DE102020109431A1 - Verfahren zum Regeln eines Ladestroms während eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ladestrom (IL) während eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers (1) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation (2), wobei- ein Ist-Batteriestrom (IBatt_Ist) des elektrischen Energiespeichers (1) ermittelt und einem Regler (5) bereitgestellt wird,- ein Soll-Batteriestrom (IBatt_Soll) des elektrischen Energiespeichers erfasst und dem Regler bereitgestellt wird,- zumindest eine Störgröße, die den Ist-Batteriestrom (IBatt_Ist) stört, von zumindest einer Fahrzeugkomponente (3) des elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Störgrößenregelung des Reglers erfasst und ausgeregelt wird, wobei- der Ladestrom (IL) durch den Regler (5) in Abhängigkeit von dem Ist-Batteriestrom (IBatt_Ist) und dem Soll-Batteriestrom (IBatt_Soll) und unabhängig von der zumindest einen Störgröße geregelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ladestroms während eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation.
• Elektrisch betriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug oder ein Plug-In-Fahrzeug, weisen einen elektrischen Energiespeicher oder eine Traktionsbatterie oder eine Fahrzeugbatterie oder eine Batterieanordnung auf. Der elektrische Energiespeicher wird dabei an einer Ladestation geladen. Damit der Ladevorgang alle sicherheitskritischen Anforderungen erfüllt, muss während des Ladevorgangs der Ladestrom geregelt werden. Dadurch kann zum einen sichergestellt werden, dass das elektrisch betriebene Fahrzeug und auch die Ladestation keine Schäden davonzieht. Für die Regelung des Ladestroms wird heutzutage ein zusätzlicher dezidierter Stromsensor des elektrisch betriebenen Fahrzeugs verwendet. Dieser Stromsensor ist sehr komplex und weist hohe Anschaffungs- und Erstellungskosten auf. Ebenso besitzt dieser nur eine begrenzte Genauigkeit.
• Die WO 2012/131480 A2 beschreibt ein Ladegerät für ein Fahrzeug. Dabei kann das Ladegerät einen Stromsensor aufweisen.
• Die DE 10 2011 122 440 A1 offenbart einen Stromsensor. Der Stromsensor weist einen mit einer Signalverarbeitungsanordnung gekoppelten Testsignalgenerator zur Erzeugung zumindest eines Testsignalmusters auf. Dieses Testsignalmuster wird in die Signalverarbeitungsanordnung eingespeist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem eine Ladestromregelung bei einem Ladevorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs einfacher und effizienter durchgeführt werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ladestroms während eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation, wobei ein Ist-Batteriestrom des elektrischen Energiespeichers ermittelt und einem Regler bereitgestellt wird. Ein Soll-Batteriestrom des elektrischen Energiespeichers wird erfasst und dem Regler bereitgestellt. Zumindest eine Störgröße, die den Ist-Batteriestrom stört, von zumindest einer Fahrzeugkomponente des elektrisch betriebenen Fahrzeugs wird mit einer Störgrößenregelung des Reglers erfasst und ausgeregelt, wobei der Ladestrom durch den Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Batteriestrom und dem Soll-Batteriestrom und unabhängig von der zumindest einen Störgröße geregelt wird.
• Insbesondere kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren auf einen zusätzlichen Stromsensor in einem Ladepfad des elektrisch betriebenen Fahrzeugs verzichtet werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine Ladestromregelung ohne einen dezidierten Stromsensor geschaffen werden. Dadurch können hohe Kosten und ein benötigter Platzbedarf innerhalb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs reduziert werden. Durch die Ausregelung der zumindest einen Störgröße kann eine Reduzierung einer Messfehlerkette während der Bestimmung des Ladestroms durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich insbesondere eine Genauigkeit der Laderegelung des Ladestroms. Somit kann ein verbesserter Ladevorgang mit einem genau geregelten Ladestrom bereitgestellt werden. Insbesondere kann mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens eine Erhöhung der Genauigkeit einer Ladestromregelung des Ladestroms während des Ladevorgangs erreicht werden.
• Insbesondere kann der Ist-Batteriestrom des elektrischen Energiespeichers mithilfe eines Stromsensors des elektrisch betriebenen Fahrzeugs durchgeführt werden. Dieser Stromsensor ist bereits in dem elektrischen Energiespeicher integriert. Dieser Stromsensor ist insbesondere hoch genau und kann für die Regelung des Ladestroms verwendet werden.
• Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie oder um eine Fahrzeugbatterie oder um einen Akkumulator oder um eine Batterieanordnung oder um eine Hochvoltbatterie handeln. Bei dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-In-Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln.
• Ein weiterer unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit einem elektrisch betriebenen Fahrzeug und einer Ladestation. Das System ist dazu ausgebildet, das Verfahren nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung daraus durchzuführen.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
• 1 Ein Ausführungsbeispiel eines Ladevorgangs eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs; und
• 2 Eine schematische Darstellung einer Ladestromregelung eines Ladestroms.
• In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
• Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers 1 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eine Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens, an einer elektrischen Ladestation 2. Dabei wird der elektrische Energiespeicher 2 an die Ladestation 2 angeschlossen und/oder kontaktiert. Beispielsweise erfolgt dies über ein Ladekabel mit einem Ladestecker. Mit der Ladestation 2 kann insbesondere der elektrische Energiespeicher 1 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs geladen werden. Insbesondere handelt es sich bei der Ladestation 2 um eine Ladeeinheit und/oder eine Lademöglichkeit oder um eine externe Energiequelle oder um eine Stromquelle. Neben dem elektrischen Energiespeicher 1 können weitere Fahrzeugkomponenten 3 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs versorgt werden. Insbesondere werden diese Fahrzeugkomponenten 3 während des Ladevorgangs weiterhin in einem aktiven Betriebszustand gehalten. Beispielsweise kann es sich bei den Fahrzeugkomponenten 3 um Nebenaggregate wie beispielsweise einen DC-DC-Wandler oder um ein 12 V-Bordnetz oder um eine Kühleinheit zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers 1 handeln.
• Beispielsweise zeigt die 1 ein System, welches das elektrisch betriebene Fahrzeug und die Ladestation 2 umfasst. Mithilfe des Systems kann beispielsweise ein Ladestrom geregelt werden.
• Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Regelung zum Regeln eines Ladestroms I_L während eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers 1 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs an der Ladestation 2. Insbesondere kann mithilfe dieser Regelung eine Ladestromregelung ohne einen dezidierten Stromsensor innerhalb eines Ladepfades des elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitgestellt werden. Mithilfe eines Stromsensors 4 des elektrischen Energiespeichers 1 kann ein Ist-Batteriestrom I_{BATT_IST} des elektrischen Energiespeichers 1 gemessen oder ermittelt werden. Der gemessene Ist-Batteriestrom I_{BATT_IST} kann insbesondere einem Regler 5 bereitgestellt werden. Bei dem Regler 5 kann es sich insbesondere um eine Regelungseinheit oder um ein Regelungssystem handeln. Ebenso wird ein Soll-Batteriestrom I_{BATT_SOLL} des elektrischen Energiespeichers 1 ermittelt und ebenso dem Regler 5 bereitgestellt. Der Ist-Batteriestrom I_{BATT_IST} und der Soll-Batteriestrom I_{BATT_SOLL} sind insbesondere Eingangsgrößen des Reglers 5.
• Die Fahrzeugkomponenten 3, welche während des Ladevorgangs aktiv sind, können Störgrößen erzeugen und hervorrufen. Diese Störgrößen können den Ist-Batteriestrom I_{BATT_IST} stören und beeinflussen. Dieses wiederum würde den Ladestrom I_L ebenso beeinträchtigen. Damit eine optimale Ladestromregelung des Ladestroms I_L gegeben ist, wären die Störgrößen der Fahrzeugkomponenten 3 mit einer Störgrößenregelung des Reglers 5 ausgeregelt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Störgrößen keinen negativen Einfluss auf die Regelung des Ladestroms I_L ausüben. Dadurch, dass die Störgrößen nicht mehr betrachtet werden müssen, kann insbesondere der Ladestrom I_L auf einen maximalen Batteriestrom I_MAX geregelt werden. Beispielsweise wird vorher der maximale Batteriestrom I_MAX des elektrischen Energiespeichers 1 ermittelt und dem Regler 5 mitgeteilt. Insbesondere müssen dabei aber stets sicherheitskritische Anforderungen und aktuelle Zustände des elektrisch betriebenen Fahrzeugs und/oder des elektrischen Energiespeichers 1 und/oder der Ladestation 2 berücksichtigt werden.
• Insbesondere wird der Ladestrom I_L durch den Regler 5 in Abhängigkeit von dem Ist-Batteriestrom I_{BATT_IST} und dem Soll-Batteriestrom I_{BATT_SOLL} und unabhängig von den Störgrößen geregelt.
• Insbesondere wird bei der Regelung des Ladestroms I_L auf den maximalen Batteriestrom I_MAX stets auf das aktuelle Batterie-Betriebsfenster des elektrischen Energiespeichers 1 geachtet. Somit kann erreicht werden dass es zu keiner Überlastung des elektrischen Energiespeichers 1 kommen kann.
• Eine weitere optionale Möglichkeit ergibt sich dadurch, dass die jeweiligen Stromwerte der Nebenaggregate 3 durch einen jeweiligen Stromsensor der Nebenaggregate bestimmt werden. Diese Stromwerte können mithilfe einer Vorsteuerung 7 ausgewertet werden und bei der Regelung des Ladestroms I_L berücksichtig beziehungsweise herangezogen werden. Dadurch kann eine genaue und effektive Ladestromregelung des Ladestroms IL auch ohne zusätzlichen dezidierten Stromsensor innerhalb des Ladepfads erreicht und durchgeführt werden.
• Bezugszeichenliste

1

elektrischer Energiespeicher

2

Ladestation

3

Fahrzeugkomponente

4

Stromsensor

5

Regler

6

Stromsensoren der Fahrzeugkomponente

7

Vorsteuerung

I_{BATT_SOLL}

Soll-Batteriestrom

I_{BATT_IST}

Ist-Batteriestrom

I_MAX

maximaler Batteriestrom

I_L

Ladestrom

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2012/131480 A2 [0003]
• DE 102011122440 A1 [0004]

Claims (6)

1. Verfahren zum Regeln eines Ladestrom (I_L) während eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers (1) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer Ladestation (2), wobei - ein Ist-Batteriestrom (I_{Batt_Ist}) des elektrischen Energiespeichers (1) ermittelt und einem Regler (5) bereitgestellt wird, - ein Soll-Batteriestrom (I_{Batt_Soll}) des elektrischen Energiespeichers erfasst und dem Regler bereitgestellt wird, - zumindest eine Störgröße, die den Ist-Batteriestrom (I_{Batt_Ist}) stört, von zumindest einer Fahrzeugkomponente (3) des elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Störgrößenregelung des Reglers erfasst und ausgeregelt wird, wobei - der Ladestrom (I_L) durch den Regler (5) in Abhängigkeit von dem Ist-Batteriestrom (I_{Batt_Ist}) und dem Soll-Batteriestrom (I_{Batt_Soll}) und unabhängig von der zumindest einen Störgröße geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,wobei ein maximaler Batteriestrom (I_max) des elektrischen Energiespeichers (1) ermittelt wird, sodass der Ladestrom (I_L) auf den maximalen Batteriestrom (I_max) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ist-Batteriestrom (I_{Batt_Ist}) des elektrischen Energiespeichers (1) mit einem Stromsensor (4) des elektrischen Energiespeichers (1) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Strom der zumindest einen Fahrzeugkomponente (3) gemessen wird und durch eine Vorsteuerung (7) ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, wobei der von der Vorsteuerung (7) ausgewertete Strom bei der Regelung des Ladestroms (I_L) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Störgröße von einem Spannungswandler oder einer Kühleinheit oder einem Bordnetz als die zumindest eine Fahrzeugkomponente (3) erzeugt wird und mit der Störgrößenreglung ausgeregelt wird.

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