeit beispielsweise mit Hilfe der folgenden Gleichung:
Hierbei wird die Soll-Geschwindigkeit in km/h, die Wegstrecke in km, die Ladeleistung in W und die Energiedifferenz in Wh angegeben.The target speed is specified in km / h, the distance in km, the charging power in W and the energy difference in Wh.
Zum Bestimmen der Soll-Geschwindigkeit wurde in diesem einfachen Beispiel angenommen, dass diese über die gesamte Ladestrecke konstant ist. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Soll-Geschwindigkeit sich über die Ladestrecke ändert. Hierzu wird dann beispielsweise eine Soll-Geschwindigkeitsfunktion in Abhängigkeit der Wegstrecke oder der Zeit bestimmt. Hierdurch können beispielsweise unterschiedliche Geschwindigkeitsvorgaben und/oder Steigungen auf der Ladestrecke berücksichtigt werden.To determine the target speed, it was assumed in this simple example that this is constant over the entire charging distance. However, this does not have to be the case. It can also be provided that the target speed changes over the loading distance. For this purpose, for example, a setpoint speed function is then determined as a function of the distance or time. In this way, for example, different speed specifications and / or gradients on the loading route can be taken into account.
Ändert sich eine Ladeleistung über die Ladestrecke, beispielsweise weil eine größere oder geringere Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig eine Leistung auf der Ladestrecke abgreifen, so kann dies ebenfalls zu einer Änderung der Soll-Geschwindigkeit führen. Es kann dann vorgesehen sein, dass die Soll-Geschwindigkeit fortlaufend auf Grundlage aktueller Werte für eine verbleibende Ladestrecke, eine aktuelle oder zukünftige Ladeleistung und eine aktuelle Energiedifferenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Ladezustand der Batterie bestimmt wird.If a charging power changes over the charging section, for example because a larger or smaller number of vehicles are simultaneously tapping power on the charging section, this can also lead to a change in the setpoint speed. It can then be provided that the target speed is determined continuously on the basis of current values for a remaining charging distance, a current or future charging power and a current energy difference between the target and the actual state of charge of the battery.
Eigenschaften der Wegstrecke können beispielsweise mittels der Steuereinrichtung von einer Navigationseinrichtung des Fahrzeugs abgefragt werden oder von einem sonstigen Dienstanbieter, beispielsweise online über das Internet, bereitgestellt werden.Properties of the route can be queried for example by means of the control device from a navigation device of the vehicle or can be provided by another service provider, for example online via the Internet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bestimmen und Anpassen oder Vorschlagen nur in einem Lademodus des Fahrzeugs erfolgt. Es wird in diesem Fall unterschieden zwischen einem Normalmodus und einem Lademodus. Im Normalmodus wird keine Soll-Geschwindigkeit berechnet und es findet auch kein Anpassen der Ist-Geschwindigkeit auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit statt. Ebenso erfolgt im Normalmodus auch kein Ausgeben der bestimmten Soll-Geschwindigkeit. Dies erfolgt nur, sofern der Lademodus aktiviert ist. Der Normalmodus und der Lademodus können beispielsweise von einem Fahrer des Fahrzeugs wahlweise aktiviert und deaktiviert werden.In one embodiment it is provided that the determination and adaptation or suggestion takes place only in a charging mode of the vehicle. In this case, a distinction is made between a normal mode and a charging mode. In normal mode, no target speed is calculated and the actual speed is not adapted to the specific target speed. Likewise, there is no output of the specified setpoint speed in normal mode. This only takes place if the charging mode is activated. The normal mode and the charging mode can be optionally activated and deactivated, for example, by a driver of the vehicle.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zusätzlich ein Soll-Antriebszustand vor und/oder auf der Ladestrecke bestimmt wird und ein Antrieb des Fahrzeugs entsprechend angesteuert wird oder eine Antriebsempfehlung ausgegeben wird. Dies ermöglicht es, bereits vor dem Erreichen einer Ladestrecke einen Antrieb des Fahrzeugs vorausschauend zu deaktivieren, sodass das Fahrzeug lediglich mit der noch vorhandenen kinetischen Energie einen Beginn der Ladestrecke erreicht. Hierdurch lässt sich eine in der Batterie gespeicherte Energie sparen. Insbesondere kann hierdurch eine vorausschauende Planung der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgen. Ist die für das Laden bestimmte Soll-Geschwindigkeit geringer als eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs vor einem Erreichen der Ladestrecke, so kann das Fahrzeug vorausschauend vor einem Beginn der Ladestrecke einen Antrieb abschalten oder verringern, um am Beginn der Ladestrecke die bestimmte Soll-Geschwindigkeit zu erreichen. Gleichzeitig kann hierdurch Energie eingespart werden.In a further embodiment it is provided that a setpoint drive state is additionally determined in front of and / or on the charging section and a drive of the vehicle is activated accordingly or a drive recommendation is output. This makes it possible to deactivate a drive of the vehicle in advance even before reaching a charging section, so that the vehicle only reaches the beginning of the charging section with the kinetic energy still available. This allows energy stored in the battery to be saved. In particular, this enables the actual speed of the vehicle to be planned in advance. If the target speed determined for loading is lower than an actual If the speed of the vehicle is reached before the charging section is reached, the vehicle can switch off or reduce a drive in advance before the start of the charging section in order to reach the specified target speed at the beginning of the charging section. At the same time, this can save energy.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die externe Energieversorgung als Oberleitungssystem oder als Induktionssystem ausgebildet ist. Die externe Energieversorgung kann prinzipiell jedoch auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als seitlich verlaufendes Stromschienensystem.In a further embodiment it is provided that the external energy supply is designed as an overhead line system or as an induction system. In principle, however, the external power supply can also be designed differently, for example as a busbar system running laterally.
Merkmale zur Ausgestaltung des Fahrzeugs ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Fahrzeugs sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.Features for designing the vehicle emerge from the description of the design of the method. The advantages of the vehicle are in each case the same as in the embodiments of the method.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Fahrzeugs; -
2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens mit einem Lademodus; -
3 eine schematische Darstellung einer Funktion zum Bestimmen einer Soll-Geschwindigkeit; -
4 eine schematische Darstellung zum Bestimmen eines Ladezustands einer Batterie am Ende der Ladestrecke.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the vehicle; -
2 a schematic flow diagram of an embodiment of the method with a charging mode; -
3 a schematic representation of a function for determining a target speed; -
4th a schematic representation for determining a state of charge of a battery at the end of the charging path.
In
Das Fahrzeug
Die Steuereinrichtung
Der Soll-Ladezustand
Die Steuereinrichtung
Es kann vorgesehen sein, dass die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung
Es kann vorgesehen sein, dass das Bestimmen und Anpassen oder Vorschlagen nur in einem Lademodus des Fahrzeugs
Wird in einem Verfahrensschritt
Befindet sich das Fahrzeug nicht in einem Lademodus
Befindet sich das Fahrzeug hingegen in dem Lademodus
In
Beispielhaft wurde hier eine Ladestrecke mit einer Länge von 5 km angenommen. Eine Ladeleistung der Batterie ist im Beispiel 24000 W und eine Energiedifferenz
Auf der x-Achse
In
Die in diesem Beispiel verwendeten Parameter sind die gleichen wie in dem Beispiel, das in der
Auf Grundlage der in den
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- StromabnehmerPantograph
- 22
- Batteriebattery
- 33
- SteuereinrichtungControl device
- 1010
- externe Energieversorgungexternal energy supply
- 1111
- LadestreckeCharging line
- 1212
- Längelength
- 1313
- OberleitungssystemCatenary system
- 1414th
- NormalmodusNormal mode
- 1515th
- LademodusCharging mode
- 2020th
- Soll-GeschwindigkeitTarget speed
- 2121st
- Soll-LadezustandTarget state of charge
- 2222nd
- Ist-LadezustandActual state of charge
- 2323
- LadeleistungCharging power
- 2424
- Soll-GeschwindigkeitssignalTarget speed signal
- 2525th
- Soll-AntriebszustandTarget drive state
- 2626th
- AntriebsempfehlungDrive recommendation
- 3030th
- x-AchseX axis
- 3131
- y-Achsey-axis
- 3232
- Kurve (25 % SOC)Curve (25% SOC)
- 3333
- Kurve (50 % SOC)Curve (50% SOC)
- 3434
- Kurve (75 % SOC)Curve (75% SOC)
- 3535
- Kurve (100 % SOC)Curve (100% SOC)
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5151
- LängsregelungLongitudinal regulation
- 5252
- AnzeigeeinrichtungDisplay device
- 6060
- NutzfahrzeugCommercial vehicle
- 100-102100-102
- VerfahrensschritteProcedural steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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