DE102021119238A1 - Verfahren zum Regeln eines Ladestroms für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb mit Sollstromanpassung - Google Patents

Verfahren zum Regeln eines Ladestroms für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb mit Sollstromanpassung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Laden eines Energiespeichers (4) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, aufweisend die folgenden Schritte:Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer eine elektrische Energiequelle (2) beinhaltenden Ladeinfrastruktur und dem elektrischen Energiespeicher (4) des Kraftfahrzeugs mittels einer einen DC/DC-Wandler (3) beinhaltenden elektronischen Laderegler (1), wobei der DC/DC-Wandler (3) zur Umwandlung einer ladeinfrastrukturseitigen Spannung in eine kraftfahrzeugseitige Spannung vorgesehen ist und für den DC/DC-Wandler (3) ein maximaler Lade-Sollstrom (max. ISoll) vorgegeben ist;Nachfolgendes Maximalladen (CMax) mittels der Laderegler (1), während dem ein Lade-Sollstrom ((ISoll(CMax)) vorgegeben wird;eine dem Maximalladen (CMax) vorhergehende Initialisierungsphase (CI), während der dem DC/DC-Wandler (3) ein gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduzierter Lade-Sollstrom (red. ISoll) vorgegeben wird, und in der ein Lade-Iststrom (IIst(CI)) detektiert wird und der Lade-Iststrom (IIst(CI)) mit dem reduzierten Lade-Sollstrom (red. ISoll) verglichen wird und für den Fall, dass ein mindestens einmaliges Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms (red. ISoll) durch den Lade-Iststrom (IIst(CI)) detektiert wird, der für das nachfolgende Maximalladen (CMax) vorgegebene Lade-Sollstrom (ISoll(CMax)) gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduziert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ladestroms für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb. Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen ein Bordnetz mit einem elektrischen Energiespeicher in Form einer Batterie auf, die zum Antreiben des Kraftfahrzeugs den elektrischen Antrieb speist. Diese Batterien werden Traktionsbatterien genannt. Es werden bekanntermaßen Plug-In-Anschlüsse, d.h. galvanisch verbindende Anschlüsse am Kraftfahrzeug verwendet, um den Energiespeicher aufzuladen oder in ein stationäres Versorgungsnetz zurück zu speisen. Hierzu werden Ladestationen eingesetzt, die zwischen dem Versorgungsnetz und dem Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs geschaltet sind. Derartige Kraftfahrzeuge können Elektrofahrzeuge sein oder können Hybridfahrzeuge sein, die im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen einen von mehreren Antrieben aufweisen, der elektrisch ist. Über einen entsprechenden Anschluss, etwa ein Steckanschluss, werden die Kraftfahrzeuge elektrisch von außen kontaktiert, um so Leistung zwischen Fahrzeug und Versorgungsnetz zu übertragen. Versorgungsnetze haben eine konstante Nennspannung, die sich in eine Gleichspannung wandeln lässt, deren Höhe jedoch nicht bei jedem Traktionsbatteriezustand zu der aktuellen Spannungshöhe der Traktionsbatterie passt. Beispielsweise kann bei einem dreiphasigen Wechselstromsystem als Versorgungsnetz die sich aus der verketteten Wechselspannung ergebende Gleichspannung zu hoch sein für eine Traktionsbatterie mit geringem Ladezustand, etwa weil die resultierende Spannungsdifferenz (und somit der Ladestrom) zu hoch wäre. Es kommt daher darauf an, den Ladestrom möglichst geschickt zu regeln, dass einerseits eine hohe Leistungsübertragung für ein möglichst schnelles Laden gewährleistet ist, andererseits aber es nicht zu Überlastung der Batterie und der Ladeschaltung kommt, zu der im Allgemeinen ein DC/DC Wandler gehört. Das Design von Ladesystemen für das Schnellladen basiert typischerweise auf zwei verschiedenen Ansätzen. Die erste Architektur konvertiert eine dreiphasige Wechselspannung des Versorgungsnetzes in einen variablen Gleichspannungsausgang, der einen DC/DC-Wandler speist. Eine genaue Gleichspannung wird mittels Kommunikation mit dem zu ladenden Fahrzeug ermittelt. Beim alternativen Ansatz erfolgt die Umwandlung der anliegenden Spannung in eine fixierte DC-Spannung, wobei dann der DC/DC-Wandler die Ausgangsspannung für die Fahrzeugbatterie anpasst. Unabhängig von der Art der Architektur kommt es somit auf eine effektive Regelung des Eingangsstroms und/oder Ausgangsstroms des DC/DC-Wandlers auf einen vorgegebenen Soll-Wert an, um einerseits eine Überlastung der Ladeschaltung insbesondere des DC/DC-Wandlers zu vermeiden, andererseits eine hohe Ladeleistung zu gewährleisten.
  • Vor diesem Hintergrund bestand somit Bedarf nach einem Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, welches eine Überlastung der Ladeschaltung, insbesondere des bordseitigen DC/DC-Wandlers, vermeidet, ohne das Ziel einer hohen Ladeleistungsübertragung zu gefährden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein gleichermaßen vorteilhafter Laderegler sowie eine zugehörige Verwendung sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ladestroms für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, welches die folgenden Schritte aufweist. In einem ersten Schritt wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer eine elektrische Energiequelle beinhaltenden Ladeinfrastruktur und dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs mittels eines einen DC/DC-Wandler beinhaltenden, elektronischen Ladereglers hergestellt. Bevorzugt ist mindestens der DC/DC-Wandler kraftfahrzeugseitig vorgesehen. Bei dem DC/DC-Wandler handelt es ich um einen Hochleistungswandler, der auch als Gleichspannungswandler oder als Gleichstromsteller bezeichnet wird und vorgesehen ist, eine ladeinfrastrukturseitige, insbesondere energiequellenseitige, elektrische Spannung in eine kraftfahrzeugseitige, insbesondere energiespeicherseitige, Spannung umzuwandeln. Der DC/DC-Wandler wird beispielsweise durch Ansteuerung elektronischer Leistungschalter geregelt.
  • Beispielsweise ist ein Steckanschluss oder eine induktive Kopplung zwischen der Energiequelle der Ladeinfrastruktur und dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher vorgesehen. Die Laderegler weist bevorzugt neben dem DC/DC-Wandler weitere Komponenten auf, wie beispielsweise einen Phasenschalter, einen Gleichrichter, einen Leistungsfaktorkorrekturfilter etc. Für den DC/DC-Wandler als wesentliches oder bevorzugt als einziges den Regelkreis bestimmendes Regelgerät ist erfindungsgemäß ein maximaler Lade-Sollstrom vorgegeben. Der maximale Lade-Sollstrom ergibt sich beispielsweise durch eine DC/DC-Wandler Belastungsgrenze oder eine Maximalleistung des DC/DC-Wandlers.
  • In einem zeitlich der Verbindungsherstellung nachfolgenden Schritt erfolgt ein Maximalladen mittels des Ladereglers. Während dem Maximalladen wird dem DC/DC-Wandler ein Lade-Sollstrom durch eine Steuereinheit vorgegeben, der in einem dem Maximalladen zeitlich vorgeschalteten Schritt, der als Initialisierungsphase bezeichnet wird, bestimmt wird. Während der Initialisierungsphase wird dem DC/DC-Wandler in einen Ladezustand unter Vorgabe eines gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom reduzierten Lade-Sollstroms versetzt. In dieser Initialisierungsphase wird ein Lade-Iststrom als Regelgröße einmalig bevorzugt mehrmalig, bevorzugter quasi-kontinuierlich, detektiert, d.h. abgetastet und der Lade-Iststrom mit dem reduzierten Lade-Sollstrom verglichen. Für den Fall, dass ein mindestens einmaliges Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms durch den Lade-Iststrom detektiert wird, wird der für das nachfolgende Maximalladen vorgegebene Lade-Sollstrom gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom reduziert, beispielsweise um ein Maß reduziert, das aus der betragsmäßigen Abweichung zwischen dem reduzierten Lade-Sollstrom und dem in der Initialisierungsphase detektierten Lade-Iststrom ermittelt wird. Dadurch wird vermieden, dass der DC/DC-Wandler über seinem maximalen Lade-Stromgrenzwert betrieben wird und es zu Abschaltungen der Ladeschaltung oder zu einer Beschädigung der Ladeschaltung, insbesondere des DC/DC-Wandlers, kommt. Dadurch dass ein Soll/Istwert Vergleich und eine Sollstromanpassung des Ladestroms des DC/DC-Wandlers erfolgt, kann eine große Toleranz zwischen Lade-Sollstrom und Lade-Iststrom vermieden werden, die sich bei herkömmlichen Ladeschaltungen aufgrund der Mess- und Einstellkette und der vergleichsweise langen Toleranzkette zwischen Ladeinfrastruktur und Kraftfahrzeug ergibt. Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der sich auf die Abweichung zwischen Ladesoll- und Lade-Iststrom am DC/DC-Wandler konzentriert wird, wird eine effektiver Schutz des DC/DC-Wandlers vor Überbelastung und gleichzeitig eine hohe Leistungsdichte beim Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers erreicht. Der Begriff Ladestrom in den Begriffen Lade-Sollstrom und Lade-Iststrom beziehen sich erfindungsgemäß nicht zwingend auf die jeweils ausgangseitigen als Regelgröße detektierten bzw. als Stellgröße vorgegebenen Strom des DC/DC-Wandlers mit dem der Energiespeicher beim Laden beaufschlagt wird, vielmehr kann es sich dabei auch um einen eingangsseitigen Strom handeln, da dieser zwar sich aufgrund von Energieabflussverlusten vom ausgangsseitigen Strom unterscheidet aber dennoch in eindeutiger Relation zum ausgangsseitigen Strom steht, so dass die Erfindung gleichermaßen mit der Detektion eines eingangsseitigen Lade-Iststroms und Vergleich mit einem eingangsseitigen Lade-Sollstrom als auch mit der Detektion eines ausgangsseitigen Lade-Iststrom und Vergleich mit einem ausgangsseitigen Lade-Sollstrom zu realisieren ist. Bevorzugt ist jedoch die Detektion des am Ausgang des DC/DC-Wandlers vorliegenden Lade-Iststroms mit einem für den Ausgang vorgegeben und zu erwartenden Lade-Sollstrom Beispielsweise wird der Lade-Iststrom einmalig oder mehrfach detektiert und entspricht in letzterem Fall einem über die Anzahl der Abtastungen, d.h. Detektionen, gemittelten Wert.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass, sofern in der Initialisierungsphase kein Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms durch den Lade-Iststrom detektiert wird, der für das nachfolgende Maximalladen vorgegebene Lade-Sollstrom der unreduzierte maximale Lade-Sollstrom ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht dem für das nachfolgende Maximalladen vorgegebene Lade-Sollstrom ein um ein Maß reduzierter maximaler Lade-Sollstrom, wobei das Maß mindestens dem Übermaß entspricht, mit dem der in der Initialisierungsphase detektierte Lade-Iststrom den reduzierten Lade-Sollstrom überschritten hat.
  • Bevorzugt wird der für das nachfolgende Maximalladen vorgegebene Lade-Sollstrom nur dann gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom reduziert, wenn das Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms durch den Lade-Iststrom in der Initialisierungsphase dauerhaft, d.h. ein Überschreiten über eine vorgegebene, erste Mindestdauer im Bereich von 1s bis 60s, bevorzugt von 20s bis 40s, beispielsweise 30s wiederholt und damit mehrfach detektiert wird.
  • Bevorzugt ist eine Übergangsladephase vorgesehen, die zeitlich zwischen der Initialisierungsphase und dem Maximalladen liegt, bei der der Lade-Sollstrom mit der Zeit kontinuierlich und stetig von dem gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom reduzierten Lade-Sollstrom auf den in der Initialisierungsphase ermittelten und für das Maximalladen vorgegebenen Lade-Sollstrom erhöht wird. Bevorzugt wird eine gleichmäßige Änderungsrate in der Übergangsladephase angestrebt. Durch die allmähliche Änderung der Ladesollstromvorgabe kann abfolgendes und mehrmaliges Überschwingen des zu regelnden Lade-Iststroms vermieden werden, wodurch der Einregelvorgang beschleunigt wird und insbesondere der zeitliche Abstand zwischen Initialisierungsphase und dem Maximalladen verringert wird.
  • Um eine hohe Leistungsdichte beim Laden zu erreichen, macht der in der Initialisierungsphase zugrundeliegende, reduzierte Ladesollstrom gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 93%, bevorzugter mindestens 95% des maximalen Lade-Sollstroms aus.
  • Um den Schutz des DC/DC-Wandlers vor Überlastung auf den Zeitraum des Maximalladens auszudehnen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass beim Maximalladen der Lade-Iststrom detektiert wird und bei einem mindestens einmaligen, bevorzugt für eine vorgegebene, zweite Mindestdauer vorliegenden, mehrfachen Überschreiten des in der Initialisierungsphase ermittelten Lade-Sollstroms, beispielsweise des reduzierten Lade-Sollstroms oder des maximalen Lade-Sollstroms, durch den detektierten Lade-Iststrom nachfolgend ein nachträglich reduzierter Lade-Sollstrom vorgegeben wird, der gegenüber dem in der Initialisierungsphase ermittelten und somit ursprünglich für das Maximaladen vorgesehenen Lade-Sollstrom und damit gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom bzw. gegenüber dem reduzierten Lade-Sollstrom reduziert ist. Bevorzugt ist der nachträglich reduzierte Lade-Sollstrom gegenüber dem aus der Initialisierungsphase ermittelten Lade-Sollstrom um ein Maß reduziert, das mindestens dem Übermaß des beim Maximalladen detektierten Lade-Iststroms gegenüber dem in der Initialisierungsphase ermittelten Lade-Sollstrom, beispielsweise gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom oder gegenüber dem reduzierten Lade-Sollstrom entspricht.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Laderegler zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, welche ausgebildet ist, das Verfahren in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des zuvor erwähnten Ladereglers in einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen jeweils lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
    • 1 ein schematischer Schaltplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladereglers 1;
    • 2 eine schematische Darstellung der zeitlichen Lade-Sollstrom- und Lade-Iststromverläufe zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ladestromregelung;
    • 3 eine schematische Darstellung der zeitlichen Lade-Sollstrom- und Lade-Iststromverläufe zur weiteren Verdeutlichung der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ladestromregelung;
    • 4 eine schematische Darstellung der zeitlichen Lade-Sollstrom- und Lade-Iststromverläufe zur weiteren Verdeutlichung der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ladestromregelung.
  • 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Ladereglers 1. Der Laderegler 1 ist zwischen einem kraftfahrzeugseitigem Energiespeicher 4 in Form eines elektrochemischen Hochspannungs-Energiespeicher mit einer maximalen Nennspannung im Bereich von 300 V bis 1000 V, wie 400 V oder 800 V, welcher eine oder die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs ist und einer außerhalb des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Energiequelle 2 in Form einer einen Drei-Phasen-Wechselstrom bereitstellenden Wallbox, welche der s ogenannten Ladeinfrastruktur zugeordnet wird. Der Laderegler 1 weist als wesentliches die Regelung des Ladereglers 1 bewirkendes Regelgerät einen aus der Energiequelle 2 gespeisten DC/DC-Wandler 3 auf. Im elektrischen Energiefluss zwischen der Energiequelle 2 und dem DC/DC-Wandler 3 ist eine die einzelnen Phasen der Energiequelle 2 absichernde Anordnung 7 aus Sicherungsrelais vorgesehen, der ein Wechselstromfilter 5 nachgeschaltet ist. Der gefilterte Wechselladestrom wird danach mittels eines einen Leistungsfaktorkorrekturfilter beinhaltenden Ladespannungsgleichrichters 6 in einen Ladegleichstrom umgewandelt, der dann in einem Energievorspeicher 8 zur Vermeidung von Einschaltspitzen zwischengespeichert wird. Diese Komponenten, wie der dem DC/DC-Wandler 3 nachgeschaltete Gleichstromfilter 9 sind entsprechend den von der Ladeinfrastruktur bereitgestellten Energiequellen auszuwählen und auszugestalten und nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung.
  • Die Aufgabe des DC/DC-Wandlers 3 kommt die Aufgabe zu, die Spannung des kraftfahrzeugexternen Energiequelle 2 an die des kraftfahrzeuginternen Energiespeichers 4 anzupassen und dabei einen Lade-Istrom IIST bereitzustellen, auf den entsprechend einer Lade-Sollstrom-ISoll-Vorgabe, die von einer zum DC/DC-Wandler 3 gehörigen, mikroprozessorbasierten Steuereinheit 10 auf Basis des detektierten Lade-Iststroms IIst generiert wird, eingeregelt wird. Die Regelung erfolgt dabei beispielsweise durch Ansteuerung der zum DC/DC-Wandler gehörigen elektronischen Hochleistungsschaltelemente, wie Transistoren, Thyristoren und Dergleichen.
  • Anhand der nachfolgenden 2 bis 4 wird nunmehr das mittels des in 1 gezeigten Ladereglers 1 zu verwirklichende, erfindungsgemäße Verfahren zur Ladestromregelung erläutert. Die 2 bis 4 zeigen im Wesentlichen die zeitlichen Lade-Sollstrom- ISoll(t) und Lade-Iststromverläufe IIst(t). In einem ersten nicht dargestellten Schritt wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der die elektrische Energiequelle 2 beinhaltenden Ladeinfrastruktur und dem elektrischen Energiespeicher 4 des Kraftfahrzeugs mittels des den DC/DC-Wandler 3 beinhaltenden, elektronischen Ladereglers 1 hergestellt, was dem Zeitpunkt t=0 in der Darstellung der 2 bis 4 entspricht. Beispielsweise ist ein Steckanschluss oder eine induktive Kopplung zwischen der Energiequelle 2 der Ladeinfrastruktur und dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher 4 vorgesehen. Der maximale Lade-Sollstrom max. ISoll ergibt sich durch eine DC/DC-Wandler Belastungsgrenze oder eine Maximalleistung des DC/DC-Wandlers 3 aus 1 und entspricht dem 100%-Niveau der Ordinate in den 2 bis 4.
  • In einem zeitlich der Verbindungsherstellung nachfolgenden Schritt erfolgt ein Maximalladen CMax mittels des Ladereglers 1. Während des Maximalladens CMax wird dem DC/DC-Wandler 3 ein Lade-Sollstrom ISoll(CMax) für t aus dem Zeitintervall CMax durch die Steuereinheit 10 vorgegeben. Wie gezeigt entspricht ISoll(CMax) = I'Soll, was in einem dem Maximalladen CMax zeitlich vorgeschalteten Schritt, der als Initialisierungsphase CI bezeichnet wird, bestimmt wird. Während der dem Gesamtladevorgang zuzurechnenden Initialisierungsphase CI wird der DC/DC-Wandler 3 in einen Ladezustand versetzt, bei dem ein gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll reduzierter Lade-Sollstrom red. ISoll vorgegeben wird. Um eine hohe Leistungsdichte beim Maximalladen CMax zu erreichen, macht der reduzierte Ladesollstrom gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens 95% des maximalen Lade-Sollstroms max. ISoll aus.
  • In dieser Initialisierungsphase CI wird der Lade-Iststrom IIst(Ct) als Regelgröße einmalig bevorzugt mehrmalig, bevorzugter quasi-kontinuierlich, detektiert, d.h. abgetastet und der Lade-Iststrom IIst(CI) der Initialisierungsphase CI mit dem reduzierten Lade-Sollstrom red. ISoll verglichen, um das Regelverhalten des Ladereglers 1 in der Initialisierungsphase CI kennenzulernen. Für den Fall, dass bevorzugt in einem eingeregelten, stabilen Zustand des Lade-Iststroms IIst(t) ein mindestens einmaliges Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms red. ISoll durch den Lade-Iststrom IIst(CI) in der Initialisierungsphase CI detektiert wird, wird der für das nachfolgende Maximalladen CMax vorgegebene Lade-Sollstrom Ison(CMax) gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll, wie er durch die strich-punktierte Linie in 2 wiedergegeben ist, reduziert, nämlich um ein Maß reduziert, das der betragsmäßigen Abweichung zwischen dem reduzierten Lade-Sollstrom red. ISoll und dem in der Initialisierungsphase CI detektierten Lade-Iststrom IIst(CI) entspricht, so dass der für das Maximalladen CMax vorgegebene Lade-Sollstrom ISoll(CMax)) den Wert I'Soll annimmt, der gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll reduziert ist und bevorzugt in einem Bereich zwischen dem reduzierten Ladesollstrom red. ISoll der Initialisierungsphase CI und dem maximalen Lade-Sollstrom max. Ion liegt.
  • Beispielsweise wird der Lade-Iststrom IIst(CI) in der Initialisierungsphase CI mehrfach detektiert und entspricht einem über die Anzahl der Abtastungen, d.h. Detektionen, gemittelten Wert. Bevorzugt wird der für das nachfolgende Maximalladen CMax vorgegebene Lade-Sollstrom ISoll(CMax) nur dann gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll reduziert, wenn das Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms red. ISoll durch den Lade-Iststrom red. ISoll(CI) in der Initialisierungsphase CI dauerhaft, d.h. ein Überschreiten über eine vorgegebene, erste Mindestdauer im Bereich von 1s bis 60s, bevorzugt von 20s bis 40s, beispielsweise 30s wiederholt und damit mehrfach detektiert wird.
  • Durch die zuvor beschriebene Vorgehensweise der Lade-Sollstrom-Anpassung von max. ISoll auf I'Soll wird vermieden, dass der DC/DC-Wandler 3 aus 1 über seinem maximalen Lade-Stromgrenzwert betrieben wird und es zu Abschaltungen des Ladereglers 1 oder zu einer Beschädigung des Ladereglers 1, insbesondere des DC/DC-Wandlers 3, kommt. Dadurch dass ein Soll/Istwert Vergleich und eine Sollstromanpassung des Ladestroms des DC/DC-Wandlers 3 erfolgt, kann eine große Toleranz zwischen Lade-Sollstrom ISoll(t) und Lade-Iststrom IIst(t) zumindest während des Maximalladens CMax vermieden werden, die sich bei herkömmlichen Ladereglern aufgrund der Mess- und Einstellkette und der vergleichsweise langen Toleranzkette zwischen Ladeinfrastruktur und Kraftfahrzeug ergibt. Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der sich auf die Abweichung zwischen Ladesoll- und Lade-Iststrom am DC/DC-Wandler konzentriert wird, wird eine effektiver Schutz des DC/DC-Wandlers 3 vor Überbelastung und gleichzeitig eine hohe Leistungsdichte beim Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers 4 erreicht. Der Begriff Ladestrom in den Begriffen Lade-Sollstrom und Lade-Iststrom bezieht sich erfindungsgemäß nicht zwingend auf die jeweils ausgangseitigen als Regelgröße detektierten bzw. als Stellgröße vorgegebenen Strom des DC/DC-Wandlers mit dem der Energiespeicher beim Laden beaufschlagt wird, vielmehr kann es sich dabei auch um einen eingangsseitigen Strom handeln, da dieser zwar sich aufgrund von Energieabflussverlusten vom ausgangsseitigen Strom unterscheidet aber dennoch in eindeutiger Relation zum ausgangsseitigen Strom steht, so dass die Erfindung gleichermaßen mit der Detektion eines eingangsseitigen Lade-Iststroms und Vergleich mit einem eingangsseitigen Lade-Sollstrom als auch mit der Detektion eines ausgangsseitigen Lade-Iststrom und Vergleich mit einem ausgangsseitigen Lade-Sollstrom zu realisieren ist. Bevorzugt ist jedoch die Detektion des am Ausgang des DC/DC-Wandlers vorliegenden Lade-Iststroms mit einem für den Ausgang vorgegeben und zu erwartenden Lade-Sollstrom.
  • Wie ferner aus 2 zu erkennen, wird der Lade-Sollstrom ISoll(t) im zeitlichen Übergang von der Initialisierungsphase CI zum Maximalladen CMax nicht abrupt und unstetig verändert. Vielmehr ist eine Übergangsladephase CT vorgesehen, die zeitlich zwischen der Initialisierungsphase CT und dem Maximalladen CMaxc liegt, bei der der Lade-Sollstrom ISoll(t) in der Übergangsphase CT, also ISoll(CT), mit der Zeit kontinuierlich und stetig von dem gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom reduzierten Lade-Sollstrom red. ISoll auf den in der Initialisierungsphase CI und für das Maximalladen CMax ermittelten Lade-Sollstrom ISoll(CMax)) erhöht wird, der beispielswiese je nach Detektionsergebnis der Initialisierungsphase CI dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll oder wie gezeigt dem Lade-Sollstrom I'Soll entspricht, der bevorzugt zwischen dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll und dem reduzierten Lade-Sollstrom red. ISoll der Initialisierungsphase CI liegt. Dabei wird eine möglichst gleichmäßige Änderungsrate in der Übergangsladephase CT angestrebt. Durch die allmähliche Änderung der Ladesollstromvorgabe kann abfolgendes und mehrmaliges Überschwingen des zu regelnden Lade-Iststroms IIst(t) vermieden werden, wodurch der Einregelvorgang beschleunigt wird und insbesondere der zeitliche Abstand zwischen Initialisierungsphase CI und Maximalladen CMax verringert wird.
  • Für den Fall, wie er in 3 gezeigt ist, dass nämlich in der Initialisierungsphase CI kein Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms red. ISoll durch den Lade-Iststrom IIst(CI) der Initialisierungsphase C1 detektiert wird, so ist vorgesehen, dass der für das nachfolgende Maximalladen CMax vorgegebene Lase-Sollstrom dem unreduzierten maximalen Lade-Sollstrom max ISoll entspricht.
  • Um den Schutz des DC/DC-Wandlers 3 aus 1 vor Überlastung auf den Zeitraum des Maximalladens CMax auszudehnen, wird das in 4 gezeigte Vorgehen vorgeschlagen, dass nämlich beim Maximalladen CMax der Lade-Iststrom IIst(CMax) einmalig oder mehrfach, bevorzugt nach einer vorgegebenen Einregeldauer, in der sich der Lade-Iststrom IIst(t) stabilisiert hat, detektiert wird. Bei einem mindestens einmaligen, bevorzugt für eine vorgegebene, zweite Mindestdauer vorliegenden, mehrfachen Überschreiten des in der Initialisierungsphase CI ermittelten Lade-Sollstroms I'Soll oder des maximalen Lade-Sollstroms max. ISoll, je nachdem was für das Maximalladen CMax in der Initialisierungsphase ermittelt wurde, durch den beim Maximalladen CMax detektierten Lade-Iststrom IIst(CMax) nachfolgend ein nachträglich reduzierter Lade-Sollstrom I"(Soll) vorgegeben wird, der, je nachdem was ursprünglich in der Initialisierungsphase CI für das Maximalladen CMax als Lade-Sollstrom ISoll(CMax)) vorgegeben wurde, gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll nunmehr einfach oder mehrfach reduziert wurde, Dabei ist der nachträglich reduzierte Lade-Sollstrom I"Soll gegenüber dem in der Initialisierungsphase CI für das Maximalladen CMax ermittelten Lade-Sollstrom ISoll(CMax), also gegenüber I'Soll oder gegenüber max. ISoll, je nachdem was für das Maximalladen CMax ursprünglich in der Initialisierungsphase CI vorgegeben wurde, um ein Maß reduziert, das mindestens dem Übermaß Δ'I des beim Maximalladen CMax detektierten Lade-Iststroms IIst(CMax) gegenüber dem in der Initialisierungsphase CI für das Maximalladen CMax ermittelten Lade-Sollstroms ISoll(CMax), also gegenüber I'Soll oder gegenüber max. ISoll, entspricht. Der Betrag des nachträglich reduzierten Lade-Sollstroms I"Soll liegt beispielsweise ebenfalls zwischen dem des reduzierten Lade-Sollstroms red. ISoll dem maximalen Lade-Sollstrom max. ISoll.
  • Auch in der der Phase des Maximalladens CMax wird der Lade-Sollstrom ISoll(t) nicht abrupt und unstetig auf den nachträglich reduzierter Lade-Sollstrom I'(Soll) verändert. Vielmehr ist auch hier vorgesehen, dass der Lade-Sollstrom ISoll(t) in der Übergangsphase CMax, also ISoll(CMax), mit der Zeit kontinuierlich und stetig von dem ursprünglich angewandten und für das Maximalladen CMax vorgegebenen Lade-Sollstrom ISoll(CMax) auf den nachträglich reduzierten Lade-Sollstrom I'(Soll) verringert wird.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Regelung eines Ladestroms für einen Energiespeicher (4) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, aufweisend die folgenden Schritte: Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer eine elektrische Energiequelle (2) beinhaltenden Ladeinfrastruktur und dem elektrischen Energiespeicher (4) des Kraftfahrzeugs mittels eines einen DC/DC-Wandler (3) beinhaltenden, elektronischen Ladereglers (1), wobei der DC/DC-Wandler (3) zur Umwandlung einer ladeinfrastrukturseitigen Spannung in eine kraftfahrzeugseitige Spannung vorgesehen ist und für den DC/DC-Wandler (3) ein maximaler Lade-Sollstrom (max. ISoll) vorgegeben ist; Nachfolgendes Maximalladen (CMax) mittels des Laderegler (1), während dem ein Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) dem DC/DC-Wandler (3) vorgegeben wird; eine dem Maximalladen (CMax) vorhergehende Initialisierungsphase (CI), während der dem DC/DC-Wandler (3) ein gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduzierter Lade-Sollstrom (red. ISoll) vorgegeben wird, und in der ein Lade-Iststrom (IIst(CI)) detektiert wird und in der der Lade-Iststrom (IIst(CI)) mit dem reduzierten Lade-Sollstrom (red. ISoll) verglichen wird, und wobei für den Fall, dass ein mindestens einmaliges Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms (red. ISoll) durch den Lade-Iststrom (IIst(CI)) detektiert wird, der für das nachfolgende Maximalladen (CMax) vorgegebene Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduziert wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei sofern in der Initialisierungsphase (CI) kein Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms (red. ISoll) durch den in der Initialisierungsphase (CI) detektierten Lade-Iststrom (IIst(CI)) vorliegt, der für das nachfolgende Maximalladen (CMax) vorgegebene Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) entspricht.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der für das nachfolgende Maximalladen (CMax) vorgegebene Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) durch Reduktion des maximalen Lade-Sollstroms (max. ISoll) um ein Maß reduziert wird, das mindestens dem Übermaß (ΔI) entspricht, mit dem der in der Initialisierungsphase (CI) detektierte Lade-Iststrom (IIst(CI)) den reduzierten Lade-Sollstrom (red. ISoll) überschritten hat.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der für das nachfolgende Maximalladen (CMax) vorgegebene Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) nur dann gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduziert wird, wenn das Überschreiten des reduzierten Lade-Sollstroms (red. ISoll) durch den detektierten Lade-Iststrom (IIst(CI)) in der Initialisierungsphase (CI) dauerhaft über eine vorgegebene, erste Mindestdauer (Δt) vorliegt, die im Bereich von 1s bis 60s, bevorzugt von 20s bis 40s, beispielsweise 30s liegt.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Übergangsladephase (CT), die zeitlich zwischen der Initialisierungsphase (CI) und dem Maximalladen (CMax) liegt, der Lade-Sollstrom (ISoll(t)) mit der Zeit kontinuierlich und stetig von dem gegenüber dem maximalen Lade-Sollstrom (max. ISoll) reduzierter Lade-Sollstrom (red. ISoll) auf den in der Initialisierungsphase (CI) für das Maximalladen (CMax) ermittelten und vorgegebenen Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) erhöht wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der reduzierte Ladesollstrom (red. ISoll) der Initialisierungsphase (CI) mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 93%, bevorzugter mindestens 95% des maximalen Lade-Sollstroms (max. ISoll) ausmacht.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Maximalladen (CMax) der Lade-Iststrom (IIst(CMax)) detektiert wird und bei einem mindestens einmaligen, bevorzugt für eine vorgegebene, zweite Mindestdauer vorliegenden, mehrfachen Überschreiten des in der Initialisierungsphase (CI) ermittelten Lade-Sollstroms (I'Soll) oder des maximalen Lade-Sollstroms (max. ISoll) durch den detektierten Lade-Iststrom (IIst(CMax)) nachfolgend ein gegenüber dem in der Initialisierungsphase (CI) für das Maximalladen (CMax) ermittelten Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) nachträglich reduzierter Lade-Sollstrom (I"Soll) vorgegeben wird.
  8. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der nachträglich reduzierte Lade-Sollstrom (I"Soll) gegenüber dem in der Initialisierungsphase (CI) ermittelten und für das Maximalladen (CMax) vorgegebenen Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) um ein Maß reduziert wird, das mindestens dem Übermaß (Δ'I) des beim Maximalladen (CMax) detektierten Lade-Iststroms (IIst(CMax)) gegenüber dem in der Initialisierungsphase (CI) für das Maximalladen (CMax) ermittelten Lade-Sollstrom (ISoll (CMax)) entspricht.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DC/DC-Wandler (3) ein DC/DC-Aufwärtswandler ist.
  10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lade-Iststrom (Ist(t)) jeweils eingangsseitig oder ausgangsseitig am DC/DC-Wandler (3) detektiert wird.
  11. Laderegler (1) zum Laden eines Energiespeichers (4) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, welche ausgebildet ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Verwendung des Ladereglers (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch in einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb.
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DE112013003974T5 (de) 2012-08-08 2015-06-25 Mitsubishi Electric Corporation Elektroenergieumwandlungsvorrichtung
DE102020209079A1 (de) 2019-07-26 2021-01-28 Lear Corporation Fahrzeugeigenes Ladegerät (OBC) mit Netzfrequenzunterdrückungseinrichtung

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