DE102019212784B3 - Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
DE102019212784B3
DE102019212784B3 DE102019212784.3A DE102019212784A DE102019212784B3 DE 102019212784 B3 DE102019212784 B3 DE 102019212784B3 DE 102019212784 A DE102019212784 A DE 102019212784A DE 102019212784 B3 DE102019212784 B3 DE 102019212784B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
charging
battery
temperature
vehicle battery
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019212784.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Michael Heinemann
Issa Nemati
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102019212784.3A priority Critical patent/DE102019212784B3/de
Priority to CN202010878254.9A priority patent/CN112440825A/zh
Application granted granted Critical
Publication of DE102019212784B3 publication Critical patent/DE102019212784B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4) eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs (2), bei welchem die Fahrzeugbatterie (4) zwischen einem Verfahrensbeginn (22, t0) und einem Abfahrtzeitpunkt (tA) mit einem Ladestrom (12) aufgeladen wird, wobei ein Endzeitpunkt (tE) vor dem Abfahrtzeitpunkt (tA) bestimmt wird, wobei eine Ladezeitdauer (tL) zwischen dem Verfahrensbeginn (22, t0) und dem Endzeitpunkt (tE) bestimmt wird, wobei für die Ladezeitdauer (tL) mindestens eine Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa,LPb, LPc) bestimmt wird, während welcher die Fahrzeugbatterie (4) mit dem Ladestrom (12) gespeist wird, wobei anhand von erfassten Parametern (TBat, TBMS, E, A, K, PL, P, SOC) für jede Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa,LPb, LPc) mindestens eine Ladekurve (LK, LK1, LK2, LK3, LKa,LKb, LKc) als Maß für einen zeitlichen Temperaturverlauf einer Batterietemperatur (TBat) der Fahrzeugbatterie (4) während einer Energieaufnahme der Fahrzeugbatterie (4), und mindestens eine Abkühlkurve (AK, AK1, AK2, AK3, AKa,AKb, AKc) als Maß für den zeitlichen Temperaturverlauf der Batterietemperatur (TBat) der Fahrzeugbatterie (4) nach der Energieaufnahme berechnet wird, und wobei die Einspeisung des Ladestroms (12) während der mindestens einen Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa,LPb, LPc) anhand der mindestens einen Ladekurve (LK, LK1, LK2, LK3, LKa,LKb, LKc) und der mindestens einen Abkühlkurve (AK, AK1, AK2, AK3, AKa,AKb, AKc) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass die Fahrzeugbatterie (4) zu dem Endzeitpunkt (tE) geladen ist, und dass die Batterietemperatur (TBat) während einer Wartezeit (Δt) zwischen dem Endzeitpunkt (tE) und dem Abfahrtzeitpunkt (tA) eine vorgegebene Batteriemindesttemperatur (Tmin) nicht unterschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, bei welchem die Fahrzeugbatterie zwischen einem Verfahrensbeginn und einem Abfahrtzeitpunkt des Kraftfahrzeugs mit einem Ladestrom aufgeladen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung sowie eine Software zur Durchführung des Verfahrens.
  • Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an eine fahrzeuginterne (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.
  • Unter einer insbesondere elektrochemischen Batterie ist hier und im Folgenden insbesondere eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Bei einer solchen (sekundären) Fahrzeugbatterie ist eine verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar.
  • Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als elektrochemische Akkumulatoren, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt. Zur Erzeugung oder Bereitstellung einer ausreichend hohen Betriebsspannung weisen solche Fahrzeugbatterien typischerweise mindestens ein Batteriemodul auf, bei welchem mehrere einzelne Batteriezellen modular verschaltet sind.
  • Batteriezellen auf Lithium-Ionen-Basis weisen in der Regel einen Wirkungsgrad von etwa 95% auf, wobei die auftretenden Verluste in Wärmeenergie gewandelt werden. Die Leistung derartiger Lithium-Ionen-Batteriezellen nimmt (in Abhängigkeit der Zellchemie) typischerweise unterhalb von -5 °C (Grad-Celsius) ab.
  • Die abrufbaren Leistung der Fahrzeugbatterie ist somit im Wesentlichen abhängig von deren Ladezustand (engl.: State of Charge, SOC) und deren Batterietemperatur. Im Falle einer vollständig geladenen Fahrzeugbatterie ist es zur Verbesserung der Reichweite und der abrufbaren Leistung des elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs notwendig, dass die Fahrzeugbatterie eine gewisse Betriebs- oder Batterietemperatur aufweist.
  • Insbesondere bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Zuge eines (Auf-)Ladevorgangs, kann es vorkommen, dass die Batterietemperatur derart abkühlt oder reduziert wird, dass die Fahrzeugbatterie zu Beginn eines Fahrvorgangs, also bei einer Weiterfahrt oder Abfahrt des Kraftfahrzeugs, keine optimale Leistungsabgabe oder Leistungsentnahme ermöglicht. Mit anderen Worten ist eine an der Fahrzeugbatterie abgreifbare Stromleistung nachteilig reduziert. Dieses Problem tritt insbesondere bei niedrigen Umgebungs- oder Außentemperaturen auf. Dadurch können Kraftfahrzeuge welche außen abgestellt und geladen werden, aufgrund kalter Witterung, trotz Aufladung der Fahrzeugbatterie, bei der Abfahrt lediglich mit einer reduzierten Antriebsleistung versorgt werden.
  • Aus der DE 10 2009 046 991 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeugbatterie bekannt, bei welchem die Batterietemperatur der Fahrzeugbatterie zu einem Fahrbeginn, also zum Zeitpunkt der Abfahrt, erfasst wird. Die erfasste Batterietemperatur wird mit einer Batteriemindesttemperatur verglichen, wobei die Fahrzeugbatterie erwärmt wird, wenn die Batterietemperatur die Batteriemindesttemperatur unterschreitet. Die Fahrzeugbatterie wird zu Fahrbeginn auf eine Batterietemperatur erwärmt welche größer oder gleich der Batteriemindesttemperatur ist. Zur Erwärmung der Fahrzeugbatterie ist es beispielsweise möglich, eine angeschlossene Ladevorrichtung zu verwenden, und die Batterietemperatur durch Einspeisung eines elektrischen Ladestroms aufgrund der in den Batteriezellen auftretenden ohmschen Verluste zu erwärmen.
  • Die DE 10 2014 010 300 A1 offenbart ein Verfahren zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie, bei welchem die Fahrzeugbatterie mittels einer an ein Stromnetz angeschlossenen Ladevorrichtung alternierend geladen und entladen wird, so dass die Fahrzeugbatterie im Zuge der Aufladung auf eine gewünschte Betriebstemperatur erwärmt wird. Das Laden erfolgt hierbei in Abhängigkeit eines Strompreises, wobei das Entladen in Abhängigkeit einer Rückspeisevergütung in das Stromnetz erfolgt.
  • In der DE 10 2012 003 046 A1 ist ein Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie beschrieben, bei welchem der Ladevorgang in mehreren Ladeschritten oder Ladephasen erfolgt, wobei das Laden in Abhängigkeit von Kenngrößen der Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Wetterdaten oder Umgebungstemperatur, und/oder einem Benutzerverhalten erfolgt. Hinsichtlich des Benutzerverhaltens wird insbesondere ein Abfahrtzeitpunkt bestimmt, wobei die Fahrzeugbatterie bis kurz vor dem Start der Fahrt mittels des Ladevorgangs geladen und somit aufgewärmt wird.
  • Die WO 2016/061 034 A1 beschreibt ein Batteriesystem eines Kraftfahrzeugs welches mittels Rekuperation aus einem Bremssystem gespeist ist. Während einer Fahrzeugfahrt wird eine Prognose des Fahrmusters bestimmt, wobei anhand der Prognose eine Einspeisung durch das Bremssystem derart gesteuert oder geregelt wird, dass das Batteriesystem auf eine gewünschte Batterietemperatur geführt wird.
  • In der DE 10 2009 039 375 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeugbatterie offenbart, bei welchem die Fahrzeugbatterie abwechselnd exotherm erwärmt und endotherm abgekühlt wird um einen Temperatursollwert zu erreichen.
  • Die WO 2013/097 967 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Batterietemperatur einer Fahrzeugbatterie, hierbei wird ein Temperaturwert vorgegeben und ein Abkühlverhalten mindestens eines Batterieelements bestimmt. Hierbei wird ein erster Zeitpunkt, bei welchem die Batterietemperatur den Temperaturwert erreicht oder unterschritten hat, wird durch Auswertung des Abkühlverhaltens bestimmt. Anschließend wird ein zweiter Zeitpunkt für den Beginn des Ladens oder Entladens des mindestens einen Batterieelements bestimmt. Ist der zweite Zeitpunkt größer als der erste Zeitpunkt, wird das mindestens eine Batterieelement so erwärmt, dass die Batterietemperatur zum zweiten Zeitpunkt größer oder gleich dem vorgegebenen Temperaturwert ist.
  • Aus der DE 100 65 483 A1 ist ein Verfahren zum Laden einer Funktelefonbatterie bekannt, bei welchem die Batterie abwechselnd und periodisch mit Strom und Spannung geladen wird. Während einer Stromladephase wird die Batterietemperatur überwacht, und der Ladestrom reduziert wenn die Temperaturänderung einen Sollgrenzwert überschreitet.
  • Die DE 10 2018 206 256 A1 lehrt ein Verfahren zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie mittels einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Aufwärmen der Batterie, bei welchem die Temperierung auf Basis zumindest einer prädiktiven Information der Batterie oder des Fahrzeugs erfolgt.
  • In der DE 10 2017 210 303 B3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbatterie beschrieben, bei welchem eine im Zuge eines Schnellladevorgangs zu erwartende Erwärmung der Fahrzeugbatterie in Abhängigkeit von einer Ladeleistung ermittelt wird. Eine Batterieladestarttemperatur wird derart ermittelt, dass nach der Durchführung des Ladevorgangs an der Schnellladeeinrichtung eine Batteriebetriebstemperatur der Fahrzeugbatterie eine obere Batteriebetriebstemperaturgrenze nicht überschreitet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs anzugeben. Insbesondere soll im Zuge des Ladevorgangs eine geeignete Temperierung der Fahrzeugbatterie ermöglicht werden, welche eine möglichst hohe Leistungsabgabe zu einem Abfahrtzeitpunkt gewährleistet. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Fahrzeugbatterie und eine besonders geeignete Software zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie hinsichtlich der Software mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Fahrzeugbatterie und/oder die Software übertragbar und umgekehrt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Laden einer Fahrzeugbatterie geeignet und ausgestaltet. Die Fahrzeugbatterie ist beispielsweise eine Traktionsbatterie, also eine Hochvoltbatterie (HVB), eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird die Fahrzeugbatterie zwischen einem Verfahrensbeginn und einem Abfahrtzeitpunkt des Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Ladestrom aufgeladen. Mit anderen Worten wird die Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie aufgeladen, welche in Form eines Ladestroms zugeführt wird. Das Kraftfahrzeug ist während des Verfahrens beispielsweise an ein mit einem Strom- oder Versorgungsnetz gekoppelten Ladekabels angeschlossen, mittels welchem der Ladestrom in die Fahrzeugbatterie eingespeist wird. Unter einem Abfahrtzeitpunkt ist ein Zeitpunkt einer Abfahrtzeit, also derjenige Zeitpunkt eines Fahrbeginns des Kraftfahrzeugs zu verstehen, bei welchem Leistung aus der geladenen Fahrzeugbatterie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs entnommen wird.
  • Verfahrensgemäß wird ein Endzeitpunkt vor dem Abfahrtzeitpunkt, also ein zeitlich früherer Zeitpunkt als der Abfahrtzeitpunkt, bestimmt. Anschließend wird anhand des Zeitpunkt des Verfahrensbeginns und dem Endzeitpunkt eine Ladezeitdauer bestimmt. Die Ladezeitdauer entspricht hierbei im Wesentlichen ein für die Ladung der Fahrzeugbatterie vorgesehenen oder verfügbaren Zeitraum, also der möglichen Ladedauer während der Abstellzeit. Der Endzeitpunkt entspricht somit dem Zeitpunkt, an welchem die Ladung der Fahrzeugbatterie beendet wird, also dem Ladeende.
  • Für die Ladezeitdauer wird mindestens eine Ladephase, also mindestens ein Ladezyklus oder ein Ladesegment, bestimmt, während welcher die Fahrzeugbatterie mit dem Ladestrom gespeist oder aufgeladen wird. Der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie, also das eigentliche Laden, erfolgt somit während der mindestens einen Ladephase.
  • Erfindungsgemäß wird anhand von erfassten Parametern für jede Ladephase mindestens eine Ladekurve und eine Abkühlkurve berechnet. Die Ladekurve oder Ladekennlinie ist hierbei ein Maß für einen zeitlichen Temperaturverlauf oder eine Erwärmung der Fahrzeugbatterie während einer Energieaufnahme, also während der Einspeisung des Ladestroms. Die Abkühlkurve oder Abkühlkennlinie ist ein Maß für den zeitlichen Temperaturverlauf oder die Abkühlung der Batterietemperatur nach der Energieaufnahme, also nach Beendigung der Ladestromeinspeisung. Die Ladekurven entsprechen somit im Wesentlichen einer Erwärmung der Fahrzeugbatterie im Zuge des Ladens, also einer Zunahme der Batterietemperatur, wobei die Abkühlkurven im Wesentlichen Ladepausen entsprechen, während denen die Fahrzeugbatterie abkühlt beziehungsweise die Batterietemperatur abnimmt.
  • Die Einspeisung des Ladestroms wird während der mindestens einen Ladephase anhand der mindestens einen Ladekurve und der mindestens einen Abkühlkurve derart gesteuert und/oder geregelt, dass die Fahrzeugbatterie zu dem Endzeitpunkt im Wesentlichen vollständig geladen ist, und dass die Batterietemperatur während einer Wartezeit zwischen dem Endzeitpunkt und dem Abfahrtzeitpunkt eine vorgegebene oder hinterlegte Batteriemindesttemperatur nicht unterschreitet.
  • Mit anderen Worten wird der Ladevorgang anhand der berechneten Kurven derart gesteuert und/oder geregelt, dass die Fahrzeugbatterie zum Endzeitpunkt eine derart hohe Batterietemperatur aufweist, dass die Batterietemperatur während der Wartezeit gemäß der berechneten Abkühlkurve nicht unter den vorgebenden Temperaturwert der Batteriemindesttemperatur abkühlt. Dadurch wird sichergestellt, dass zum Abfahrtzeitpunkt eine geeignete Batterietemperatur der Fahrzeugbatterie vorliegt, welche eine besonders effektive und hohe Leistungsentnahme ermöglicht. Somit ist ein besonders geeignetes Verfahren zum Laden der Fahrzeugbatterie realisiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit insbesondere als ein intelligentes Ladeverfahren für elektrisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Draußen abgestelltes und aufgeladenes Kraftfahrzeug zu Fahrtbeginn eine geeignete Batterietemperatur aufweist. Insbesondere befindet sich die Fahrzeugbatterie somit zum Abfahrtzeitpunkt stets in einem geeigneten Temperaturbereich um eine im Wesentlichen uneingeschränkte Leistungsabgabe an den Antrieb zu ermöglichen. Somit wird auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere bei weniger als -30 °C, eine zu Fahrbeginn vorgewärmte Fahrzeugbatterie bereitgestellt, so dass beim Starten des Kraftfahrzeugs keine oder zumindest wesentlich reduzierte (temperaturbedingte) Leistungsverluste vorliegen.
  • Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
  • Die Fahrzeugbatterie weist zum Endzeitpunkt einen Endladezustand, beispielsweise einen Vollladezustand, also einen Ladezustand von 100%, auf. Ebenso denkbar ist beispielsweise, dass die Fahrzeugbatterie einen gegenüber dem Vollladezustand reduzierten Endladezustand aufweist, beispielsweise weil eine verfügbare Stromstärke des Ladestroms beziehungsweise die vorhandene Ladeleistung keine vollständige Aufladung während des bestimmten Ladezeitraums ermöglicht. Hierbei ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Ladeleistung im Zuge der mindestens einen Ladephase erhöht wird, um den Volladezustand oder zumindest einen möglichst hohen Ladezustand zum Endzeitpunkt zu gewährleisten. Wesentlich ist, dass zu dem Endzeitpunkt ein gegenüber dem Verfahrensbeginn erhöhter Ladezustand realisiert wird, also dass zumindest während einer Ladephase der Ladestrom zugeführt wird, so dass sich die Fahrzeugbatterie zumindest teilweise erwärmt.
  • Als Parameter zur Berechnung der Lade- und Abkühlkurven werden hierbei insbesondere Batterieparameter, also physikalische Messgrößen der Fahrzeugbatterie, wie beispielsweise den Ladezustand der Fahrzeugbatterie und/oder die Batterietemperatur und/oder die Temperatur von den Batteriezellen zugeordneten Zellencontrollern, sowie interne Parameter, wie beispielsweise hinterlegte Lade- oder Stromgrenzen, verwendet.
  • In einer denkbaren Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, dass eine gewünschte oder geplante Abfahrtzeit mittels eines Bedienelements des Kraftfahrzeugs von einem Fahrzeugnutzer als Abfahrtzeitpunkt vorgegeben oder eingestellt wird. Beispielsweise wird der Fahrzeugnutzer hierbei nach einer gewünschten oder geplanten Abfahrtzeit gefragt, welche er mittels des Bedienelements einstellen kann.
  • Das Verfahren ist beispielsweise manuell von dem Fahrzeugnutzer mittels des Bedienelements startbar oder auslösbar, wobei geeigneterweise der Zeitpunkt des Startens oder der Auslösung als Zeitstempel für den Zeitpunkt des Verfahrensbeginns verwendet wird. Der Ladevorgang beziehungsweise die Ladephasen und/oder die berechneten Kurven können hierbei dem Fahrzeugnutzer auf einem Anzeigeelement optisch dargestellt werden. Das Bedienelement und das Anzeigeelement können hierbei auch als ein gemeinsames Bauteil, beispielsweise in Form eines Touch-Displays (Touch-Pad), also eines berührungsempfindlichen Bildschirms, insbesondere eines MIB-Displays (modularer Infotainmentbaukasten) ausgebildet sein.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird für die Ladezeitdauer eine Anzahl von Ladephasen, also mehr als eine Ladephase, bestimmt. Die Ladung oder Speisung der Fahrzeugbatterie mit dem Ladestrom erfolgt somit während der Ladezeitdauer anhand von mehreren aufeinanderfolgenden Ladephasen. Die Ladephasen sind hierbei über die Ladezeitdauer regelmäßig oder gestaffelt verteilt angeordnet, so dass die Fahrzeugbatterie sukzessive oder schrittweise geladen oder gespeist wird.
  • Mit anderen Worten wird der Ladezustand in mehreren Ladephasen sukzessive auf den Voll- oder Endladezustand erhöht. Die Zuführung oder Einspeisung der elektrischen Energie zur im Wesentlichen vollständigen Ladung der Fahrzeugbatterie wird also auf mehrere Zeitintervalle oder Ladephasen aufgeteilt. Die Ladephasen oder Ladekurven sind hierbei geeigneterweise so bestimmt oder kalkuliert, dass regelmäßig Strom in die Fahrzeugbatterie eingespeist wird, wobei der Voll- oder Endladezustand erst am Ende der letzten Ladephase, also zum Endzeitpunkt erreicht wird.
  • Durch die regelmäßige Einspeisung des Ladestroms wird die Fahrzeugbatterie im Wesentlichen während der gesamten Ladezeitdauer regelmäßig erwärmt. Vorzugsweise wird die Fahrzeugbatterie somit während der Ladezeitdauer auf einer Batterietemperatur größer als die Batteriemindesttemperatur temperiert, so dass eine besonders effiziente Ladung der Fahrzeugbatterie gewährleistet ist.
  • Des Weiteren werden Ladeverluste durch die Aufteilung der Ladeenergie über die Ladezeitdauer gegenüber einer kontinuierlichen Ladung vorteilhaft reduziert. Mit anderen Worten treten bei einer Ladung der Fahrzeugbatterie mittels mehrerer Ladephasen geringere Ladeverluste als bei einer einzelnen, durchgängigen Ladephase auf. Dadurch ist ein besonders effektiver Ladevorgang realisiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren gestartet, wenn die Batterietemperatur die Batteriemindesttemperatur erreicht oder unterschreitet. Mit anderen Worten wird das Verfahren im Wesentlichen automatisch oder selbsttätig gestartet, wenn die Fahrzeugbatterie zu stark abkühlt. Dies ist beispielsweise bei Umgebungstemperaturen des Kraftfahrzeugs von weniger als -30°C möglich. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Fahrzeugbatterie zunächst mit einem gewöhnlichen Ladevorgang geladen wird, wobei dieser Ladevorgang beendet und das erfindungsgemäße Ladeverfahren gestartet wird, wenn die Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs derart sinkt, dass die Batterietemperatur die Batteriemindesttemperatur erreicht oder unterschreitet. Das erfindungsgemäße Ladeverfahren schaltet sich also intelligent oder selbstständig ein, wenn erkannt wird, dass zum Abfahrtzeitpunkt wahrscheinlich eine zu geringe, also unterhalb der Batteriemindesttemperatur, befindliche Batterietemperatur vorliegt.
  • In einer denkbaren Dimensionierung wird als Batteriemindesttemperatur ein Temperaturwert von 0°C verwendet. Dadurch ist eine besonders geeignete Batteriemindesttemperatur im Hinblick auf als Lithium-Ionen-Batterie ausgeführte Fahrzeugbatterien realisiert.
  • In einer geeigneten Ausführung wird bei der Berechnung der mindestens einen Ladekurve und der mindestens einen Abkühlkurve ein Prognosewert für die Batterietemperatur aufgrund der Temperatur der Fahrzeugumgebung benutzt. Mit anderen Worten wird ein Temperaturwert der Batterietemperatur zum Abfahrtzeitpunkt anhand der Temperatur der Fahrzeugumgebung prognostiziert, und die Ladekurve und/oder Abkühlkurve anhand dieser prognostizierten Batterietemperatur (Prognosewert) berechnet oder angepasst. Dies bedeutet, dass im Wesentlichen abgeschätzt wird, ob und wie sich die Batterietemperatur aufgrund der Umgebungstemperatur wahrscheinlich während der Ladezeitdauert verändert oder nicht. Diese Abschätzung fließt als Parameter in die Berechnung der Kurven ein.
  • Somit ist es beispielsweise möglich, dass bei einer niedrigen Umgebungstemperatur längere Ladezeiten, also Erwärmungsdauern, mittels der Ladekurven und/oder kürzere Ladepausen, also Abkühlzeiten, mittels der Abkühlkurven verwendet werden. Entsprechend ist es bei höheren Umgebungstemperaturen somit möglich, die Ladezeiten zu verkürzen und/oder die Ladepausen zu verlängern. Dadurch wird die Flexibilität des Verfahrens vorteilhaft erhöht.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird der Prognosewert insbesondere anhand einer Wettervorhersage bestimmt. Dadurch ist ein besonders zuverlässiger Prognosewert ermöglicht, wodurch das Ladeverfahren weiter verbessert wird. Zusätzlich oder alternativ können hierbei auch Navigations- und/oder GPS-Daten (Global Positioning System) als Parameter oder für die Bestimmung des Prognosewerts verwendet werden.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung werden für die oder jede Ladephase eine Anzahl von unterschiedlichen Ladekurven und Abkühlkurven berechnet. Die Ladekurven und Abkühlkurven weisen hierbei insbesondere unterschiedliche Zeitdauern auf. Während der jeweiligen Ladephase wird in Abhängigkeit einer erfassten Batterietemperatur zwischen diesen unterschiedlichen Ladekurven und Abkühlkurven im Zuge der Steuerung und/oder Regelung umgeschaltet. Durch die Umschaltung zwischen den Lade- und/oder Abkühlkurven ist im Wesentlichen eine Anpassung oder Adaption der Ladeleistung während den Ladephasen realisiert. Dadurch wird einerseits die Flexibilität des Verfahrens verbessert. Andererseits wird im Wesentlichen sichergestellt, dass die Batterietemperatur nicht unter die Batteriemindesttemperatur absinkt.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung trägt dem Umstand Rechnung, dass es im Zuge des Ladevorgangs möglich ist, dass sich die Fahrzeugbatterie schneller oder langsamer erwärmt als prognostiziert beziehungsweise berechnet. Dies ist beispielsweise bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur der Fall, wobei während der Ladephasen zwischen den einzelnen Lade- und/oder Abkühlkurven hin und her geschaltet beziehungsweise umgeschaltet oder gewechselt wird.
  • In einer denkbaren Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, dass eine Anzahl von unterschiedlichen Ladekurven und Abkühlkurven in einem Speicher oder einer Tabelle hinterlegt sind, welche bei Bedarf im Zuge eines Ladevorgangs abrufbar und verwendbar sind.
  • In einer denkbaren Ausbildung ist die Wartezeitdauer zwischen den Endzeitpunkt und dem Abfahrtzeitpunkt auf eine Minute (1 min) dimensioniert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Fahrzeugbatterie kurz vor dem voraussichtlichen Fahrbeginn eine möglichst optimale Batterietemperatur aufweist.
  • Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Fahrzeugbatterie zu Beginn des Verfahrens oder zu Beginn des Ladevorgangs im Wesentlichen vollständig entladen wird. Beispielsweise wird eine in der Fahrzeugbatterie gespeicherte Energie in ein Versorgungsnetz zurückgespeist. Durch den Entladungsvorgang wird die Fahrzeugbatterie aufgrund der Innenwiderstände der Batteriezellen zumindest teilweise erwärmt. Anschließend wird das Verfahren zur Ladung ausgeführt, und die Fahrzeugbatterie wieder aufgeladen und dabei erwärmt. Dadurch ist es möglich, auch eine im Wesentlichen vollständig geladene Fahrzeugbatterie zum Abfahrtzeitpunkt auf eine gewünschte Mindesttemperatur zu temperieren. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass im Zuge der Ladezeitdauer die Fahrzeugbatterie mehrmals abwechselnd oder alternierend geladen und entladen wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Laden einer Fahrzeugbatterie geeignet und eingerichtet. Die Fahrzeugbatterie ist insbesondere als eine Traktions- oder Hochvoltbatterie eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, geeignet und eingerichtet. Die Fahrzeugbatterie weist hierbei beispielsweise ein (Batterie-)Steuergerät oder Batteriemanagementsystem (BMS), auf, welches im Betrieb die Parameter erfasst, und an einen Controller weiterleitet. Dadurch ist eine besonders geeignete Vorrichtung realisiert.
  • Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, eine Ladezeitdauer zu bestimmen, Ladephasen zur Ladung der Fahrzeugbatterie während der Ladezeitdauer zu bestimmen, Ladekurven und Abkühlkurven zur Ladung und Erwärmung sowie Abkühlung der Fahrzeugbatterie zu berechnen, und den Ladevorgang während der Ladephasen beziehungsweise die Einspeisung des Ladestroms anhand der Ladekurven und Abkühlkurven derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die Batterietemperatur zu dem Abfahrtzeitpunkt größer als die Batteriemindesttemperatur ist.
  • Die Fahrzeugbatterie weist beispielsweise einen vergleichsweise niedrigen Ladewirkungsgrad beziehungsweise einen vergleichsweise hohen Innenwiderstand auf, so dass sich die Fahrzeugbatterie im Zuge des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens besser erwärmt. Mit anderen Worten sind die technischen Anforderungen an die Fahrzeugbatterie im Hinblick auf das Verfahren vorteilhaft reduziert. Daher sind zur Durchführung des Verfahrens vorteilhafterweise auch vergleichsweise kostengünstige Fahrzeugbatterien verwendbar oder einsetzbar.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Vorrichtungsnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Controller als ein Motorsteuergerät (MSG, engl.: Vehicle Control Unit, VCU) des Kraftfahrzeugs ausgeführt. Der Controller ist alternativ beispielsweise als ein Teil eines Lademanagementsystems (LMS) eines insbesondere fahrzeugexternen Ladesystems, wie beispielsweise einem Ladegerät oder einer Ladesäule, ausgebildet. Ebenso denkbar ist es beispielsweise, dass der Controller in dem BMS der Fahrzeugbatterie integriert ist. Wesentlich für die Durchführung des Verfahrens ist, dass der Ladevorgang überwacht wird, und dieser mittels einer aktiven Steuerung und/oder Regelung des Controllers kontrollierbar ist.
  • Durch das Verfahren wird geeigneterweise zusätzlich zur Fahrzeugbatterie auch das zugeordnete BMS erwärmt. Das BMS ist hierbei zweckmäßigerweise nahe der Fahrzeugbatterie angeordnet oder montiert, so dass das BMS durch die Fahrzeugbatterie indirekt mittels des Verfahrens erwärmt wird. Dadurch weist das BMS zu Fahrtbeginn ebenfalls eine geeignete und vorteilhafte Betriebstemperatur auf. Beispielsweise ist die wärmeleittechnische Kopplung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem BMS derart ausgestaltet, dass das BMS zum Abfahrtzeitpunkt eine Batteriemanagementsystemtemperatur größer als -7 °C aufweist.
  • In einer denkbaren Ausgestaltungsform wird die Batterietemperatur der Fahrzeugbatterie insbesondere lediglich indirekt anhand der Batteriemanagementsystemtemperatur erfasst und überwacht. Mit anderen Worten ist es möglich, die Batteriemanagementsystemtemperatur als Maß für die Batterietemperatur zu erfassen und auszuwerten. Dadurch ist kein separater Temperatursensor für die Fahrzeugbatterie notwendig.
  • Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Software auf einem Medium oder Datenträger zur Durchführung oder Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor. Dadurch ist eine besonders geeignete Software für einen Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie realisiert.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
    • 1 ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie,
    • 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ladung der Fahrzeugbatterie,
    • 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ladeverfahrens,
    • 4 ein Diagramm des Ladevorgangs,
    • 5 ein kombiniertes Ladeleistung-Temperatur-Zeit-Diagramm während eines Ladevorgangs,
    • 6 ein Diagramm des Ladevorgangs in einer alternativen Ausführung, und
    • 7 ein Temperatur-Zeit-Diagramm während des alternativen Ladevorgangs.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Darstellung ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug 2, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Kraftfahrzeug 2 weist einen internen elektrochemischen Energiespeicher in Form einer als Traktionsbatterie ausgeführten Fahrzeugbatterie 4 auf. Die Fahrzeugbatterie 4 weist hierbei eine Anzahl von miteinander verschalteten Batteriemodulen 6 auf, wobei in der 1 beispielhaft lediglich vier Batteriemodule 6 schematisch gezeigt sind. Zur (Auf-)Ladung der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise der Batteriemodule 6 ist eine Ladeschnittstelle 8 des Kraftfahrzeugs 2 vorgesehen, mittels welcher das Kraftfahrzeug 2 beispielsweise an ein Ladekabel 10 elektrisch anschließbar ist. Im Zuge eines Ladevorgangs wird die Fahrzeugbatterie 4 mittels eines Ladestroms 12 aufgeladen.
  • In der 2 ist in einem schematischen Blockdiagramm eine Vorrichtung 13 zur Durchführung des Ladevorgangs gezeigt. Die Fahrzeugbatterie 4 weist hierbei ein Batteriemanagementsystem (BMS) 14 auf. Das Kraftfahrzeug 2 weist weiterhin ein Motorsteuergerät (MSG, engl.: Vehicle Control Unit, VCU) als Controller 16 auf. Der Controller 16 ist zusätzlich zu der Fahrzeugbatterie 4 mit einem Elektro- oder Antriebsmotors gekoppelt. Das Batteriemanagementsystem 14 und der Controller 16 sind signaltechnisch mit einer Anzeige-Bedieneinheit 18, beispielsweise in Form eines Touch- oder MIB-Displays, gekoppelt. Die Anzeige-Bedieneinheit 18 ist wiederum mit einem Lademanagementsystem (LMS) 20 gekoppelt. Das Lademanagementsystem 20 weist hierbei einen den Ladevorgang steuerndes und/oder regelndes Ladegerät auf.
  • Das Lademanagementsystem 20 beziehungsweise das Ladegerät sind beispielsweise im Kraftfahrzeug 2 im Bereich der Ladeschnittstelle 8 integriert. Alternativ ist das Lademanagementsystem 20 beispielsweise im Ladekabel 10 und/oder einem nicht näher gezeigten, mit dem Ladekabel 10 gekoppelten Ladesystem, beispielsweise einer Ladestation oder Ladestromsäule, angeordnet.
  • Das Batteriemanagementsystem 14 erfasst im Betrieb eine Anzahl von Parametern, welche in der 2 schematisch als einlaufende Pfeile gezeigt sind. Das Batteriemanagementsystem 14 überträgt die erfassten Parameter an den Controller 16.
  • Die Parameter umfassen hierbei beispielsweise Temperatursignale, wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs 2 und/oder eine Batterietemperatur TBat der Fahrzeugbatterie 4 und/oder eine Temperatur TBMS des Batteriemanagementsystems 14. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass die Batterietemperatur TBat lediglich indirekt anhand der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS bestimmt wird. Mit anderen Worten ist es möglich, dass lediglich die Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS gemessen wird, wobei der Controller 16 anhand der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS ein Maß für die Batterietemperatur TBat bestimmt. Die Batteriemanagementsystemtemperatur TTBMS wird hierbei beispielsweise direkt von dem Batteriemanagementsystem 14 erfasst.
  • Die Parameter umfassen weiterhin ein Maß für den aktuellen Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4, und ein Aktiv-Signal A des Ladesystems beziehungsweise des Lademanagementsystems 20, welches signalisiert, dass das Ladekabel 10 und die Ladeschnittstelle 8 elektrisch leitfähig gekoppelt sind. Des Weiteren werden beispielsweise ein Energieinhaltssignal E und ein Komponentenschutzsignal K dem BMS 14 zugeführt. Das Energieinhaltssignal E ist ein Maß für die in der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise in den Batteriemodulen 6 gespeicherte elektrische Energie, wobei das Komponentenschutzsignal K beispielsweise von Komponentenschutzeinrichtungen, wie beispielsweise einem Wasserstandsensor, erzeugt werden.
  • Bei einem Fahrtende, also wenn ein Fahrvorgang des Kraftfahrzeugs 2 beendet und das Kraftfahrzeug 2 geparkt oder abgestellt wird, wird von dem Motorsteuergerät 16 ein Freigabesignal F an die Anzeige-Bedieneinheit 18 gesendet. Der Controller 16 vergleicht hierbei den aktuellen Ladezustand SOC und die aktuelle Temperatursignale mit einem jeweiligen Soll- oder Schwellwert. Ist der Ladezustand SOC niedriger als ein Sollwert und das Temperatursignal kleiner als eine Solltemperatur, beispielsweise wenn die Umgebungstemperatur kleiner -30 °C und/oder sowie das Aktiv-Signal A aktiv, so wird nach dem Freigabesignal F die Auswahl eines intelligenten Ladevorgangs auf der Anzeige-Bedieneinheit 18 angezeigt.
  • Wird der intelligente Ladevorgang von dem Fahrzeugnutzer ausgewählt, dann wird das Lademanagementsystem 20 mit einem Steuersignal S zur Durchführung des nachfolgend anhand der 3 näher erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuert. Das Verfahren wird hierbei im Wesentlichen durch den Controller 16 gesteuert und/oder geregelt. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise möglich, dass das Verfahren automatisch oder selbsttätig gestartet oder ausgelöst wird, wenn die aktuelle Batterietemperatur TBat und/oder Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS kleiner als eine jeweils vorgegebene Mindesttemperatur ist. Für die Batterietemperatur TBat ist beispielsweise eine Batteriemindesttemperatur Tmin von etwa 0 °C vorgesehen,
  • Das Verfahren wird in einem Verfahrensbeginn 22 durch das Steuersignal S gestartet oder ausgelöst. In einem darauffolgenden ersten Verfahrensschritt 24 wird einerseits ein Zeitpunkt t0 für den Verfahrensbeginn 22 beispielsweise mittels eines Zeitstempels des Controllers 16 oder der Anzeige-Bedieneinheit 18 erfasst. Des Weiteren wird ein vorgesehener Abfahrtzeitpunkt tA erfasst. Die Abfahrtzeit oder der Abfahrtzeitpunkt tA wird von dem Fahrzeugnutzer beispielsweise mit der Anzeige-Bedieneinheit 18 eingestellt. Anhand des gewünschten oder eingestellten Abfahrtzeitpunkts tA wird ein Endzeitpunkt tE bestimmt, an welchem der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 4 beendet wird. Der Endzeitpunkt tE ist hierbei zeitlich früher, also vor dem Abfahrtzeitpunkt tA . Insbesondere ist der Endzeitpunkt tE um eine Wartezeit oder Wartezeitdauer Δt gegenüber dem Abfahrtzeitpunkt tA versetzt (4, 5). Die Wartezeit Δt ist beispielsweise 1 min.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt 26 wird anhand des Zeitpunkts t0 des Verfahrensbeginns 22 und des Endzeitpunkts tE eine Ladezeitdauer tL bestimmt. Die Ladezeitdauer tL wird hierbei insbesondere mittels einer Differenzbildung des Endzeitpunkts tE und des Zeitpunkts t0 bestimmt oder berechnet.
  • In einem Verfahrensschritt 28 wird für den durch die Ladezeitdauer tL vorgegebenen Ladezeitraum mindestens eine Ladephase LP bestimmt. Die Ladezeitdauer tL wird also in einen oder mehrere Ladezyklen oder Ladesegmente unterteilt, in welchen die Fahrzeugbatterie 4 mit dem Ladestrom 12 gespeist wird. Dies erfolgt beispielsweise auch in Abhängigkeit des aktuellen Ladezustands SOC der Fahrzeugbatterie 4.
  • In dem Verfahrensschritt 30 wird anhand der vom Controller 16 erfassten Parameter für jede der Ladephasen LP mindestens eine Ladekurve LK und eine Abkühlkurve AK bestimmt oder berechnet. Die Ladekurve LK ist im Wesentlichen eine thermische Erwärmungskurve, welche den Temperaturverlauf der Batterietemperatur TBat während der jeweiligen Ladephase LP, also während der Einspeisung des Ladestroms 12, beschreibt. Die Abkühlkurve AK ist hierbei im Wesentlichen eine thermische Entwärmungskurve, welche den Temperaturverlauf der Batterietemperatur TBat im Anschluss an die Ladephase LP, also während einer Ladepause beziehungsweise Ladeunterbrechung oder nach dem Ladevorgang, beschreibt. Die Ladekurve LK ist somit ein Maß für die Temperaturzunahme der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise des Controllers 16, und die Abkühlkurve ist im Wesentlichen ein Maß für die Temperaturabnahme oder Abkühlung der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise des Controllers 16 nach einer solchen Erwärmung.
  • In einem Verfahrensschritt 32 werden die oder jede Ladephase LP während der Ladezeitdauer tL ausgeführt. Hierbei werden die Steuersignale S an das Lademanagementsystem 20 gesendet, wobei der Ladevorgang beziehungsweise die Einspeisung während der Ladephase LP anhand der berechneten Ladekurven LK und Abkühlkurven AK gesteuert und/oder geregelt wird.
  • Die oder jede Ladekurve LK ist hierbei im Verfahrensschritt 30 insbesondere derart berechnet, dass der Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4 während der letzten Ladephase LP auf einen End- oder Vollladezustand geladen wird. Mit anderen Worten weist die Fahrzeugbatterie 4 zum Endzeitpunkt tE vorzugsweise einen möglichst hohen Ladezustand SOC, insbesondere einen Ladezustand SOC von 100%, auf.
  • Die oder jede Abkühlkurve AK ist hierbei im Verfahrensschritt 30 insbesondere derart berechnet, dass die Batterietemperatur TBat während der letzten Abkühlkurve AK nicht unter eine Batteriemindesttemperatur Tmin absinkt. Die letzte Abkühlkurve AK schließt sich an die letzte Ladephase LP an. Mit anderen Worten beginnt die letzte Abkühlkurve AK zum Endzeitpunkt tE . Die Fahrzeugbatterie 4 ist mittels der Einspeisung während der letzten Ladephase LP auf einen gegenüber der Batteriemindesttemperatur Tmin derart erhöhten Temperaturwert erwärmt, dass die Batterietemperatur TBat gemäß der berechneten Abkühlkurve AK während der Wartezeit Δt nicht bis auf oder unter die Batteriemindesttemperatur Tmin abkühlt. Die Fahrzeugbatterie 4 weist somit zum Abfahrtzeitpunkt tA eine Batterietemperatur TBat größer oder gleich der Batteriemindesttemperatur Tmin auf.
  • Das Verfahren wird zum Abfahrtzeitpunkt tA mit einem Verfahrensende 34 beendet.
  • Das Verfahren ist beispielsweise als eine Anwendungssoftware des Controllers 16 implementiert, und ist hierbei auf einem Medium oder Datenträger beziehungsweise Speicher des Controllers 16 hinterlegt.
  • Das schematische Diagramm der 4 zeigt einen beispielhaften Ladevorgang gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren. Das Diagramm der 4 weist zwei horizontale übereinander angeordnete Abschnitte 36, 38 auf. In den Abschnitten ist jeweils ein (Teil-)Diagramm gezeigt, in welchem horizontal, das bedeutet entlang der Abszissenachse (X-Achse), eine Zeit t aufgetragen ist. Das im Abschnitt 36 gezeigte Diagramm ist ein Ladezustands-Zeit-Diagramm, dies bedeutet, dass entlang der vertikalen Ordinatenachse (Y-Achse) der Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4, beispielsweise in Prozent (%) aufgetragen ist. In dem Abschnitt 38 ist ein Batteriemanagementsystemtemperatur-Zeit-Diagramm oder entsprechend ein Batterietemperatur-Zeit-Diagramm gezeigt, wobei entlang der vertikalen Ordinatenachse entsprechend die Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS beziehungsweise die Batterietemperatur TBat beispielsweise in Grad-Celsius (°C) gezeigt ist.
  • Zu Verfahrensbeginn 22, also zum Zeitpunkt t0 , weist das BMS 14 beispielsweise einen Temperaturwert T0 von -20 °C auf. Die Fahrzeugbatterie 4 ist hierbei beispielsweise im Wesentlichen vollständig entladen, so dass zum Zeitpunkt t0 ein Ladezustandswert SOC0 von etwa 0% vorliegt.
  • In dem in 4 gezeigten Ladevorgang ist die Ladezeitdauer tL in drei Ladephasen LP1 , LP2 , LP3 unterteilt, welche jeweils mittels einer nicht näher bezeichneten Ladepause voneinander getrennt oder unterbrochen sind. Die Fahrzeugbatterie 4 wird somit sukzessive oder schrittweise in den drei Ladephasen LP1 , LP2 , LP3 von dem Ladezustandswert SOC0 auf einen Endladezustand oder Ladezustandswert SOC3 geladen, welcher im Wesentlichen dem Vollladezustand, also einem Ladezustandswert von 100% entspricht.
  • Die erste Ladephase LP1 erfolgt hierbei in einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 . Während der Ladephase LP1 wird der Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4 durch die Einspeisung des Ladestroms 12 im Wesentlichen kontinuierlich bis auf einen Ladezustandswert SOC1 , beispielsweise auf 50%, erhöht. Durch den Ladestrom 12 werden in den Batteriemodulen 6 ohmsche Verluste bewirkt, welche eine Erwärmung der Fahrzeugbatterie 4, also eine Zunahme der Batterietemperatur TBat beziehungsweise der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS von dem Temperaturwert T0 auf einen gegenüber diesen erhöhten Temperaturwert T1 , bewirkt. Der Temperaturverlauf während der Ladephase LP1 entspricht hierbei im Wesentlichen einer ersten berechneten Ladekurve LK1 .
  • Während der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist der Ladevorgang unterbrochen, mit anderen Worten liegt eine Ladepause vor, während welcher kein Ladestrom 12 in die Fahrzeugbatterie 4 eingespeist wird. Dadurch bleibt der Ladezustand SOC konstant auf dem Ladezustandswert SOC1 . Während dieser Ladepause kühlt die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 ab, wodurch die Batterie- oder Batteriemanagementsystemtemperatur TBat , TBMS von dem Temperaturwert T1 auf einen gegenüber diesen reduzierten Temperaturwert T2 absinkt. Diese Abkühlung oder Entwärmung entspricht der ersten berechneten Abkühlkurve AK1 .
  • Zum Zeitpunkt t2 wird die zweite Ladephase LP2 gestartet, mit welcher der Ladezustand SOC von dem Ladezustandswert SOC1 auf einen gegenüber diesem erhöhten Ladezustandswert SOC2, beispielsweise auf 80%, geladen wird. Während der Ladephase LP2 wird die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 erwärmt, so dass der Temperaturwert T2 auf den Temperaturwert T3 entsprechend der zweiten berechneten Ladekurve LK2 bis zum Ende der Ladephase LP2 zu einem Zeitpunkt t3 stetig zunimmt.
  • Während der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 ist der Ladevorgang wieder unterbrochen, so dass der Ladezustand SOC konstant auf dem Ladezustandswert SOC2 bleibt. Dadurch sinkt die Batterie- oder Batteriemanagementsystemtemperatur TBat , TBMS von dem Temperaturwert T3 auf einen gegenüber diesen reduzierten Temperaturwert T4 entsprechend einer zweiten berechneten Abkühlkurve AK2 ab.
  • Zum Zeitpunkt t4 wird die dritte oder letzte Ladephase LP3 gestartet, mit welcher der Ladezustand SOC von dem Ladezustandswert SOC2 auf den Vollladezustand SOC3 geladen wird. Dadurch wird die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Endzeitpunkt tE entsprechend der berechneten Ladekurve LK3 auf einen Temperaturwert T5 erwärmt. Zum Endzeitpunkt tE ist die Ladung der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise der Ladevorgang abgeschlossen. Die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 kühlen in der Folge während der Wartezeit Δt wieder ab. Der Ladevorgang beziehungsweise insbesondere die Ladephase LP3 ist hierbei anhand der Abkühlkurve AK3 derart gesteuert oder geregelt, dass die Batterietemperatur TBat beziehungsweise die Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS einen hinreichend hohen Temperaturwert T5 zum Endzeitpunkt tE aufweist, so dass die Temperatur entsprechend der Abkühlkurve AK3 bis zum Abfahrtzeitpunkt tA die Batteriemindesttemperatur Tmin (beziehungsweise eine entsprechende Controllermindesttemperatur) nicht erreicht oder unterschreitet.
  • In dem Diagramm der 5 ist ein beispielhafter Ladevorgang mit lediglich einer Ladephase LP gezeigt. Das Diagramm der 5 ist ein kombiniertes Ladeleistung-Temperatur-Zeit-Diagramm, wobei entlang der Abszissenachse die Zeit t und entlang der Ordinatenachse einerseits eine Ladeleistung PL des Lademanagementsystems 20 und andererseits eine Batterietemperatur TBat der Fahrzeugbatterie gezeigt ist. Die verfügbare Ladeleistung PL wird als Parameter beispielsweise von dem Lademanagementsystem 20 an den Controller 16 versendet.
  • Das Diagramm der 5 zeigt hierbei drei unterschiedliche Ladephasen LPa, LPb , LPc für drei unterschiedliche Ladeleistungen PLa, PLb , PLc . Entsprechend sind für den Temperaturverlauf jeweils eine Ladekurve LKa, LKb , LKc und eine Abkühlkurve AKa, AKb , AKc gezeigt. Die unterschiedlichen Ladephasen LPa, LPb , LPc und Kurven LKa, LKb , LKc , AKa, AKb , AKc werden während der Verfahrensschritte 28 und 30 bestimmt oder berechnet und beispielsweise in einem Speicher des Controllers 16 hinterlegt.
  • Die Ladephase LPa wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit der höchsten Ladeleistung PLa, beispielsweise mit 100% der verfügbaren Ladeleistung PL, geladen, so dass die Fahrzeugbatterie 4 in einem relativ kurzen Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t0 und ta vollständig geladen wird. Dadurch weist die Ladephase LPa entsprechend die Ladekurve LKa mit der höchsten Steigung auf. Zum Ende der Ladephase LPa kühlt die Fahrzeugbatterie 4 auf die Batteriemindesttemperatur Tmin gemäß der Abkühlkurve AKa ab.
  • Die Ladephase LPb wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer mittleren Ladeleistung PLb , beispielsweise mit 80% der verfügbaren Ladeleistung PL, geladen, so dass die Fahrzeugbatterie 4 in einem gegenüber der Ladephase LPa längeren Zeitraum zwischen den Zeitpunkten to und tb vollständig geladen wird. Dadurch weist die Ladephase LPb entsprechend die Ladekurve LKb mit der mittleren Steigung auf. Zum Ende der Ladephase LPb kühlt die Fahrzeugbatterie 4 auf die Batteriemindesttemperatur Tmin gemäß der Abkühlkurve AKb ab.
  • Die Ladephase LPc wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer niedrigen Ladeleistung PLc , beispielsweise mit 50% der verfügbaren Ladeleistung PL, geladen, so dass die Fahrzeugbatterie 4 in einem gegenüber der Ladephasen LPa und LPb längeren Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t0 und tc vollständig geladen wird. Dadurch weist die Ladephase LPc entsprechend die Ladekurve LKc mit der niedrigsten Steigung auf. Zum Ende der Ladephase LPc kühlt die Fahrzeugbatterie 4 auf die Batteriemindesttemperatur Tmin gemäß der Abkühlkurve AKc ab.
  • Durch die Hinterlegung der unterschiedlichen Ladekurven LKa, LKb , LKc und Abkühlkurven AKa, AKb , AKc ist es möglich, dass falls sich die Fahrzeugbatterie 4 während der Ladezeitdauer tL schneller oder langsamer erwärmt als prognostiziert beziehungsweise berechnet, auf eine andere Ladekurve LKa, LKb , LKc und/oder Abkühlkurven AKa, AKb , AKc umgeschaltet wird.
  • Dies bedeutet, dass wenn die Fahrzeugbatterie 4 beispielsweise gemäß der Ladephase LPb geladen wird, und zum Zeitpunkt tb der durch die Ladekurve LKb berechnete Temperaturwert Tb von der tatsächlichen Batterietemperatur TBat abweicht, also unterschritten oder überschritten wird, dann wird eine andere Abkühlkurve AK als die Abkühlkurve AKb verwendet. Weist die Fahrzeugbatterie 4 beispielsweise eine Batterietemperatur TBat gleich Tc oder Ta auf, wird anstelle der Abkühlkurve AKb geeigneterweise entsprechend die Abkühlkurve AKa oder AKc verwendet.
  • Nachfolgend ist anhand der 6 und 7 eine alternative Ausführungsform des Ladevorgangs näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Fahrzeugbatterie 4 während der Ladezeitdauer tL alternierend oder abwechselnd geladen und entladen. Mit anderen Worten werden während der Ladezeitdauer tL abwechselnd Entladephasen EP und Ladephasen LP durchgeführt. Hierbei wird zweckmäßigerweise lediglich eine Abkühlkurve AK für die Wartezeit Δt bestimmt.
  • In dem schematischen Ladezustands-Zeit-Diagramm der 6 ist horizontal, also entlang der Abszissenachse (X-Achse), die Zeit t, und entlang der vertikalen Ordinatenachse (Y-Achse) der Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4, beispielsweise in Prozent (%), aufgetragen. Die 7 zeigt ein korrespondierendes Batterietemperatur/Batteriemanagementsystemtemperatur-Zeit-Diagramm, wobei entlang der vertikalen Ordinatenachse entsprechend die Batteriemanagementtemperatur TBMS beziehungsweise die Batterietemperatur TBat beispielsweise in Grad-Celsius (°C) gezeigt ist.
  • Zu Verfahrensbeginn 22, also zum Zeitpunkt t0 , weist das BMS beispielsweise einen Temperaturwert T0 von -20 °C auf. Die Fahrzeugbatterie 4 ist hierbei zumindest teilweise geladen, so dass zum Zeitpunkt t0 ein Ladezustandswert SOC0' größer 0% vorliegt.
  • In dem in 4 gezeigten Ladevorgang ist die Ladezeitdauer tL in drei Ladephasen LP1', LP2', LP3' unterteilt, welche jeweils nach einer Entladephase EP1 , EP2 , EP3 ausgeführt werden. Die Fahrzeugbatterie 4 wird sukzessive oder schrittweise in den drei Ladephasen LP1', LP2', LP3' von dem Ladezustandswert SOC0 auf einen Endladezustand oder Ladezustandswert SOC6' geladen, welcher im Wesentlichen dem Vollladezustand, also einem Ladezustandswert von 100% entspricht.
  • Die erste Entladephase EP1 erfolgt hierbei in einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1'. Während der Ladephase EP1 wird der Ladezustand SOC der Fahrzeugbatterie 4 durch eine Entladung oder Zurückspeisung der gespeicherten Energie in ein Versorgungsnetz im Wesentlichen kontinuierlich bis auf einen Ladezustandswert SOC1', beispielsweise auf 0%, reduziert. Durch einen somit bewirkten Entladestrom 40 werden in den Batteriemodulen 6 ohmsche Verluste bewirkt, welche eine Erwärmung der Fahrzeugbatterie 4, also eine Zunahme der Batterietemperatur TBat beziehungsweise der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS bewirkt.
  • Während der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1' und t2' erfolgt die erste Ladephase LP1', während welcher der Ladestrom 12 in die Fahrzeugbatterie 4 eingespeist wird. Dadurch wird der Ladezustand SOC auf einen gegenüber dem Anfangszustand SOC0' und dem Ladezustandswert SOC1' erhöhten Ladezustandswert SOC2' aufgeladen. Während dieser Ladephase erwärmt sich die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 weiter, wodurch die Batterie- oder Batteriemanagementsystemtemperatur TBat , TBMS zunimmt.
  • Zum Zeitpunkt t2' wird die zweite Entladephase EP2 gestartet, mit welcher der Ladezustand SOC von dem Ladezustandswert SOC2' auf einen gegenüber diesem erniedrigten Ladezustandswert SOC3' entladen wird. Während der Entladephase LP2 wird die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS 14 weiter erwärmt.
  • Während der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t3' und t4' erfolgt eine weitere Ladephase LP2', so dass der Ladezustand SOC auf den Ladezustandswert SOC4' geladen wird. Dadurch erhöht sich die Batterie- oder Batteriemanagementsystemtemperatur TBat , TBMS weiter.
  • Während der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t4' und t5' wird die dritte oder letzte Entladephase EP3 gestartet, mit welcher der Ladezustand SOC auf den Ladezustandswert SOC5' entladen wird. Anschließend erfolgt die dritte oder letzte Ladephase LP3', mittels welcher der Ladezustand SOC auf den Vollladezustand SOC6' geladen wird. Zum Endzeitpunkt tE ist die Ladung der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise der Ladevorgang abgeschlossen. Die Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise das BMS kühlen in der Folge während der Wartezeit Δt wieder ab. Der Ladevorgang beziehungsweise insbesondere die Ladephase LP3 ist hierbei anhand der Abkühlkurve AK derart gesteuert oder geregelt, dass die Batterietemperatur TBat beziehungsweise die Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS einen hinreichend hohen Temperaturwert T6' zum Endzeitpunkt tE aufweist, so dass die Temperatur entsprechend der Abkühlkurve AK bis zum Abfahrtzeitpunkt tA die Batteriemindesttemperatur Tmin (beziehungsweise eine entsprechende Batteriesystemmindesttemperatur) nicht erreicht oder unterschreitet.
  • Wie in anhand der 7 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, wird die Batterie- oder Batteriesystemtemperatur TBat , TBMS durch die abwechselnden Entlade- und Ladephasen im Wesentlichen kontinuierlich und stetig erhöht.
  • Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
  • Zum Zwecke einer möglichst hohen Flexibilität des Ladevorgangs ist es beispielsweise möglich, dass in dem Speicher des Controllers 16 eine Vielzahl von verschiedenen Ladeleistungen PL in Abhängigkeit von verschiedenen Abfahrtzeitpunkten tA oder Ladezeitdauern tL bedatet und hinterlegt sind. Beispielsweise sind hierbei 100 verschiedene Ladeleistungen PL für jeweils 100 unterschiedliche Ladezeitdauern tL hinterlegt. Die Ladeleistungen PL und Ladezeitdauern tL sind hierbei insbesondere in einer Tabelle oder einem Kennlinienfeld hinterlegt. Dadurch ist es möglich während der Verfahrensschritte 28 und 30 auf die hinterlegte Tabelle oder das Kennlinienfeld zurückzugreifen, so dass besonders resourceneffektiv die Ladephasen LP und/oder die Ladekurven LK und Abkühlkurven AK bestimmbar sind.
  • Ebenso denkbar ist beispielsweise, dass ein Prognosewert P bestimmt, welcher insbesondere ein Maß für einen Solltemperaturwert der Batterietemperatur TBat beziehungsweise der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS darstellt. Der Solltemperaturwert ist hierbei hoch genug, dass die Batterietemperatur TBat beziehungsweise der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS während der Wartezeit Δt voraussichtlich nicht die Mindesttemperatur unterschreitet. Mit anderen Worten wird anhand des Prognosewerts P insbesondere der gewünschte Temperaturwert der Batterietemperatur TBat beziehungsweise der Batteriemanagementsystemtemperatur TBMS zum Endzeitpunkt tE vorgegeben, und die Ladephasen LP sowie die Ladekurven LK und Abkühlkurven AK entsprechend bestimmt oder berechnet.
  • Der Prognosewert P wird hierbei beispielsweise mittels einer Wettervorhersage und/oder anhand Navigations- und/oder GPS-Daten (Global Positioning System) bestimmt und als Parameter dem Controller 16 zugeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Fahrzeugbatterie
    6
    Batteriemodul
    8
    Ladeschnittstelle
    10
    Ladekabel
    12
    Ladestrom
    13
    Vorrichtung
    14
    Batteriemanagementsystem
    16
    Controller/Motorsteuergerät
    18
    Anzeige-Bedieneinheit
    20
    Lademanagementsystem
    22
    Verfahrensbeginn
    24, 26, 28, 30, 32
    Verfahrensschritt
    34
    Verfahrensende
    36, 38
    Abschnitt
    40
    Entladestrom
    TBat
    Batterietemperatur, Parameter
    TBMS
    Batteriemanagementsystemtemperatur, Parameter
    Tmin
    Batteriemindesttemperatur
    T0, T0', T1, T2, T3, T4, T5, T6'
    Temperaturwert
    Ta, Tb, Tc
    Temperaturwert
    SOC
    Ladezustand, Parameter
    SOC0, SOC1, SOC2, SOC3
    Ladezustandswert
    SOC0', SOC1', SOC2', SOC3'
    Ladezustandswert
    SOC4', SOC5', SOC6'
    Ladezustandswert
    A
    Aktiv-Signal, Parameter
    E
    Energieinhaltsignal, Parameter
    K
    Komponentenschutzsignal, Parameter
    P
    Prognosewert, Parameter
    F
    Freigabesignal
    S
    Steuersignal
    t
    Zeit
    t0, t1, t2, t3, t4, ta, tb, tc
    Zeitpunkt
    t1', t2', t3', t4', t5',
    Zeitpunkt
    tA
    Abfahrtzeitpunkt
    tE
    Endzeitpunkt
    Δt
    Wartezeit
    tL
    Ladezeitdauer
    LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc
    Ladephase
    LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc
    Ladekurve
    AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc
    Abkühlkurve
    EP, EP1, EP2, EP3
    Entladephase
    PL, PLa, PLb, PLc
    Ladeleistung, Parameter

Claims (10)

  1. Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4) eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs (2), bei welchem die Fahrzeugbatterie (4) zwischen einem Verfahrensbeginn (22, t0) und einem Abfahrtzeitpunkt (tA) mit einem Ladestrom (12) aufgeladen wird, - wobei ein Endzeitpunkt (tE) vor dem Abfahrtzeitpunkt (tA) bestimmt wird, - wobei eine Ladezeitdauer (tL) zwischen dem Verfahrensbeginn (22, t0) und dem Endzeitpunkt (tE) bestimmt wird, - wobei für die Ladezeitdauer (tL) mindestens eine Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc) bestimmt wird, während welcher die Fahrzeugbatterie (4) mit dem Ladestrom (12) gespeist wird, - wobei anhand von erfassten Parametern (TBat, TBMS, E, A, K, PL, P, SOC) für jede Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc) mindestens eine Ladekurve (LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc) als Maß für einen zeitlichen Temperaturverlauf einer Batterietemperatur (TBat) der Fahrzeugbatterie (4) während einer Energieaufnahme der Fahrzeugbatterie (4), und mindestens eine Abkühlkurve (AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc) als Maß für den zeitlichen Temperaturverlauf der Batterietemperatur (TBat) der Fahrzeugbatterie (4) nach der Energieaufnahme berechnet wird, und - wobei die Einspeisung des Ladestroms (12) während der mindestens einen Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc) anhand der mindestens einen Ladekurve (LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc) und der mindestens einen Abkühlkurve (AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass die Fahrzeugbatterie (4) zu dem Endzeitpunkt (tE) geladen ist, und dass die Batterietemperatur (TBat) während einer Wartezeit (Δt) zwischen dem Endzeitpunkt (tE) und dem Abfahrtzeitpunkt (tA) eine vorgegebene Batteriemindesttemperatur (Tmin) nicht unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ladezeitdauer (tL) eine Anzahl von Ladephasen (LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc) bestimmt wird, während welcher die Fahrzeugbatterie (4) über die Ladezeitdauer (tL) verteilt sukzessive mit dem Ladestrom (12) gespeist wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gestartet wird, wenn die Batterietemperatur (TBat) die Batteriemindesttemperatur (Tmin) erreicht oder unterschreitet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Batteriemindesttemperatur (Tmin) ein Temperaturwert von 0°C verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der mindestens einen Ladekurve (LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc) und der mindestens einen Abkühlkurve (AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc) ein Prognosewert (P) für die Batterietemperatur (TBat) aufgrund einer Temperatur der Fahrzeugumgebung benutzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prognosewert (P) anhand einer Wettervorhersage bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von unterschiedlichen Ladekurven (LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc) und Abkühlkurven (AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc) berechnet werden, wobei während der Ladephase (LP, LP1, LP2, LP3, LPa, LPb, LPc) in Abhängigkeit einer erfassten Batterietemperatur (TBat) zwischen den unterschiedlichen Ladekurven (LK, LK1, LK2, LK3, LKa, LKb, LKc) und/oder Abkühlkurven (AK, AK1, AK2, AK3, AKa, AKb, AKc) im Zuge der Steuerung und/oder Regelung umgeschaltet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Wartezeitdauer (Δt) eine Zeitdauer von einer Minute verwendet wird.
  9. Vorrichtung (13) zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4) eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs (2), wobei die Fahrzeugbatterie (4) ein Batteriemanagementsystem (14) aufweist, welches im Betrieb Parameter erfasst, aufweisend - ein Lademanagementsystem (20) mit einem den Ladevorgang steuernden und/oder regelnden Ladegerät, und - einen Controller (16) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Batteriemanagementsystem (14) im Betrieb die Parameter an den Controller (16) weiterleitet.
  10. Software auf einem Datenträger zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn die Software auf einem Controller implementiert ist.
DE102019212784.3A 2019-08-27 2019-08-27 Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs Active DE102019212784B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212784.3A DE102019212784B3 (de) 2019-08-27 2019-08-27 Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs
CN202010878254.9A CN112440825A (zh) 2019-08-27 2020-08-27 用于给机动车的车辆电池组充电的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212784.3A DE102019212784B3 (de) 2019-08-27 2019-08-27 Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019212784B3 true DE102019212784B3 (de) 2021-02-25

Family

ID=74495804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019212784.3A Active DE102019212784B3 (de) 2019-08-27 2019-08-27 Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112440825A (de)
DE (1) DE102019212784B3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113682200A (zh) * 2021-09-30 2021-11-23 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种动力电池剩余充电时间估算方法、装置及电动汽车
WO2022248161A1 (de) * 2021-05-27 2022-12-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur überwachung einer temperatur einer batterie
WO2024093622A1 (zh) * 2022-11-04 2024-05-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 车辆的充电控制方法、设备和介质

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113954695A (zh) * 2021-09-27 2022-01-21 华人运通(江苏)技术有限公司 电动汽车电池冷却控制方法、装置、设备及车辆
CN114435190B (zh) * 2021-12-28 2023-05-23 重庆长安新能源汽车科技有限公司 电池热管理控制方法、系统、车辆及存储介质
CN116533828A (zh) * 2022-01-25 2023-08-04 比亚迪股份有限公司 车辆及其电池管理方法以及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10065483A1 (de) * 1999-12-29 2001-07-05 Sagem Verfahren zur Steuerung der Aufladung einer Batterie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102009039375A1 (de) * 2009-08-29 2011-03-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Energiespeichers
WO2013097967A1 (de) * 2011-12-27 2013-07-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur temperaturregelung von mindestens einem batterieelement, batterie sowie kraftfahrzeug mit einer solchen batterie
WO2016061034A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Johnson Controls Technology Company Cooling strategy for battery systems
DE102018206256A1 (de) * 2017-04-26 2018-10-31 Avl List Gmbh Verfahren zum temperieren einer batterie eines fahrzeuges
DE102017210303B3 (de) * 2017-06-20 2018-11-22 Audi Ag Verfahren und Batteriemanagementsystem zum Betreiben einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009046991A1 (de) * 2009-11-23 2011-05-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsverbesserung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen
CN107972499A (zh) * 2016-10-21 2018-05-01 法乐第(北京)网络科技有限公司 一种动力电池管理系统和包括其的电动汽车
DE102017210747A1 (de) * 2017-06-27 2018-12-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Vorwärmen einer Batterie eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs sowie Ladevorrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10065483A1 (de) * 1999-12-29 2001-07-05 Sagem Verfahren zur Steuerung der Aufladung einer Batterie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102009039375A1 (de) * 2009-08-29 2011-03-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Energiespeichers
WO2013097967A1 (de) * 2011-12-27 2013-07-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur temperaturregelung von mindestens einem batterieelement, batterie sowie kraftfahrzeug mit einer solchen batterie
WO2016061034A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Johnson Controls Technology Company Cooling strategy for battery systems
DE102018206256A1 (de) * 2017-04-26 2018-10-31 Avl List Gmbh Verfahren zum temperieren einer batterie eines fahrzeuges
DE102017210303B3 (de) * 2017-06-20 2018-11-22 Audi Ag Verfahren und Batteriemanagementsystem zum Betreiben einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022248161A1 (de) * 2021-05-27 2022-12-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur überwachung einer temperatur einer batterie
CN113682200A (zh) * 2021-09-30 2021-11-23 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种动力电池剩余充电时间估算方法、装置及电动汽车
CN113682200B (zh) * 2021-09-30 2023-05-26 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种动力电池剩余充电时间估算方法、装置及电动汽车
WO2024093622A1 (zh) * 2022-11-04 2024-05-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 车辆的充电控制方法、设备和介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN112440825A (zh) 2021-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019212784B3 (de) Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs
DE112009004957B4 (de) Batteriesysteme und Fahrzeuge, die mit diesen Batteriesystemen ausgestattet sind
AT508875B1 (de) Betrieb eines elektrischen energiespeichers für ein fahrzeug
AT519890B1 (de) Verfahren zum temperieren einer batterie eines fahrzeuges
DE102013225097B4 (de) Energiemanagementverfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges und Kraftfahrzeug
EP2798695B1 (de) Verfahren zur temperaturregelung von mindestens einem batterieelement, batterie sowie kraftfahrzeug mit einer solchen batterie
DE112014004029B4 (de) Fahrzeug und Steuerungsverfahren für ein Fahrzeug
WO2013139506A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer batterieanordnung eines kraftfahrzeugs
DE102013108290B4 (de) Leistungszufuhrsystem
WO2015197483A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur regelung eines ladezustands eines elektrischen energiespeichers
EP1093974A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsregelung
DE102012000442A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Management von elektrischer Leistung in einem Fahrzeug
DE102011084777A1 (de) Fahrzeugstromversorgungssystem
EP3720733B1 (de) Verfahren zum steuern einer elektrischen anlage eines elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs mit mehreren batterien sowie elektrische anlage eines elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs
EP2507103B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung von hybrid-funktionen in einem kraftfahrzeug
DE102018204924A1 (de) Verfahren und Steuereinheit zur Überwachung eines Energiespeichers
EP2949021B1 (de) Ansteuervorrichtung für ein elektrisches energiespeichersystem
KR20130053387A (ko) 전기 에너지를 저장하는 시스템
WO2015078641A1 (de) Elektrische energiespeichervorrichtung und verfahren zum betreiben einer elektrischen energiespeichervorrichtung
DE102014203417A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Ladezustandes
DE102010051016A1 (de) Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie
DE102015220822B4 (de) Steuerschaltung eines DC/DC-Niederspannungswandlers eines Hybridfahrzeugs und Verfahren zum Steuern des DC/DC- Niederspannungswandlers
DE102016001123A1 (de) Verfahren zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mittels einer kraftfahrzeugseitigen Solareinrichtung und Kraftfahrzeug
DE102014108601A1 (de) Verfahren zum Anschließen mehrerer Batterieeinheiten an einen zweipoligen Eingang eines bidirektionalen Batteriewandlers sowie bidirektionaler Batteriewandler und Photovoltaikwechselrichter
DE19903082A1 (de) Batterie-System

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final