DE102021132272A1

DE102021132272A1 - System und Verfahren zum parallelen Laden von Batteriesätzen

Info

Publication number: DE102021132272A1
Application number: DE102021132272.3A
Authority: DE
Inventors: Zongchao Li; Yuedong Zhang; Jiyang Liu
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-06-30
Also published as: US20220209549A1; CN114696381A

Abstract

Ein Batterieverwaltungssystem ist mit einer ersten Ladeschaltung versehen, die einen ersten Schalter umfasst, um einen ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden. Eine zweite Ladeschaltung umfasst einen zweiten Schalter, um einen zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, wobei die zweite Ladeschaltung parallel zu der ersten Ladeschaltung angeordnet ist. Ein Entladeschaltkreis umfasst einen Entladeschalter, um den ersten Batteriesatz und den zweiten Batteriesatz in Reihe zu schalten. Ein Prozessor ist programmiert, um: den Entladeschalter zu öffnen; eine Eingabe zu empfangen, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung anzeigt; den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu öffnen als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung geringer ist als die zweite Batteriespannung; und den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu schließen als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Batterieverwaltungssystem zum Laden einer Batterieanordnung, die mehrere Batteriesätze umfasst.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Fahrzeuge, umfassend reine Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, umfassen einen Hochspannungsbatteriesatz, der für den Antrieb oder die „Traktion“ des Fahrzeugs verwendet wird und als Traktionsbatterie bezeichnet werden kann. Solche elektrifizierten Fahrzeuge umfassen eine Leistungselektronik zur Umwandlung der von der Traktionsbatterie gelieferten Energie, die für eine maximale Spannung von etwa 400 Volt ausgelegt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform wird ein Batterieverwaltungssystem mit einem ersten Batteriesatz und einem zweiten Batteriesatz zur Verfügung gestellt. Eine erste Ladeschaltung umfasst einen ersten Schalter, um den ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden, um ein Laden zu ermöglichen. Eine zweite Ladeschaltung umfasst einen zweiten Schalter, um den zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, um ein Laden zu ermöglichen, wobei die zweite Ladeschaltung parallel zur ersten Ladeschaltung angeordnet ist. Ein Prozessor ist programmiert, um: eine Eingabe zu empfangen, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung anzeigt; den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu öffnen, um das Laden des ersten Batteriesatzes mit einem ersten Ladestrom zu ermöglichen und das Laden des zweiten Batteriesatzes zu deaktivieren, als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung kleiner als die zweite Batteriespannung ist; und den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu schließen, um das parallele Laden des ersten Batteriesatzes und des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen, als Reaktion darauf, dass die erste Spannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Beispielsweise können der erste Batteriesatz und der zweite Batteriesatz angepasst sein, um Gleichstrom mit einer maximalen Spannung von etwa 400 Volt zur Verfügung zu stellen. Das Batterieverwaltungssystem kann einen Entladeschaltkreis mit einem Entladeschalter umfassen, um den ersten Batteriesatz und den zweiten Batteriesatz in Reihe zu schalten, um gemeinsam Gleichstrom mit einer Höchstspannung von etwa 800 Volt zur Verfügung zu stellen.
Als weiteres Beispiel kann das Batterieverwaltungssystem einen Vorladeschalter und einen in Reihe geschalteten Widerstand umfassen, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem ersten Schalter geschaltet ist. Der Prozessor kann des Weiteren programmiert sein, um: den Vorladeschalter zu schließen und den ersten Schalter zu öffnen, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorladespannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, den Vorladeschalter zu öffnen und den ersten Schalter zu schließen, um das Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann der Prozessor des Weiteren so programmiert sein, dass er den ersten Ladestrom auf einen zweiten Ladestrom reduziert, wenn der erste Ladestrom einen Schwellenwert für den Ladestrom überschreitet und/oder die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Des Weiteren kann der zweite Ladestrom ungefähr der Hälfte des ersten Ladestroms entsprechen. Des Weiteren kann der Prozessor so programmiert sein, dass er den zweiten Ladestrom auf einen dritten Ladestrom reduziert, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wobei der dritte Ladestrom ungefähr gleich der Hälfte des zweiten Ladestroms ist.
Als ein weiteres Beispiel kann der Prozessor des Weiteren so programmiert sein, dass er den zweiten Schalter schließt und den ersten Schalter öffnet, um das Laden des zweiten Batteriesatzes mit einem zweiten Batteriesatz-Ladestrom in Reaktion auf eine Eingabe zu ermöglichen, die anzeigt, dass die zweite Batteriespannung geringer ist als die erste Batteriespannung. Das Batterieverwaltungssystem kann einen Vorlade-Schalter und einen Widerstand umfassen, die in Reihe geschaltet sind, wobei der Vorlade-Schalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem zweiten Schalter geschaltet ist, wobei der Prozessor ferner programmiert ist, um: den Vorlade-Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu öffnen, um das Vorladen des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, den Vorlade-Schalter zu öffnen und den zweiten Schalter zu schließen, um das Laden des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen. Des Weiteren kann der Prozessor so programmiert sein, dass er den Ladestrom des zweiten Batteriesatzes in Reaktion auf eine Differenz zwischen der zweiten Batteriespannung und der ersten Batteriespannung, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, reduziert.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Batterieverwaltungssystem mit einer ersten Ladeschaltung zur Verfügung gestellt, die einen ersten Schalter umfasst, um einen ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden. Eine zweite Ladeschaltung umfasst einen zweiten Schalter, um einen zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, wobei die zweite Ladeschaltung parallel zu der ersten Ladeschaltung angeordnet ist. Ein Entladeschaltkreis umfasst einen Entladeschalter, um den ersten Batteriesatz und den zweiten Batteriesatz in Reihe zu schalten. Ein Prozessor ist programmiert, um: den Entladeschalter zu öffnen; eine Eingabe zu empfangen, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung anzeigt; den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu öffnen als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung geringer ist als die zweite Batteriespannung; und den ersten Schalter zu schließen und den zweiten Schalter zu schließen als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Beispielsweise kann das Batterieverwaltungssystem einen Vorlade-Schalter und einen Widerstand umfassen, die in Reihe geschaltet sind, wobei der Vorlade-Schalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem ersten Schalter geschaltet ist, wobei der Prozessor ferner programmiert ist, um: den Vorlade-Schalter zu schließen und den ersten Schalter zu öffnen, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, den Vorlade-Schalter zu öffnen und den ersten Schalter zu schließen, um das Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen. Des Weiteren kann der Prozessor so programmiert sein, dass er einen ersten Ladestrom auf einen zweiten Ladestrom reduziert, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung zur Verfügung gestellt. Ein Entladeschalter, der zwischen einem ersten Batteriesatz und einem zweiten Batteriesatz angeschlossen ist, wird geöffnet. Es wird eine Eingabe empfangen, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung angibt. Ein erster Schalter, der den ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle verbindet, wird geschlossen, um das Laden des ersten Batteriesatzes mit einem ersten Ladestrom zu ermöglichen, wenn die erste Batteriespannung niedriger als die zweite Batteriespannung ist. Der erste Schalter und ein zweiter Schalter werden geschlossen, um den zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, um ein paralleles Laden des ersten Batteriesatzes und des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen, wenn die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. So können beispielsweise ein Vorladeschalter und ein Widerstand in Reihe geschaltet sein, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zum ersten Schalter geschaltet ist. Der Vorladeschalter ist geschlossen, und der erste Schalter ist geöffnet, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen. Der Vorladeschalter wird geöffnet, und der erste Schalter wird geschlossen, um das Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen, wenn eine Vorlade-Schwellenwert überschreitende Vorlade-Spannung auftritt.
Der erste Ladestrom kann auf einen zweiten Ladestrom reduziert werden, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Als weiteres Beispiel kann als Reaktion auf eine Eingabe, die anzeigt, dass die zweite Batteriespannung geringer als die erste Batteriespannung ist, der zweite Schalter geschlossen und der erste Schalter geöffnet werden, um das Laden des zweiten Batteriesatzes mit einem zweiten Ladestrom zu ermöglichen.
Als weiteres Beispiel können ein Vorladeschalter und ein Widerstand in Reihe geschaltet werden, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem zweiten Schalter geschaltet ist. Der Vorladeschalter ist geschlossen, und der zweite Schalter ist geöffnet, um das Vorladen des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen. Der Vorladeschalter wird geöffnet, und der zweite Schalter wird geschlossen, um das Laden des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen, wenn die Vorlade-Schwellenwerte überschritten werden. Der zweite Ladestrom kann auf einen dritten Ladestrom reduziert werden, wenn die Differenz zwischen der zweiten Batteriespannung und der ersten Batteriespannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Batterieverwaltungssystems, das ein HV-Stromverteilungsmodul, einen ersten Batteriesatz und einen zweiten Batteriesatz gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen umfasst.
2 ist ein Schaltplan, der eine Batterieverbindungseinheit des HV-Stromverteilungsmoduls von 1 zeigt.
3 ist ein Schaltplan, der die Batterieverbindungseinheit von 2 in einer Entladekonfiguration mit beiden Batteriesätzen in Reihe geschaltet zeigt.
4 ist ein Schaltplan, der die Batterieverbindungseinheit von 2 in einer ersten Batterieladekonfiguration zum Laden des ersten Batteriesatzes darstellt.
5 ist ein Schaltplan, der die Batterieverbindungseinheit von 2 in einer zweiten Batterieladekonfiguration zum Laden des zweiten Batteriesatzes darstellt.
6 ist ein Schaltplan, der die Batterieverbindungseinheit von 2 in einer parallelen Ladekonfiguration zeigt, bei der beide Batteriesätze parallel geschaltet sind.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Laden der Batterieanordnung von 1 veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann zu zeigen, wie er die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einsetzen kann.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Batterieverwaltungssystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit der Zahl 100 bezeichnet. Das Batterieverwaltungssystem 100 ist in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) enthalten und umfasst ein Hochspannungs-(HV) Stromverteilungsmodul 104. Das HV-Stromverteilungsmodul 104 verbindet eine externe Stromquelle 106 elektrisch mit einer Traktionsbatterieanordnung 108, um das Laden zu erleichtern. Das HV-Stromverteilungsmodul 104 stellt auch eine Verbindung zu Fahrzeugverbrauchern 105 her, beispielsweise Fahrmotoren, Heizungen usw., um die Traktionsbatterieanordnung 108 zu entladen.
Die externe Stromquelle 106 ist elektrisch mit der Versorgungseinrichtung für Elektrofahrzeuge (EVSE) 110, beispielsweise einem Ladegerät oder einer Ladestation, verbunden. Die externe Stromquelle 106 ist ein elektrisches Stromverteilungsnetz, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zur Verfügung gestellt wird. Die EVSE 110 umfasst Schaltungen und Steuerungen, um die Energieübertragung zwischen der externen Stromquelle 106 und dem Batterieverwaltungssystem 100 zu regeln und zu steuern. Die externe Stromquelle 106 stellt der EVSE 110 Wechselstrom zur Verfügung, der in Gleichstrom umgewandelt wird. Typische elektrifizierte Fahrzeuge umfassen eine Traktionsbatterie mit einer maximalen Spannung von ca. 400 Volt, dementsprechend ist die EVSE 110 so ausgelegt, dass sie den Ladevorgang für eine 400-Volt-HV-Batterie zur Verfügung stellt.
Die Traktionsbatterieanordnung 108 umfasst zwei Batteriesätze, einen ersten Batteriesatz 112 und einen zweiten Batteriesatz 114, die in Reihe geschaltet sind, um der Batterieanordnung eine Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, die größer ist als die Spannung jedes einzelnen Batteriesatzes. In einer Ausführungsform stellt jeder Batteriesatz 112, 114 eine maximale Spannung von etwa 400 Volt zur Verfügung, und die Batterieanordnung 108 stellt eine maximale Spannung von etwa 800 Volt zur Verfügung. Das HV-Stromverteilungsmodul 104 umfasst auch eine Batterieverbindungseinheit 116, die die Traktionsbatterieanordnung 108 mit der EVSE 110 in verschiedenen Konfigurationen, beispielsweise in Reihe und parallel, verbindet, um das Laden der Traktionsbatterieanordnung 108 mit einer niedrigeren Spannung zu erleichtern, beispielsweise das Laden einer 800-Volt-Traktionsbatterieanordnung 108 mit einer 400-Volt-EVSE 110. Das Batterieverwaltungssystem 100 umfasst auch eine Steuerung 118, umfassend einen Prozessor 120 und einen Speicher 122, zur Steuerung der Batterieverbindungseinheit 116. Die Steuerung 118 konditioniert die von der externen Stromquelle 106 gelieferte Energie, um der Traktionsbatterieanordnung 108 die richtigen Spannungs- und Strompegel zur Verfügung zu stellen, um das Laden zu erleichtern.
Bezugnehmend auf 2 umfasst die Batterieverbindungseinheit 116 eine Vielzahl von Schaltern (S_A-S_G), die zum Öffnen und Schließen gesteuert werden, um zahlreiche Batterielade- und -Entladeschaltungen oder -konfigurationen zur Verfügung zu stellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist jeder Schalter (S_A-S_G) ein Relais, das so ausgelegt ist, dass es den in den Stromkreisen vorhandenen Hochspannungen und Hochströmen standhält. Die Steuerung 118 stellt der Batterieverbindungseinheit 116, wie in 1 gezeigt, ein Steuersignal (STEUERUNG) zur Verfügung, um jeden Schalter (S_A-S_G) einzeln zu steuern. Die Steuerung 118 erhält Eingangssignale, die die akkumulierte Spannung (V_A) des ersten Batteriesatzes 112 und die akkumulierte Spannung (V_B) des zweiten Batteriesatzes 114 anzeigen, wie in 1 dargestellt. Die Steuerung 118 kann solche Spannungssignale direkt von Batteriesensoren oder von einem oder mehreren anderen Fahrzeugsteuergeräten über einen Fahrzeugbus empfangen.
Unter Bezugnahme auf 3 stellt die Batterieverbindungseinheit 116 einen Entladeschaltkreis 124 zur Verfügung, um Strom aus dem ersten Batteriesatz 112 und dem zweiten Batteriesatz 114 zu den Fahrzeugverbrauchern 105 (dargestellt in 1) zu leiten. Der Entladeschaltkreis 124 umfasst: einen Schalter S_G, der in den Pfad zum zweiten Batteriesatz 114 geschaltet ist, einen Schalter S_A, der in Reihe zwischen dem zweiten Batteriesatz 114 und dem ersten Batteriesatz 112 geschaltet ist, und einen Schalter S_B, der in einem Entladeweg stromabwärts des ersten Batteriesatzes 112 geschaltet ist. Der Entladestrom (I_d) durch den Entladeschaltkreis 124 ist in 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen steuert die Steuerung 118 den Schalter Sc, den Schalter S_G und den Schalter S_A so, dass sie geschlossen werden, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes 112 und des zweiten Batteriesatzes 114 zu ermöglichen, bis eine Vorladespannung einen Vorladeschwellenwert überschreitet. Die Vorladespannung ist ein Indikator für eine kapazitive Lastspannung und wird gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen an Punkt 135 gemessen. Als nächstes steuert die Steuerung 118 den Schalter Sc zum Öffnen und den Schalter S_B zum Schließen. Dann beginnt die Steuerung 118 mit der Entladung des ersten Batteriesatzes 112 und des zweiten Batteriesatzes 114.
Gemäß 4 umfasst die Batterieverbindungseinheit 116 eine erste Ladeschaltung 126 zum Laden des ersten Batteriesatzes 112. Die erste Ladeschaltung 126 verbindet den ersten Batteriesatz 112 mit der externen Stromquelle 106 und der EVSE 110 (dargestellt in 1), um Strom zu erhalten. Die erste Ladeschaltung 126 umfasst einen primären Ladepfad 128 und einen Rücklaufpfad 130. Der primäre Ladepfad 128 erstreckt sich bis zum ersten Batteriesatz 112 und umfasst den Schalter S_B. Der Rücklaufpfad 130 erstreckt sich vom ersten Batteriesatz 112 und umfasst den Schalter S_D. Die erste Ladeschaltung 126 umfasst auch einen Vorladepfad 132, der den Schalter Sc und einen ersten Widerstand 134 umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Der Schalter Sc ist zusammen mit dem ersten Widerstand 134 parallel zum Schalter S_B geschaltet. Der erste Widerstand 134 hat gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einen Wert von etwa 30-50 Ohm. Der Vorladepfad 132 wird verwendet, um einen großen Einschaltstrom zu vermeiden, wenn der erste Batteriesatz 112 direkt an eine kapazitive Last, beispielsweise einen Fahrmotor, angeschlossen wird.
Die Steuerung 118 steuert den Schalter S_B, den Schalter Sc und den Schalter S_D so, dass sie einzeln geöffnet und geschlossen werden, um das Laden des ersten Batteriesatzes 112 zu ermöglichen und zu sperren. In einer oder mehreren Ausführungsformen steuert die Steuerung 118 den Schalter Sc und den Schalter S_D zum Schließen, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes 112 zu ermöglichen, bis eine Vorladespannung einen Vorladeschwellenwert überschreitet. Die Vorladespannung ist ein Indikator für eine kapazitive Lastspannung und wird gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen an Punkt 135 gemessen. Als nächstes steuert die Steuerung 118 den Schalter Sc zum Öffnen und den Schalter S_B zum Schließen. Dann beginnt die Steuerung 118 mit dem Laden des ersten Batteriesatzes 112 mit einem ersten Ladestrom (I_c1), der in 4 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 5 umfasst die Batterieverbindungseinheit 116 eine zweite Ladeschaltung 136 zum Laden des zweiten Batteriesatzes 114. Die zweite Ladeschaltung 136 verbindet den zweiten Batteriesatz 114 mit der externen Stromquelle 106 und der EVSE 110 (dargestellt in 1), um Strom zu erhalten. Die zweite Ladeschaltung 136 umfasst einen primären Ladepfad 138 und einen Rücklaufpfad 140. Der primäre Ladepfad 138 erstreckt sich bis zum zweiten Batteriesatz 114 und umfasst einen Schalter S_E. Der Rückweg 140 führt vom zweiten Batteriesatz 114 weg und umfasst den Schalter S_G. Die zweite Ladeschaltung 136 umfasst auch einen Vorladepfad 142, der einen Schalter S_F und einen zweiten Widerstand 144 umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Der Schalter S_F ist zusammen mit dem zweiten Widerstand 144 parallel zum Schalter S_E geschaltet. Der Vorladepfad 142 wird verwendet, um einen großen Einschaltstrom zu vermeiden, wenn der zweite Batteriesatz 114 direkt an eine kapazitive Last angeschlossen wird.
Die Steuerung 118 steuert den Schalter S_E, den Schalter S_F und den Schalter S_G so, dass sie einzeln geöffnet und geschlossen werden, um das Laden des zweiten Batteriesatzes 114 zu ermöglichen und zu deaktivieren. In einer oder mehreren Ausführungsformen steuert die Steuerung 118 den Schalter S_F und den Schalter S_G zum Schließen, um das Vorladen des zweiten Batteriesatzes 114 zu ermöglichen, bis eine Vorladespannung einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet. Die Vorladespannung ist ein Indikator für eine kapazitive Lastspannung und wird gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen an Punkt 135 gemessen. Als nächstes steuert die Steuerung 118 den Schalter S_F zum Öffnen und den Schalter S_E zum Schließen. Dann beginnt die Steuerung 118 mit dem Laden des zweiten Batteriesatzes 114 mit einem zweiten Ladestrom (I_c2), der in 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
Gemäß 6 kann die Batterieverbindungseinheit 116 gesteuert werden, um den ersten Batteriesatz 112 und den zweiten Batteriesatz 114 parallel zu laden. Die Steuerung 118 steuert den Schalter S_B und den Schalter S_D so, dass sie geschlossen werden, um das Laden des ersten Batteriesatzes 112 mit dem ersten Ladestrom (I_c1) zu ermöglichen, wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Steuerung 118 steuert auch den Schalter S_E und den Schalter S_G so, dass sie sich schließen, um das Laden des zweiten Batteriesatzes 114 mit dem zweiten Ladestrom (I_c2) zu ermöglichen, wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit der Zahl 200 bezeichnet. Das Verfahren 200 wird unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen in der Steuerung 118 enthalten ist. Während das Verfahren anhand von Flussdiagrammen beschrieben wird, die mit einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten dargestellt sind, können in einer oder mehreren anderen Ausführungsformen ein oder mehrere Schritte weggelassen und/oder auf andere Weise ausgeführt werden. In anderen Ausführungsformen ist der Softwarecode auf mehrere Steuerungen verteilt, beispielsweise auf die Steuerung 118 und eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen (nicht dargestellt).
Obwohl die Steuerung 118 als einzelne Steuerung dargestellt ist, kann sie mehrere Steuerungen enthalten oder als Softwarecode in einer oder mehreren anderen Steuerungen verkörpert sein. Die Steuerung 118 umfasst im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (beispielsweise FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, die miteinander zusammenwirken, um eine Reihe von Operationen durchzuführen. Diese Hardware und/oder Software kann in Anordnungen zusammengefasst werden, um bestimmte Funktionen auszuführen. Eine oder mehrere der hier beschriebenen Steuerungen oder Geräte umfassen computerausführbare Anweisungen, die aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden können, die mit einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder Technologien erstellt wurden. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (beispielsweise ein Mikroprozessor) Anweisungen, beispielsweise aus einem Speicher, einem computerlesbaren Medium oder dergleichen, und führt die Anweisungen aus. Eine Verarbeitungseinheit umfasst ein nicht-übertragbares, computerlesbares Speichermedium, das in der Lage ist, Anweisungen eines Softwareprogramms auszuführen. Bei dem computerlesbaren Speichermedium kann es sich um ein elektronisches Speichergerät, ein magnetisches Speichergerät, ein optisches Speichergerät, ein elektromagnetisches Speichergerät, ein Halbleiterspeichergerät oder eine beliebige Kombination davon handeln, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Steuerung 118 umfasst auch vorbestimmte Daten oder „Nachschlagetabellen“, die gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen im Speicher abgelegt sind.
In Schritt 202 erhält die Steuerung 118 eine Eingabe, die anzeigt, dass die Spannung eines Batteriesatzes größer ist als die des anderen Batteriesatzes. Daraufhin beginnt die Steuerung 118 mit dem Aufladen des Batteriesatzes, der die niedrigere Spannung aufweist. In der in 7 dargestellten Ausführungsform weist der erste Batteriesatz 112 eine niedrigere Spannung auf als der zweite Batteriesatz 114, d. h. V_A < V_B, und die Steuerung 118 steuert die Schalter der Batterieverbindungseinheit 116, um die erste Ladeschaltung 126 zu ermöglichen, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
In Schritt 204 stellt die Steuerung 118 die angeforderte Ladespannung (Vreq) ein. Die Steuerung 118 kann die angeforderte Ladespannung (Vreq) auf der Grundlage der Summe der Spannung des anderen Batteriesatzes, d. h. V_B, und eines vorbestimmten Wertes (C) bestimmen, um Ineffizienzen zu berücksichtigen, beispielsweise Leitungsverluste, Verbinderverluste usw. (Vreq = V_B + C). In einer oder mehreren Ausführungsformen ist C gleich einem Wert zwischen 4 - 5 Volt. In Schritt 206 stellt die Steuerung 118 den angeforderten Ladestrom (Ireq) auf einen ersten vorgegebenen Stromwert (I1) ein.
In Schritt 208 vergleicht die Steuerung 118 V_A mitV_B. Die Steuerung 118 vergleicht den Absolutwert der Differenz zwischen V_A und V_B mit einem vorgegebenen Schwellenwert (K1), um festzustellen, ob die Differenz kleiner oder gleich K1 ist (|V_A-V_B| ≤ K1). Ist die Bestimmung in Schritt 208 negativ, kehrt die Steuerung 118 zu Schritt 206 zurück, um das Laden des ersten Batteriesatzes 112 mit I1 fortzusetzen. Wenn die Bestimmung in Schritt 208 positiv ist, geht die Steuerung 118 zu Schritt 210 über.
In Schritt 210 vergleicht die Steuerung 118 den gemessenen Ladestrom I1 mit einem Ladestrom-Schwellenwert (Ia), um festzustellen, ob I1 kleiner oder gleich Ia ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist Ia gleich einem Stromwert zwischen 10A - 15A. Ist die Bestimmung in Schritt 210 positiv, d. h. (I1 ≤ Ia), so geht die Steuerung 118 zu Schritt 212 über und beendet den Ladevorgang des ersten Batteriesatzes 112, indem sie Ireq auf Null setzt.
In Schritt 214 steuert die Steuerung 118 die Schalter der Batterieverbindungseinheit 116, um das parallele Laden des ersten Batteriesatzes 112 und des zweiten Batteriesatzes 114 zu ermöglichen, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In Schritt 216 steuert die Steuerung 118 das parallele Laden des ersten Batteriesatzes 112 und des zweiten Batteriesatzes 114, bis der erste Batteriesatz 112 oder der zweite Batteriesatz 114 eine Ladegrenze erreicht, beispielsweise eine Ladezustandsgrenze oder eine Spannungsgrenze, beispielsweise 400 Volt. Dann stoppt die Steuerung 118 den Ladevorgang der Batteriesätze 112, 114.
Wenn die Bestimmung in Schritt 210 negativ ist, d.h. I1 ist größer als la, geht die Steuerung 118 zu Schritt 218 über, um den Ladestrom zu reduzieren. Wenn I1 größer als la ist, deutet dies darauf hin, dass die akkumulierte Spannung des ersten Batteriesatzes (V_A) größer sein kann als die tatsächliche Spannung des ersten Batteriesatzes 112, weil ein hoher Strom durch den Widerstand, beispielsweise den Leitungswiderstand, zu einem hohen Spannungsabfall führt, und daher die Bestimmung in Schritt 208 möglicherweise nicht korrekt war. In Schritt 218 stellt die Steuerung 118 den angeforderten Ladestrom (Ireq) auf einen zweiten vorbestimmten Stromwert (12) ein, der kleiner als I1 ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist I2 ein Wert, der etwa der Hälfte von I1 entspricht.
In Schritt 220 vergleicht die Steuerung 118 V_A mit V_B. Die Steuerung 118 vergleicht den Absolutwert der Differenz zwischen V_A und V_B mit einem vorgegebenen Schwellenwert (K2), um festzustellen, ob die Differenz kleiner oder gleich K2 ist (|V_A-V_B| ≤ K2). Nach einer oder mehreren Ausführungsformen kann K2 gleich K1 sein. Ist die Bestimmung in Schritt 220 negativ, kehrt die Steuerung 118 zu Schritt 218 zurück, um das Laden des ersten Batteriesatzes 112 mit I2 fortzusetzen. Wenn die Bestimmung in Schritt 220 positiv ist, fährt die Steuerung 118 mit Schritt 222 fort.
In Schritt 222 vergleicht die Steuerung 118 den Ladestrom I2 mit dem Schwellenwert für den Ladestrom (Ia), um festzustellen, ob I2 kleiner oder gleich Ia ist. Wenn I2 kleiner oder gleich Ia ist, geht die Steuerung 118 zu Schritt 212 über und beendet den Ladevorgang des ersten Batteriesatzes 112. Wenn nicht, d.h. wenn I2 größer als Ia ist, fährt die Steuerung mit Schritt 224 fort, um den Ladestrom weiter zu reduzieren.
In Schritt 224 setzt die Steuerung 118 den angeforderten Ladestrom (Ireq) auf einen dritten vorbestimmten Stromwert (In), der kleiner als I2 ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist In ein Wert, der etwa der Hälfte von I2 entspricht.
In Schritt 226 vergleicht die Steuerung 118 V_A mit V_B, um festzustellen, ob der Absolutwert der Differenz zwischen V_A und V_B kleiner als oder gleich K3 ist. K3 kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gleich K1 sein. Ist die Bestimmung in Schritt 226 negativ, kehrt die Steuerung 118 zu Schritt 224 zurück, um das Laden des ersten Batteriesatzes 112 mit I3 fortzusetzen. Wenn die Bestimmung in Schritt 226 positiv ist, fährt die Steuerung 118 mit Schritt 228 fort, um zu bestimmen, ob In kleiner oder gleich la ist. Ist dies der Fall, geht die Steuerung 118 zu Schritt 212 über und beendet das Laden des ersten Batteriesatzes 112. Das Verfahren 200 kann mehrere zusätzliche Schritte umfassen, wie die Schritte 224-228, um den Ladestrom weiter zu reduzieren, bis der Ladestrom kleiner als la ist.
Das Verfahren 200 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Batteriesatz 112 eine niedrigere Spannung als der zweite Batteriesatz 114 aufweist, d.h. V_A < V_B, jedoch kann das Verfahren 200 modifiziert werden, um ein Szenario zu ermöglichen, bei dem der zweite Batteriesatz 114 eine niedrigere Spannung als der erste Batteriesatz 112 aufweist.
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Wörter eher beschreibend als einschränkend, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Batterieverwaltungssystem, umfassend: einen ersten Batteriesatz; einen zweiten Batteriesatz; eine erste Ladeschaltung mit einem ersten Schalter, um den ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden, um ein Laden zu ermöglichen; eine zweite Ladeschaltung mit einem zweiten Schalter, um den zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, um das Laden zu ermöglichen, wobei die zweite Ladeschaltung parallel zu der ersten Ladeschaltung angeordnet ist; und einen Prozessor, der programmiert ist zum: Empfangen einer Eingabe, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung angibt; Schließen des ersten Schalters und Öffnen des zweiten Schalters, um das Laden des ersten Batteriesatzes mit einem ersten Ladestrom zu ermöglichen und das Laden des zweiten Batteriesatzes zu sperren, wenn die erste Batteriespannung niedriger als die zweite Batteriespannung ist; und Schließen des ersten und des zweiten Schalters, um das parallele Laden des ersten Batteriesatzes und des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen, wenn die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Batteriesatz und der zweite Batteriesatz jeweils angepasst sind, um Gleichstrom mit einer maximalen Spannung von etwa 400 Volt zur Verfügung zu stellen.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Entladeschaltkreis mit einem Entladeschalter umfasst, um den ersten Batteriesatz und den zweiten Batteriesatz in Reihe zu schalten, um gemeinsam Gleichstrom mit einer Höchstspannung von etwa 800 Volt zur Verfügung zu stellen.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Vorladeschalter und einen in Reihe geschalteten Widerstand umfasst, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem ersten Schalter geschaltet ist, wobei der Prozessor des Weiteren programmiert ist zum: Schließen des Vorlade-Schalters und Öffnen des ersten Schalters, um das Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, Öffnen des Vorlade-Schalters und Schließen des ersten Schalters, um das Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er den ersten Ladestrom auf einen zweiten Ladestrom reduziert, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist und der erste Ladestrom einen Ladestrom-Schwellenwert überschreitet.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er den ersten Ladestrom als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, auf einen zweiten Ladestrom reduziert.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 6, wobei der zweite Ladestrom ungefähr gleich der Hälfte des ersten Ladestroms ist.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 6, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er den zweiten Ladestrom auf einen dritten Ladestrom reduziert, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, wobei der dritte Ladestrom ungefähr gleich der Hälfte des zweiten Ladestroms ist.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er den zweiten Schalter schließt und den ersten Schalter öffnet, um das Laden des zweiten Batteriesatzes mit einem zweiten Batteriesatz-Ladestrom in Reaktion auf eine Eingabe zu ermöglichen, die anzeigt, dass die zweite Batteriespannung geringer ist als die erste Batteriespannung.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend einen Vorlade-Schalter und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, wobei der Vorlade-Schalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem zweiten Schalter geschaltet ist, wobei der Prozessor des Weiteren programmiert ist zum: Schließen des Vorlade-Schalters und Öffnen des zweiten Schalters, um das Vorladen des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, Öffnen des Vorlade-Schalters und Schließen des zweiten Schalters, um das Laden des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 9, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er den Ladestrom des zweiten Batteriesatzes in Reaktion auf eine Differenz zwischen der zweiten Batteriespannung und der ersten Batteriespannung, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, reduziert.
Batterieverwaltungssystem, umfassend: eine erste Ladeschaltung mit einem ersten Schalter, um einen ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden; einen zweiten Ladeschaltkreis mit einem zweiten Schalter, um einen zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, wobei der zweite Ladeschaltkreis parallel zu dem ersten Ladeschaltkreis angeordnet ist; einen Entladeschaltkreis mit einem Entladeschalter, um den ersten Batteriesatz und den zweiten Batteriesatz in Reihe zu verbinden und zu trennen; und einen Prozessor, der programmiert ist zum: Öffnen des Entladeschalters; Empfangen einer Eingabe, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung angibt; Schließen des ersten Schalters und Öffnen des zweiten Schalters als Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung kleiner als die zweite Batteriespannung ist; und Schließen des ersten Schalters und Schließen des zweiten Schalters in Reaktion darauf, dass die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend einen Vorladeschalter und einen in Reihe geschalteten Widerstand, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem ersten Schalter geschaltet ist, wobei der Prozessor des Weiteren programmiert ist zum: Schließen des Vorladeschalters und Öffnen des ersten Schalters, um ein Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen; und als Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, den Vorlade-Schalter zu öffnen und den ersten Schalter zu schließen, um das Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 12, wobei der Prozessor des Weiteren so programmiert ist, dass er einen ersten Ladestrom auf einen zweiten Ladestrom reduziert, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung, umfassend: Öffnen eines Entladeschalters, der zwischen einem ersten Batteriesatz und einem zweiten Batteriesatz verbunden ist; Empfangen einer Eingabe, die eine erste Batteriespannung und eine zweite Batteriespannung angibt; Schließen eines ersten Schalters, um den ersten Batteriesatz mit einer Stromquelle zu verbinden, um das Laden des ersten Batteriesatzes mit einem ersten Ladestrom zu ermöglichen, wenn die erste Batteriespannung niedriger als die zweite Batteriespannung ist; und Schließen des ersten Schalters und Schließen eines zweiten Schalters, um den zweiten Batteriesatz mit der Stromquelle zu verbinden, um ein paralleles Laden des ersten Batteriesatzes und des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen, wenn die erste Batteriespannung ungefähr gleich der zweiten Batteriespannung ist.
Verfahren nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend: Bereitstellen eines Vorladeschalters und eines in Reihe geschalteten Widerstandes, wobei der Vorladeschalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem ersten Schalter geschaltet ist; Schließen des Vorladeschalters und Öffnen des ersten Schalters, um ein Vorladen des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen; und als Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Schwellenwert überschreitet, Öffnen des Vorlade-Schalters und Schließen des ersten Schalters, um ein Laden des ersten Batteriesatzes zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren Reduzieren des ersten Ladestroms auf einen zweiten Ladestrom als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Batteriespannung und der zweiten Batteriespannung umfasst, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 15 des Weiteren umfassend das Schließen des zweiten Schalters und das Öffnen des ersten Schalters, um das Laden des zweiten Batteriesatzes mit einem zweiten Ladestrom in Reaktion auf eine Eingabe zu ermöglichen, die anzeigt, dass die zweite Batteriespannung geringer als die erste Batteriespannung ist.
Verfahren nach Anspruch 18 des Weiteren umfassend das Reduzieren des zweiten Ladestroms auf einen dritten Ladestrom in Reaktion auf eine Differenz zwischen der zweiten Batteriespannung und der ersten Batteriespannung, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend: Bereitstellen eines Vorlade-Schalters und eines in Reihe geschalteten Widerstands, wobei der Vorlade-Schalter zusammen mit dem Widerstand parallel zu dem zweiten Schalter geschaltet ist; Schließen des Vorlade-Schalters und Öffnen des zweiten Schalters, um das Vorladen des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen; und in Reaktion auf eine Vorlade-Spannung, die einen Vorlade-Spannungs-Schwellenwert überschreitet, Öffnen des Vorlade-Schalters und Schließen des zweiten Schalters, um das Laden des zweiten Batteriesatzes zu ermöglichen.