DE102019207449A1 - Method for charging a battery of an electrically powered vehicle and electrically powered vehicle - Google Patents

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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 EP 1 997 668 A1 sind ein öffentliches Nahverkehrssystem, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug und eine Ladestation für ein solches System bekannt. Zum Laden des Fahrzeugs kann das Fahrzeug mittels eines Stromabnehmers mit einer Oberleitung verbunden werden.From the EP 1 997 668 A1 a public transport system, an electrically powered vehicle and a charging station for such a system are known. To charge the vehicle, the vehicle can be connected to an overhead line by means of a pantograph.

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 claim 1 and a vehicle having the features of claim 6. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

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: Soll-Geschwindigkeit = ( Wegstrecke * Ladeleistung ) / Energiedifferenz zwischen Soll- und Ist-Ladezustand

Figure DE102019207449A1_0001
In a simple case, the target speed is calculated using the following equation, for example: Target speed = ( Distance * charging power ) / Energy difference between the target and actual state of charge
Figure DE102019207449A1_0001

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.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
  • 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 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Fahrzeugs 50 gezeigt. Das Fahrzeug 50 umfasst einen Stromabnehmer 1 zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung mit einer externen Energieversorgung 10 während einer Fahrt auf einer Ladestrecke 11, eine Batterie 2 und eine Steuereinrichtung 3.In 1 Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of the vehicle 50 shown. The vehicle 50 includes a pantograph 1 for establishing an electrical connection with an external power supply 10 while driving on a charging line 11 , a battery 2 and a control device 3 .

Das Fahrzeug 50 ist im gezeigten Beispiel ist als Nutzfahrzeug 60 ausgebildet, kann jedoch prinzipiell auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Personenkraftwagen. Die externe Energieversorgung 10 ist beispielshaft als Oberleitungssystem 13 ausgebildet, kann prinzipiell jedoch auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Induktionssystem.The vehicle 50 is in the example shown is as a commercial vehicle 60 formed, but can in principle also be formed differently, for example as a passenger car. The external energy supply 10 is exemplary as an overhead contact line system 13 formed, but can in principle also be formed differently, for example as an induction system.

Die Steuereinrichtung 3 ist derart ausgebildet, zum Laden der Batterie 2 des Fahrzeugs 50 über den Stromabnehmer 1 und die externe Energieversorgung 10 auf der Ladestrecke 11 eine Soll-Geschwindigkeit 20 des Fahrzeugs 50 in Abhängigkeit eines Soll-Ladezustands 21 der Batterie 2 zu bestimmen.The control device 3 is designed to charge the battery 2 of the vehicle 50 via the pantograph 1 and the external energy supply 10 on the charging line 11 a target speed 20th of the vehicle 50 depending on a target charge level 21st the battery 2 to determine.

Der Soll-Ladezustand 21 kann beispielsweise manuell vorgegeben werden. Alternativ kann der Soll-Ladezustand 21 in Abhängigkeit einer Routenplanung, beispielsweise einer Navigationseinrichtung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs vorgegeben werden, welche neben einer Navigation auch eine Ladestrategie der Batterie 2 des Fahrzeugs 50 koordiniert.The target state of charge 21st can be specified manually, for example. Alternatively, the target state of charge 21st depending on a route planning, for example a navigation device (not shown) of the vehicle, which, in addition to navigation, also a charging strategy for the battery 2 of the vehicle 50 coordinated.

Die Steuereinrichtung 3 bestimmt die Soll-Geschwindigkeit 20 auf Grundlage eines Ist-Ladezustands 22, des Soll-Ladezustands 21, einer Länge 12 der Ladestrecke 11 der externen Energieversorgung 10 und einer Ladeleistung 23 der Batterie 2. Der Ist-Ladezustand 22 der Batterie 2 wird der Steuereinrichtung 3 beispielsweise von einer Batteriesteuerung (nicht gezeigt) bereitgestellt und/oder von dieser mittels der Steuereinrichtung 3 abgefragt. Die Länge 12 der Ladestrecke 11 kann der Steuereinrichtung 3 beispielsweise von einer Navigationseinrichtung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 50 bereitgestellt und/oder von dieser abgefragt werden. Die Navigationseinrichtung kann beispielsweise die Länge 12 auf Grundlage einer Straßenkarte ermitteln. Die Ladeleistung 23 wird beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 3 auf Grundlage von Informationen zur Ladestrecke 11 und einer geschätzten Leistungsaufnahme eines elektrischen Antriebs und Niedervoltverbrauchern des Fahrzeugs 50 geschätzt.The control device 3 determines the target speed 20th based on an actual state of charge 22nd , the target state of charge 21st , one length 12 the charging route 11 the external energy supply 10 and a charging power 23 the battery 2 . The actual state of charge 22nd the battery 2 becomes the control device 3 for example provided by a battery control (not shown) and / or provided by this by means of the control device 3 queried. The length 12 the charging route 11 can the control device 3 for example from a navigation device (not shown) of the vehicle 50 provided and / or queried by this. The navigation device can, for example, the length 12 determine based on a road map. The charging power 23 is for example by means of the control device 3 based on information about the charging route 11 and an estimated power consumption of an electric drive and low-voltage consumers of the vehicle 50 estimated.

Es kann vorgesehen sein, dass die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs 50 mittels der Steuereinrichtung 3 auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit 20 angepasst wird. Hierzu übergibt die Steuereinrichtung 3 die bestimmte Soll-Geschwindigkeit 20 beispielsweise an eine Längsregelung 51 des Fahrzeugs 50, welche die Ist-Geschwindigkeit dann auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit 20 regelt.It can be provided that the actual speed of the vehicle 50 by means of the control device 3 to the specified target speed 20th is adjusted. To this end, the control device transfers 3 the determined target speed 20th for example a longitudinal control 51 of the vehicle 50 which then sets the actual speed to the specific target speed 20th regulates.

Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 3 die bestimmte Soll-Geschwindigkeit 20, beispielsweise als Soll-Geschwindigkeitssignal 24, ausgibt, wobei die Soll-Geschwindigkeit 20 bzw. das Soll-Geschwindigkeitssignal 24 anschließend auf einer Anzeigeeinrichtung 52 des Fahrzeugs 50 angezeigt wird, sodass einem Fahrer des Fahrzeugs 50 hierdurch eine Geschwindigkeitsempfehlung für die Ladestrecke 11 gegeben werden kann.Alternatively or additionally it can also be provided that the control device 3 the determined target speed 20th , for example as a target speed signal 24 , outputs, where the target speed 20th or the target speed signal 24 then on a display device 52 of the vehicle 50 is displayed to a driver of the vehicle 50 thereby a speed recommendation for the charging distance 11 can be given.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 3 zusätzlich ein Soll-Antriebszustand 25 vor und/oder auf der Ladestrecke 11 bestimmt und ein Antrieb des Fahrzeugs 50 entsprechend angesteuert wird oder eine Antriebsempfehlung 26 ausgegeben wird.It can be provided that the control device 3 additionally a target drive state 25th in front of and / or on the charging line 11 determined and a drive of the vehicle 50 is controlled accordingly or a drive recommendation 26th is issued.

Es kann vorgesehen sein, dass das Bestimmen und Anpassen oder Vorschlagen nur in einem Lademodus des Fahrzeugs 50 erfolgt. Dies ist in einem schematischen Ablaufdiagramm verdeutlicht, das in der 2 gezeigt ist.It can be provided that the determination and adaptation or suggestion is only carried out in a charging mode of the vehicle 50 he follows. This is illustrated in a schematic flow chart that is shown in FIG 2 is shown.

Wird in einem Verfahrensschritt 100 festgestellt, dass eine elektrische Verbindung mit einer externen Energieversorgung ausgebildet wurde, so wird in einem Verfahrensschritt 101 überprüft, ob sich das Fahrzeug in einem Normalmodus 14 oder einem Lademodus 15 befindet.Is done in one process step 100 found that an electrical connection with an external power supply has been established, then in a method step 101 checks whether the vehicle is in a normal mode 14th or a charging mode 15th is located.

Befindet sich das Fahrzeug nicht in einem Lademodus 15, so wird weder das beschriebene Verfahren ausgeführt, noch wird eine Soll-Geschwindigkeit bestimmt, angepasst oder ausgegeben.The vehicle is not in a charging mode 15th , the described method is not carried out, nor is a setpoint speed determined, adjusted or output.

Befindet sich das Fahrzeug hingegen in dem Lademodus 15, so wird das Verfahren im Verfahrensschritt 102 ausgeführt und eine Soll-Geschwindigkeit wird bestimmt, angepasst und/oder ausgegeben.On the other hand, if the vehicle is in the charging mode 15th , so the procedure is in process step 102 executed and a target speed is determined, adjusted and / or output.

In 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielshaften Funktion zum Bestimmen einer Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Bereich der Ladestrecke gezeigt. Hierbei ist der Fall gezeigt, dass die Batterie am Ende der Ladestrecke einen vorgegebenen Soll-Ladezustand von 100 % erreicht.In 3 a schematic representation of an exemplary function for determining a setpoint speed of the vehicle in the area of the charging path is shown. The case here is shown that the battery reaches a specified target state of charge of 100% at the end of the charging path.

Beispielhaft wurde hier eine Ladestrecke mit einer Länge von 5 km angenommen. Eine Ladeleistung der Batterie ist im Beispiel 24000 W und eine Energiedifferenz 3000 Wh zwischen 70 % Ladezustand und 100 % Ladezustand der Batterie. Die Soll-Geschwindigkeit (im Beispiel 40 km/h) lässt sich dann im einfachsten Fall mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnen: Soll-Geschwindigkeit [ km / h ] = ( Wegstrecke  [ km ] * Ladeleistung [ W ] ) / Energiedifferenz zwischen Soll- und Ist-Ladezustand  [ Wh ]

Figure DE102019207449A1_0002
A charging route with a length of 5 km was assumed here as an example. A charging power of the battery is 24000 W and an energy difference in the example 3000 Wh between 70% state of charge and 100% state of charge of the battery. The target speed (in the example 40 km / h) can then be calculated in the simplest case using the following equation: Target speed [ km / H ] = ( Distance [ km ] * Charging power [ W. ] ) / Energy difference between the target and actual state of charge [ Wh ]
Figure DE102019207449A1_0002

Auf der x-Achse 30 der 3 ist ein Ist-Ladezustand der Batterie zu Beginn der Ladestrecke aufgetragen. Auf der y-Achse 31 ist die Soll-Geschwindigkeit aufgetragen. Die Darstellung wird wie folgt gelesen: Fährt ein Fahrzeug mit einem Ist-Ladezustand von 70 % in die Ladestrecke hinein, so muss mit einer Soll-Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren werden, damit die Batterie am Ende der Ladestrecke vollständig aufgeladen ist.On the x-axis 30th the 3 is the actual state of charge of the battery at the beginning of the charging path. On the y-axis 31 the target speed is plotted. The representation is read as follows: If a vehicle with an actual state of charge of 70% drives into the charging section, you must drive at a target speed of 40 km / h so that the battery is fully charged at the end of the charging section.

In 4 ist eine schematische Darstellung zum Bestimmen eines Ladezustands einer Batterie gezeigt. Auf der x-Achse 30 ist eine Geschwindigkeit aufgetragen, mit der das Fahrzeug in die Ladestrecke einfährt. Auf der y-Achse 31 ist ein resultierender Ladezustand (SOC) der Batterie am Ende der Ladestrecke aufgetragen. Es sind vier Kurven 32, 33, 34, 35 dargestellt, welche jeweils zu einem unterschiedlichen Ist-Ladezustand der Batterie zu Beginn der Ladestrecke gehören. Hierbei sind die gezeigten Ist-Ladezustände 25 % (Kurve 32), 50 % (Kurve 33), 75 % (Kurve 34) und 100 % (Kurve 35).In 4th a schematic representation for determining a state of charge of a battery is shown. On the x-axis 30th the speed at which the vehicle enters the charging section is plotted. On the y-axis 31 the resulting state of charge (SOC) of the battery at the end of the charging path is plotted. There are four turns 32 , 33 , 34 , 35 shown which each belong to a different actual state of charge of the battery at the beginning of the charging route. The actual state of charge shown is 25% (curve 32 ), 50% (curve 33 ), 75% (curve 34 ) and 100% (curve 35 ).

Die in diesem Beispiel verwendeten Parameter sind die gleichen wie in dem Beispiel, das in der 3 gezeigt ist. Die Darstellung wird wie folgt gelesen: Fährt ein Fahrzeug mit einem Ist-Ladezustand von 50 % in die Ladestrecke hinein (Kurve 33) und fährt mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h durch die Ladestrecke, so ist der Ladezustand der Batterie am Ende der Ladestrecke 70 %. Bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h ist der Ladezustand der Batterie am Ende der Ladestrecke hingegen 80 %. Um die Batterie vollständig aufzuladen bis zum Erreichen des Endes der Ladestrecke, darf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht größer als 24 km/h sein.The parameters used in this example are the same as in the example presented in the 3 is shown. The representation is read as follows: If a vehicle with an actual state of charge of 50% drives into the charging path (curve 33 ) and drives through the charging section at a speed of 60 km / h, the state of charge of the battery at the end of the charging section is 70%. At a speed of 40 km / h, however, the state of charge of the battery at the end of the charging route is 80%. In order to fully charge the battery until the end of the charging path, the speed of the vehicle must not exceed 24 km / h.

Auf Grundlage der in den 3 und 4 gezeigten Kurven kann die Steuereinrichtung entsprechende Soll-Geschwindigkeiten bestimmen.Based on the 3 and 4th The control device can determine corresponding setpoint speeds.

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

  • EP 1997668 A1 [0003]EP 1997668 A1 [0003]

Claims (10)

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.A method for charging a battery of an electrically powered vehicle (50), wherein a current collector (1) is arranged on the vehicle (50) and is 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Geschwindigkeit (20) auf Grundlage eines Ist-Ladezustands (22), des Soll-Ladezustands (21), einer Länge (12) der Ladestrecke (11) der externen Energieversorgung (10) und einer Ladeleistung (23) der Batterie (2) bestimmt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the target speed (20) is based on an actual state of charge (22), the target state of charge (21), a length (12) of the charging path (11) of the external energy supply (10) and a charging power ( 23) of the battery (2) is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen und Anpassen oder Vorschlagen nur in einem Lademodus des Fahrzeugs (50) erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the determination and adaptation or suggestion takes place only in a charging mode of the vehicle (50). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Soll-Antriebszustand (25) vor und/oder auf der Ladestrecke (11) bestimmt wird und ein Antrieb des Fahrzeugs (50) entsprechend angesteuert wird oder eine Antriebsempfehlung (26) ausgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a target drive state (25) is additionally determined in front of and / or on the loading path (11) and a drive of the vehicle (50) is controlled accordingly or a drive recommendation (26) is output . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Energieversorgung (10) als Oberleitungssystem (13) oder als Induktionssystem ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the external energy supply (10) is designed as an overhead line system (13) or as an induction system. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (50), umfassend: einen Stromabnehmer (1) zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung mit einer externen Energieversorgung (10) während einer Fahrt auf einer Ladestrecke (11), eine Batterie (2), und eine Steuereinrichtung (3), wobei die Steuereinrichtung (3) derart ausgebildet ist, zum Laden der Batterie (2) des Fahrzeugs (50) über den Stromabnehmer (1) und die externe Energieversorgung (10) auf der Ladestrecke (11) eine Soll-Geschwindigkeit (20) des Fahrzeugs (50) in Abhängigkeit eines Soll-Ladezustands (21) der Batterie (2) zu bestimmen und eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (50) auf die bestimmte Soll-Geschwindigkeit (20) anzupassen und/oder die bestimmte Soll-Geschwindigkeit (20) auszugeben.An electrically powered vehicle (50) comprising: a current collector (1) for establishing an electrical connection with an external energy supply (10) while driving on a charging path (11), a battery (2), and a control device (3), wherein the control device (3) is designed to charge the battery (2) of the vehicle (50) via the current collector (1) and the external energy supply (10) on the charging path (11) at a target speed (20) of the vehicle (50) as a function of a target state of charge (21) of the battery (2) to be determined and an actual speed of the vehicle (50) to be adapted to the specific target speed (20) and / or the specific target speed (20) to spend. Fahrzeug (50) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ferner derart ausgebildet ist, die Soll-Geschwindigkeit (20) auf Grundlage eines Ist-Ladezustands (22), des Soll-Ladezustands (21), einer Länge (12) der Ladestrecke (11) der externen Energieversorgung (10) und einer Ladeleistung (23) der Batterie (2) zu bestimmen.Vehicle (50) after Claim 6 , characterized in that the control device (3) is also designed in such a way that the target speed (20) on the basis of an actual state of charge (22), the desired state of charge (21), a length (12) of the charging path (11) the external energy supply (10) and a charging power (23) of the battery (2). Fahrzeug (50) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) ferner derart ausgebildet ist, die Soll-Geschwindigkeit (20) nur in einem Lademodus des Fahrzeugs (50) zu bestimmen und die Ist-Geschwindigkeit anzupassen oder diese vorzuschlagen.Vehicle (50) after Claim 6 or 7th , characterized in that the control device (3) is further designed to determine the target speed (20) only in a charging mode of the vehicle (50) and to adapt the actual speed or to suggest it. Fahrzeug (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) derart ausgebildet ist, zusätzlich einen Soll-Antriebszustand (25) vor und/oder auf der Ladestrecke (11) zu bestimmen und einen Antrieb des Fahrzeugs (50) entsprechend anzusteuern oder eine Antriebsempfehlung (26) auszugeben.Vehicle (50) according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the control device (3) is designed to additionally determine a target drive state (25) in front of and / or on the loading path (11) and to control a drive of the vehicle (50) accordingly or a drive recommendation (26) to spend. Fahrzeug (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (50) ein Nutzfahrzeug (60) ist.Vehicle (50) according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the vehicle (50) is a utility vehicle (60).
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