DE102020214416A1

DE102020214416A1 - Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers

Info

Publication number: DE102020214416A1
Application number: DE102020214416.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gleiter; Sven Landa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend folgende Schritte:a) Ermitteln einer Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Versorgungsspannung einer Ladevorrichtung repräsentiert;b) Ermitteln einer Ist-Ladezustandsgröße, die einen aktuellen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;c) Vergleichen der Versorgungsspannungsgröße mit einer vorgegebenen Soll-Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Soll-Versorgungsspannung der elektrischen Ladevorrichtung repräsentiert;d) Übertragen von elektrischer Energie zwischen der Ladevorrichtung und dem elektrochemischen Energiespeicher in Abhängigkeit des Vergleichs;

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers, einer Vorrichtung zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers, einem Computerprogramm sowie einer Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Ladegeräte für elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind dafür ausgelegt eine Wechselspannung einer 110V/230V Versorgungsspannung auf eine Gleichspannung einer Batterie des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zu wandeln.
Die Gleichspannungen am Ausgang der Ladegeräte sind auf die Batteriespannung angepasst und können von wenigen Volt bis mehreren hundert Volt betragen. Für elektrisch antreibbare Zweiräder sind 36V bis 70V und bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen sind 100V bis 600V üblich. Eine Wandlung erfolgt unidirektional von Wechselspannung in Gleichspannung.
Aus dem Dokument DE 10 2017 219 204 A1 ist ein Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, eine Ladesteuerung und eine Ladestation bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers folgende Schritte aufweist:

a) Ermitteln einer Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Versorgungsspannung einer Ladevorrichtung repräsentiert;
b) Ermitteln einer Ist-Ladezustandsgröße, die einen aktuellen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;
c) Vergleichen der Versorgungsspannungsgröße mit einer vorgegebenen Soll-Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Soll-Versorgungsspannung der elektrischen Ladevorrichtung repräsentiert;
d) Übertragen von elektrischer Energie zwischen der Ladevorrichtung und dem elektrochemischen Energiespeicher in Abhängigkeit des Vergleichs;

Vorteilhafterweise kann Energie zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher und der Ladevorrichtung bidirektional übertragen werden, wodurch Überspannungen oder Unterspannungen eines mit der Ladevorrichtung verbundenen elektrischen Stromnetzes ausgeglichen werden können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst ferner folgenden Schritt:

e) Zuschalten der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße überschreitet;

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst ferner folgenden Schritt:

f) Übertragen von elektrischer Energie von der Ladevorrichtung zu dem elektrochemischen Energiespeicher, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Versorgungsspannungsgröße überschreitet;

g) Abschalten der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße unterschreitet;

h) Übertragen von elektrischer Energie von dem elektrochemischen Energiespeicher zu der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Versorgungsspannungsgröße unterschreitet.

Weiter umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers eine Ladevorrichtung, mindestens eine Schalteinheit, eine bidirektionale Ladeschnittstelle sowie mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, welche eingerichtet sind, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Vorteilhafterweise umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführt sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Vorteilhafterweise findet die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung in elektrischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes sowie Ladestationen.
In Ländern mit Ladestationen, die einen Tausch für elektrochemische Energiespeicher von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen, beispielsweise Roller, vorsehen, können je nach Anzahl und Ladezustand der darin befindlichen elektrochemischen Energiespeicher, diese das elektrische Stromnetz stützen.
Insbesondere wenn eine Überbelastung des elektrischen Stromnetzes einen Spannungseinbruch zur Folge hat, können kurzfristig Verbraucher abgeschaltet werden und transiente Überspannungen („Load Dump“) können durch das erfindungsgemäße Verfahren gedämpft werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine schematische Darstellung von Spannungsschwellen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100. In Schritt 101 wird das Verfahren 100 zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers gestartet, beispielsweise, wenn ein elektrisch antreibbares Fahrzeug an eine Ladestation elektrisch angeschlossen wird.
In Schritt 102 wird eine Versorgungsspannungsgröße ermittelt, die eine elektrische Versorgungsspannung einer Ladevorrichtung repräsentiert.
In Schritt 103 wird eine Ist-Ladezustandsgröße ermittelt, die einen aktuellen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert.
In Schritt 104 wird die Versorgungsspannungsgröße mit einer vorgegebenen Soll-Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Soll-Versorgungsspannung der elektrischen Ladevorrichtung repräsentiert, verglichen.
Überschreitet die Versorgungsspannungsgröße eine erste vorgegebene Soll-Versorgungsspannungsgröße wird das Verfahren in Schritt 105 fortgesetzt. Wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße überschreitet, wird in Schritt 106 die Ladevorrichtung zugeschaltet. Wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Versorgungsspannungsgröße überschreitet, wird in Schritt 107 elektrische Energie von der Ladevorrichtung zu dem elektrochemischen Energiespeicher übertragen. Anschließend wird das Verfahren in Schritt 102 fortgesetzt.
Unterschreitet die Versorgungsspannungsgröße eine erste vorgegebene Soll-Versorgungsspannungsgröße wird das Verfahren in Schritt 108 fortgesetzt. Wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße unterschreitet, wird in Schritt 109 die Ladevorrichtung abgeschaltet. Wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Spannungsgröße unterschreitet, wird in Schritt 110 elektrische Energie von dem elektrochemischen Energiespeicher zu der Ladevorrichtung übertragen. Anschließend wird das Verfahren in Schritt 102 fortgesetzt.
2 zeigt eine schematische Darstellung von Spannungsschwellen 200 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit einem erfindungsgemäßen Ladeverfahren könnten die Wechselspannungen überwacht werden und auf Spannungsschwankungen aktiv reagiert werden:
Sinkt eine Versorgungsspannung unter einen vorgegebenen Wert 202, können Lasten, die nicht dauerhaft benötigt werden abgeschaltet werden, beispielsweise Ladevorrichtungen für elektrisch antreibbare Fahrzeuge.
Sinkt die Versorgungsspannung weiter ab, beispielsweise unter einen vorgegebenen Wert 201, beispielsweise, weil zu viele Verbraucher ein elektrisches Stromnetz belasten, können die elektrochemischen Energiespeicher dieser elektrisch antreibbaren Fahrzeuge das elektrische Stromnetz stützen, indem diese Energie der elektrochemischen Energiespeicher ins elektrische Stromnetz einspeisen. Durch diese Rückspeisung sinkt der Stromverbrauch von Energieversorgern und die elektrischen Stromnetze werden entlastet. Weiter können hierdurch sporadisch auftretende Unterspannungen ausgeglichen werden, da die elektrochemischen Energiespeicher als Puffer dienen.
Steigt die Versorgungsspannung am elektrischen Stromnetz kontinuierlich können ab einem vorgegebenen Schwellwert 203 aktiv Ladevorrichtungen zugeschaltet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017219204 A1 [0004]

Claims

Verfahren (100) zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend folgende Schritte: a) (102) Ermitteln einer Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Versorgungsspannung einer Ladevorrichtung repräsentiert; b) (103) Ermitteln einer Ist-Ladezustandsgröße, die einen aktuellen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert; c) (104, 105, 108) Vergleichen der Versorgungsspannungsgröße mit einer vorgegebenen Soll- Versorgungsspannungsgröße, die eine elektrische Soll-Versorgungsspannung der elektrischen Ladevorrichtung repräsentiert; d) (106, 107, 109, 110) Übertragen von elektrischer Energie zwischen der Ladevorrichtung und dem elektrochemischen Energiespeicher in Abhängigkeit des Vergleichs;
Verfahren (100) zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß Anspruch 1, ferner umfassend folgenden Schritt: e) (106) Zuschalten der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße überschreitet;
Verfahren (100) zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, ferner umfassend folgenden Schritt: f) (107) Übertragen von elektrischer Energie von der Ladevorrichtung zu dem elektrochemischen Energiespeicher, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Versorgungsspannungsgröße (203) überschreitet;
Verfahren (100) zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend folgenden Schritt: g) (109) Abschalten der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene erste Soll-Versorgungsspannungsgröße (202) unterschreitet;
Verfahren (100) zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend folgenden Schritt: h) (110) Übertragen von elektrischer Energie von dem elektrochemischen Energiespeicher zu der Ladevorrichtung, wenn die Versorgungsspannungsgröße eine vorgegebene zweite Soll-Versorgungsspannungsgröße (201) unterschreitet.
Vorrichtung zum Laden oder Entladen eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend eine Ladevorrichtung, mindestens eine Schalteinheit, eine bidirektionale Ladeschnittstelle sowie mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, welche eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6 in elektrischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes sowie Ladestationen.