DE102022004750A1

DE102022004750A1 - System and method for predicting the charge profile for an electric vehicle battery

Info

Publication number: DE102022004750A1
Application number: DE102022004750.0A
Authority: DE
Inventors: Anilkumar Davu; Channakeshav Pichappa
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-06-29

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein System (200) zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie (204) bereit. Das System (200) umfasst eine CPC-Einheit (Common Powertrain Controller; allgemeine Antriebsstrangsteuerung) (202), die von einem BMS Batterieparameter empfängt, einschließlich Gleichstrom-Ladegrenze, Infragrenze, BMS-Grenze, thermische Grenze, Li-Plattierung, Reduktion des SoC, Temperatur, Ladezeit, Widerstand, Temperatur, Energie und Ladeleistung, die mit der Batterie assoziiert sind. Die CPC-Einheit (202) empfängt ferner ein vorbestimmtes Ladeprofil der Batterie für die vorangegangenen Ladezyklen und die benutzerdefinierten Parameter, einschließlich der erwarteten Zeit zum Laden der Batterie und einer erforderlichen Reichweite für das Elektrofahrzeug. Die CPC-Einheit (202) schätzt dementsprechend eine Reichweite des Ladezustands (State of Charge; SoC), einen Gesundheitszustand (State of Health; SoH), einen Temperaturanstieg und eine Ladezeit für den aktuellen Ladezyklus der Batterie (204) basierend auf den empfangenen Daten, und die CPC-Einheit (202) prognostiziert ferner ein optimiertes Ladeprofil für die Batterie (204), erstellt es und führt es aus.The present disclosure provides a system (200) for predicting an optimized charging profile for a battery (204). The system (200) includes a CPC (Common Powertrain Controller) unit (202) that receives battery parameters from a BMS, including DC charge limit, infra limit, BMS limit, thermal limit, Li plating, SoC reduction , temperature, charge time, resistance, temperature, energy and charge power associated with the battery. The CPC unit (202) also receives a predetermined charging profile of the battery for the previous charging cycles and the user defined parameters including the expected time to charge the battery and a required range for the electric vehicle. Accordingly, the CPC unit (202) estimates a range of the state of charge (SoC), a state of health (SoH), a temperature increase and a charging time for the current charging cycle of the battery (204) based on the received data , and the CPC unit (202) further predicts, creates and executes an optimized charging profile for the battery (204).

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Batterieladesysteme. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereit.The present disclosure relates to the field of battery charging systems. In particular, the present disclosure provides a system and method for predicting an optimized charging profile for an electric vehicle battery.

Batterien werden häufig verwendet, um elektrische Energie zu speichern und zu liefern. Die Art, Größe und Anzahl der Batterien können je nach Anwendung variieren. Im Allgemeinen kann die Batterieart entweder als nicht wiederaufladbar oder als wiederaufladbar klassifiziert werden. Eine wachsende Anwendung für wiederaufladbare Batterien sind Elektrofahrzeuge. Vollelektrische und hybride Fahrzeuge stellen viele technische Herausforderungen dar, vor allem weil der wiederaufladbare Batteriepack eines solchen Fahrzeugs die Erwartungen des Verbrauchers in Bezug auf Leistung, Reichweite, Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Kosten erfüllen muss.Batteries are widely used to store and deliver electrical energy. The type, size and number of batteries may vary depending on the application. In general, the battery type can be classified as either non-rechargeable or rechargeable. A growing application for rechargeable batteries is in electric vehicles. All-electric and hybrid vehicles present many technical challenges, primarily because the rechargeable battery pack of such a vehicle must meet consumer expectations in terms of performance, range, reliability, durability and cost.

Die Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen können an Ladestationen im Freien oder zu Hause aufgeladen werden. Wie in der 1A dargestellt, umfasst eine übliche Ladestation eine Ladevorrichtung, die mit einer Energiequelle, wie z. B. einem Stromnetz oder einer Batteriebank, konfiguriert ist. Die Ladevorrichtung umfasst eine elektrische und elektronische Schaltung, die so programmiert ist, dass sie die Parameter der elektrischen Energie steuert, die von der Energiequelle an die Batterien des Fahrzeugs geliefert werden soll. Die Parameter der elektrischen Energie, die an die Batterien geliefert werden soll, hängen von der Größe, der Art und der Anzahl der zu ladenden Batterien ab.Electric and hybrid vehicle batteries can be charged at outdoor charging stations or at home. Like in the 1A shown, a typical charging station includes a charging device that is connected to a power source, such as. B. a power grid or a battery bank is configured. The charging device includes electrical and electronic circuitry programmed to control the parameters of electrical energy to be delivered from the energy source to the vehicle's batteries. The parameters of the electrical energy to be delivered to the batteries depend on the size, type and number of batteries to be charged.

Je größer die Batterie (oder die Batteriekapazität), desto länger dauert es üblicherweise, die Batterie aufzuladen. Dementsprechend leiden Elektro- und Hybridfahrzeuge aufgrund ihrer Größe unter langen Ladezeiten. Bei schweren Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ist die Ladezeit sogar noch länger. Ferner kann ein ineffizientes Laden der Batterien zu einer Überhitzung der Batterien führen, wodurch sich die Lebensdauer der Batterien im Laufe der Zeit verringert. Demzufolge muss ein Ladeprofil für die Batterie entwickelt werden, das die Batterie auf effiziente und optimierte Weise aufladen kann.The larger the battery (or battery capacity), the longer it usually takes to charge the battery. Accordingly, electric and hybrid vehicles suffer from long charging times due to their size. For heavy hybrid or electric vehicles, the charging time is even longer. In addition, inefficient charging of the batteries can cause the batteries to overheat, reducing battery life over time. Consequently, a charging profile for the battery has to be developed that can charge the battery in an efficient and optimized way.

In bestehenden Ladestationen für Elektrofahrzeuge basiert die Reduktion des Ladestroms (De-Rating) auf der Gleichstrom-Ladegrenze, der Infragrenze, der Systemgrenze, der thermischen Grenze, der Li-Plattierung und der Reduktion des Ladezustands (State of Charge; SoC) der Batterie, um den Ladestrom für die Batterie des Elektrofahrzeugs zu bestimmen. Die 1 B veranschaulicht eine beispielhafte Darstellung von Strom/Leistung gegenüber SoC für eine Batterie unter Verwendung der bestehenden Technik. Ferner wird auch der normale Heiz- und Kühlbetrieb berücksichtigt. Bei den bestehenden Techniken werden jedoch benutzerdefinierte Parameter wie die erwartete Ladezeit der Batterie und/oder die erforderliche Reichweite des Fahrzeugs bei der Bestimmung des Ladeprofils nicht berücksichtigt. Darüber hinaus berücksichtigen die bestehenden Techniken auch nicht das Ladeprofil und die Batterieparameter, die mit den Batterien assoziiert sind, für die vorangegangenen Ladezyklen der Batterie, was die bestehenden Techniken ineffizient und unfähig macht, ein optimiertes Ladeprofil für die Batterie für die besten Ladeergebnisse und die beste Batterieleistung vorherzusagen.In existing charging stations for electric vehicles, the reduction of the charging current (de-rating) is based on the DC charging limit, the infra limit, the system limit, the thermal limit, the Li plating and the reduction of the state of charge (SoC) of the battery, to determine the charging current for the battery of the electric vehicle. The 1 B Figure 12 illustrates an example plot of current/power versus SoC for a battery using existing technology. Furthermore, normal heating and cooling operation is also taken into account. However, with the existing techniques, user-defined parameters such as the expected charging time of the battery and/or the required range of the vehicle are not taken into account when determining the charging profile. In addition, the existing techniques also do not take into account the charging profile and battery parameters associated with the batteries for the battery's previous charging cycles, making the existing techniques inefficient and unable to provide an optimized charging profile for the battery for the best charging results and best predict battery performance.

Das Patentdokument US9475398B2 offenbart ein Batteriemanagementsystem für eine wiederaufladbare Batterie mit einem Batteriemonitor, der konfiguriert ist, um Daten bezüglich der wiederaufladbaren Batterie zu erfassen, und einem Prozessor. Ein Prozessor ist konfiguriert, um Folgendes zu bestimmen: einen anfänglichen Ladezustand der Batterie basierend auf den erfassten Daten, einen Zielladezustand für die Batterie, eine Vielzahl von Ladelösungen zum Erreichen des Zielladezustands basierend auf einer Optimierung einer Variablen der Batterie aus einer Vielzahl von Variablen der Batterie. Der Prozessor grenzt die Vielzahl von Ladelösungen auf Ladelösungen ein, die ein Ziel jeder der verbleibenden Vielzahl von Variablen der Batterie erfüllen, und wählt die Ladelösung, die der schnellsten Ladezeit für die Batterie entspricht, aus den Ladelösungen aus, die das Ziel jeder der Vielzahl von Batterievariablen erfüllen. Der Prozessor befiehlt dann einer Steuervorrichtung, eine Ladungsmenge für die Batterie in Übereinstimmung mit der ausgewählten Ladelösung zu regeln.The patent document US9475398B2 discloses a battery management system for a rechargeable battery including a battery monitor configured to collect data regarding the rechargeable battery and a processor. A processor is configured to determine an initial state of charge of the battery based on the sensed data, a target state of charge for the battery, a plurality of charging solutions to achieve the target state of charge based on an optimization of one of a plurality of variables of the battery . The processor narrows the plurality of charging solutions to charging solutions that meet a goal of each of the battery's remaining plurality of variables, and selects the charging solution that corresponds to the fastest charging time for the battery from among the charging solutions that meet the goal of each of the plurality of Meet battery variables. The processor then commands a controller to regulate an amount of charge for the battery in accordance with the selected charging solution.

Das Patentdokument US8054038B2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des von einem Elektrofahrzeug benötigten Batterieladegrads. Das System umfasst eine Schnittstelle, über die der Benutzer verschiedene Reiseparameter, wie z. B. eine Reiseroute, eingeben kann, die dann vom Batterieladesystem während der Ladeoptimierung verwendet werden. Zusätzlich zu einer Reiseroute ist das System konfiguriert, um Abfahrtszeiten, Straßenbedingungen, Verkehrsbedingungen und Wetterbedingungen bei der Bestimmung der zu fahrenden Kilometer sowie der Umrechnungsfaktoren für elektrische Energie pro Kilometer, die während der Optimierung verwendet werden sollen, zu berücksichtigen.The patent document US8054038B2 discloses a method and apparatus for optimizing the battery charge level required by an electric vehicle. The system includes an interface through which the user can set various travel parameters, such as B. a travel route, which are then used by the battery charging system during charging optimization. In addition to an itinerary, the system is configured to include departure times, road conditions, traffic conditions, and weather conditions to be taken into account when determining the kilometers to be driven as well as the conversion factors for electrical energy per kilometer to be used during the optimization.

Während die genannten Patentdokumente verschiedene Arten von Batteriemanagementsystemen offenbaren, besteht Raum für weitere Verbesserungen und die Bereitstellung eines einfachen, verbesserten und effizienten Systems und Verfahrens zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs.While the cited patent documents disclose various types of battery management systems, there is room for further improvement and the provision of a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charge profile for an electric vehicle battery.

Es besteht daher die Notwendigkeit, eine effiziente, optimale und kostengünstige Lösung bereitzustellen, die die oben genannten Einschränkungen beseitigen und ein einfaches, verbessertes und effizientes System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitstellen kann.There is therefore a need to provide an efficient, optimal, and cost-effective solution that can overcome the above limitations and provide a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charge profile for an electric vehicle battery.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Vorhersage eines optimierten Ladeprofils oder einer Ladestrategie für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.A general objective of the present disclosure is to predict an optimized charging profile or strategy for a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein schnelleres Laden der Batterie von Elektrofahrzeugen zu ermöglichen.Another object of the present disclosure is to enable faster battery charging of electric vehicles.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die thermische Belastung der Batterie während des Ladens zu reduzieren.Another object of the present disclosure is to reduce the thermal load on the battery during charging.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, den Kühlungsbedarf der Batterie während des Ladens zu reduzieren.Another object of the present disclosure is to reduce the cooling requirements of the battery during charging.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die Wahrscheinlichkeit einer Reduzierung der Batterielebensdauer aufgrund eines ineffizienten Ladens der Batterie im Laufe der Zeit zu verringern.Another object of the present disclosure is to reduce the likelihood of a reduction in battery life over time due to inefficient charging of the battery.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die Verluste beim Laden der Batterie zu verringern und die Effizienz der Batterie und der entsprechenden Ladestationen zu verbessern.Another object of the present disclosure is to reduce the losses when charging the battery and to improve the efficiency of the battery and the corresponding charging stations.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein effizientes, zuverlässiges und schnelles System und Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Einschränkungen herkömmlicher Systeme und Verfahren vermeidet, und ein einfaches, verbessertes und effizientes System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen.Another object of the present disclosure is to provide an efficient, reliable, and fast system and method that avoids the above limitations of conventional systems and methods, and a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charging profile for a battery provide electric vehicle.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein einfaches, verbessertes und effizientes System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, das Umgebungsbedingungen, dynamische Parameter und benutzerdefinierte Parameter wie die erwartete Zeit zum Laden der Batterie und eine erforderliche Reichweite für das Fahrzeug berücksichtigt.Another object of the present disclosure is to provide a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charge profile for an electric vehicle battery that takes into account environmental conditions, dynamic parameters, and user-defined parameters such as expected time to charge the battery and a required range considered for the vehicle.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen den Bereich der Batterieladesysteme. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereit.Aspects of the present disclosure relate to the field of battery charging systems. In particular, the present disclosure provides a system and method for predicting an optimized charging profile for an electric vehicle battery.

Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zur Vorhersage des Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs. Das System umfasst ein Batteriemanagementsystem (Battery Management System; BMS), das funktionsfähig mit der Batterie gekoppelt ist. Das BMS ist konfiguriert, um die mit der Batterie assoziierten Batterieparameter zu überwachen und dementsprechend einen ersten Satz von Datenpaketen zu erzeugen. Das System umfasst eine CPC-Einheit (Common Powertrain Controller; allgemeine Antriebsstrangsteuerung), die funktionsfähig mit dem BMS gekoppelt ist, und eine mit der Batterie assoziierte Ladevorrichtung. Die CPC-Einheit umfasst einen Prozessor, der funktionsfähig mit einem Speicher gekoppelt ist, der vom Prozessor ausführbare Befehle speichert. Die CPC-Einheit ist konfiguriert, um vom BMS den ersten Satz von Datenpaketen zu empfangen und dementsprechend die überwachten Batterieparameter, die mit der Batterie assoziiert sind, in Echtzeit und für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen der Batterie zu extrahieren. Die CPC empfängt dann einen zweiten Satz von Datenpaketen entsprechend einem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen und empfängt darüber hinaus von beliebigen oder einer Kombination aus einer mobilen Vorrichtung, die mit einem Benutzer assoziiert ist, und einem Kombiinstrument des Elektrofahrzeugs einen dritten Satz von Datenpaketen, die benutzerdefinierten Parametern entsprechen, die beliebige oder eine Kombination aus einer erwarteten Zeit zum Laden der Batterie und einer erforderlichen Reichweite für das Elektrofahrzeug umfassen. Die CPC-Einheit ist konfiguriert, um basierend auf den Batterieparametern, den benutzerdefinierten Parameter, z. B. Abfahrtzeit, und dem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen eine Reichweite des Ladezustands (State of Charge; SoC), einen Gesundheitszustand (State of Health; SoH), einen Temperaturanstieg und die Ladezeit für den aktuellen Ladezyklus der Batterie zu schätzen. Dementsprechend prognostiziert und erstellt die CPC-Einheit basierend auf den geschätzten Werten der SoC-Reichweite, des SoH, des Temperaturanstiegs und der Ladezeit ein optimiertes Ladeprofil für den aktuellen Ladezyklus der Batterie.One aspect of the present disclosure relates to a system for predicting the charge profile for an electric vehicle battery. The system includes a battery management system (BMS) operatively coupled to the battery. The BMS is configured to monitor battery parameters associated with the battery and generate a first set of data packets accordingly. The system includes a CPC (Common Powertrain Controller) unit operatively coupled to the BMS and a charger associated with the battery. The CPC unit includes a processor operatively coupled to a memory storing processor-executable instructions. The CPC unit is configured to receive the first set of data packets from the BMS and accordingly extract the monitored battery parameters associated with the battery in real time and for one or more previous charge cycles of the battery. The CPC then receives a second set of data packets corresponding to a predetermined charge profile of the battery for the previous one or more charge cycles, and also receives from any one or a combination of a mobile device associated with a user and an electric vehicle instrument cluster third set of data packets ts corresponding to user-defined parameters including any or combination of an expected time to charge the battery and a required range for the electric vehicle. The CPC unit is configured to, based on the battery parameters, the user-defined parameter, e.g. B. Departure time, and the predetermined charging profile of the battery for the one or more previous charging cycles, a range of the state of charge (State of Charge; SoC), a state of health (State of Health; SoH), a temperature increase and the charging time for the current charging cycle appreciate the battery. Accordingly, based on the estimated values of SoC range, SoH, temperature rise and charging time, the CPC unit predicts and creates an optimized charging profile for the battery's current charge cycle.

In einem Aspekt ist die CPC-Einheit konfiguriert, um basierend auf dem vorhergesagten optimierten Ladeprofil einen ersten Satz von Steuersignalen an die Ladevorrichtung zu übertragen, um die Batterie mit dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil zu laden.In one aspect, the CPC unit is configured to transmit a first set of control signals to the charging device based on the predicted optimized charging profile to charge the battery with the predicted and created optimized charging profile.

In einem Aspekt ist die CPC-Einheit konfiguriert, um basierend auf dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil einen zweiten Satz von Steuersignalen an eine mit der Ladevorrichtung und der Batterie assoziierte HLK-Einheit zu übertragen, um den Kühl- und/oder Heizbetrieb der Batterie entsprechend zu steuern.In one aspect, the CPC unit is configured to transmit a second set of control signals to an HVAC unit associated with the charging device and the battery based on the predicted and created optimized charging profile to adjust cooling and/or heating operation of the battery accordingly to control.

In einem Aspekt umfassen die Batterieparameter beliebige oder eine Kombination aus Gleichstrom-Ladegrenze, Infragrenze, BMS-Grenze, thermischer Grenze, Li-Plattierung, Reduktion des SoC, Temperatur, Ladezeit, Widerstand, Temperatur, Energie und Ladeleistung, die mit der Batterie assoziiert sind.In one aspect, the battery parameters include any or combination of DC charge limit, infra limit, BMS limit, thermal limit, Li plating, SoC reduction, temperature, charge time, resistance, temperature, energy, and charge power associated with the battery .

In einem Aspekt ist die CPC-Einheit konfiguriert, um die Ladezeit für den aktuellen Ladezyklus der Batterie basierend auf den Batterieparametern zu schätzen, die die Ladeleistung, den SoC, die Temperatur, die BMS-Grenze, die Ladezeit und die Energie aus dem vorangegangenen Ladezyklus umfassen.In one aspect, the CPC unit is configured to estimate the charge time for the battery's current charge cycle based on the battery parameters, which include charge power, SoC, temperature, BMS limit, charge time, and energy from the previous charge cycle include.

In einem Aspekt ist die CPC-Einheit konfiguriert, um die Temperatur der Batterie für den aktuellen Ladezyklus der Batterie basierend auf den Batterieparametern zu schätzen, die den SoH, den SoC, die Temperatur, die BMS-Grenzen, den Temperaturanstieg, den Widerstand und die Energie aus dem vorangegangenen Ladezyklus umfassen.In one aspect, the CPC unit is configured to estimate the temperature of the battery for the current charge cycle of the battery based on the battery parameters including the SoH, the SoC, the temperature, the BMS limits, the temperature rise, the resistance and the Include energy from the previous charge cycle.

In einem Aspekt speichert die CPC-Einheit die überwachten Batterieparameter, die geschätzten Werte der SoC-Reichweite, des SoH, des Temperaturanstiegs und der Ladezeit sowie das vorhergesagte optimierte Ladeprofil in einer Datenbank, die funktionsfähig mit der CPC-Einheit gekoppelt ist. Ferner verwendet die CPC-Einheit die in der Datenbank gespeicherten Daten zur Vorhersage des optimierten Ladeprofils der Batterie für kommende Ladezyklen.In one aspect, the CPC unit stores the monitored battery parameters, the estimated SoC range, SoH, temperature rise, and charge time values, and the predicted optimized charge profile in a database operably coupled to the CPC unit. Furthermore, the CPC unit uses the data stored in the database to predict the battery's optimized charging profile for upcoming charging cycles.

In einem Aspekt ist die Ladevorrichtung mit einer Ladestation für das Elektrofahrzeug assoziiert und die Ladestation umfasst die mobile Vorrichtung, die eine Benutzerschnittstelle umfasst, die es dem Benutzer ermöglicht, die benutzerdefinierten Parameter in ein beliebiges oder eine Kombination aus der mobilen Vorrichtung und dem Kombiinstrument einzugeben, wobei die benutzerdefinierten Parameter weiter von der Benutzerschnittstelle an die CPC-Einheit übertragen werden.In one aspect, the charging device is associated with a charging station for the electric vehicle, and the charging station includes the mobile device that includes a user interface that allows the user to enter the user-defined parameters into any one or a combination of the mobile device and the instrument cluster. wherein the user-defined parameters are further transmitted from the user interface to the CPC unit.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte des Überwachens, durch ein Batteriemanagementsystem (BMS), von Batterieparametern, die mit der Batterie assoziiert sind, und des entsprechenden Erzeugens eines ersten Satzes von Datenpaketen. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Empfangens, durch eine CPC-Einheit, die funktionsfähig mit dem BMS gekoppelt ist, und einer mit der Batterie assoziierten Ladevorrichtung, der überwachten Batterieparameter, die mit der Batterie assoziiert sind, in Echtzeit und für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen der Batterie, gefolgt von den Schritten des Empfangens, durch die CPC-Einheit, eines zweiten Satzes von Datenpaketen entsprechend einem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen, und dann einen weiteren Schritt des Empfangens, durch die CPC-Einheit, eines dritten Satzes von Datenpaketen, die benutzerdefinierten Parametern entsprechen, die beliebige oder eine Kombination aus einer erwarteten Zeit zum Laden der Batterie und einer erforderlichen Reichweite für das Elektrofahrzeug umfassen, von einer mobilen Vorrichtung, die mit einem Benutzer des Elektrofahrzeugs assoziiert ist. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte des Schätzens, durch die CPC-Einheit, basierend auf den Batterieparametern, den benutzerdefinierten Parametern und dem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen, einer Reichweite des Ladezustands (State of Charge; SoC), eines Gesundheitszustands (State of Health; SoH), eines Temperaturanstiegs und der Ladezeit für die Batterie für den aktuellen Ladezyklus der Batterie, gefolgt von einem Schritt des Vorhersagens und Erstellens, durch die CPC-Einheit, basierend auf der geschätzten SoC-Reichweite, dem SoH, dem Temperaturanstieg und der Ladezeit, eines optimierten Ladeprofils für den aktuellen Ladezyklus der Batterie.Another aspect of the present disclosure relates to a method for predicting the charge profile for an electric vehicle battery. The method includes the steps of monitoring, by a battery management system (BMS), battery parameters associated with the battery and generating a first set of data packets accordingly. The method further includes the step of receiving, by a CPC unit operably coupled to the BMS and a charging device associated with the battery, the monitored battery parameters associated with the battery in real time and for one or more historical periods Charging cycles of the battery, followed by the steps of receiving, by the CPC unit, a second set of data packets corresponding to a predetermined charging profile of the battery for the one or more previous charging cycles, and then a further step of receiving, by the CPC unit , a third set of data packets corresponding to user-defined parameters including any one or a combination of an expected time to charge the battery and a required range for the electric vehicle from a mobile device associated with a user of the electric vehicle. The method further comprises the steps of estimating, by the CPC unit, based on the battery parameters, the user-defined parameters and the predetermined charging profile of the battery for the one or more previous charging cycles, a range of the state of charge (SoC), one State of Health (SoH), temperature rise and charge time for the battery for the current charge cycle of the battery, followed by a step of predicting and creating, by the CPC unit, based on the estimated SoC range, the SoH, the temperature rise and the charging time, an optimized charging profile for the current charging cycle of the battery.

In einem Aspekt umfasst das Verfahren den Schritt des Übertragens, durch die CPC-Einheit, eines ersten Satzes von Steuersignalen an die Ladevorrichtung, basierend auf dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil, um die Batterie mit dem optimierten Ladeprofil zu laden.In one aspect, the method includes the step of transmitting, by the CPC unit, a first set of control signals to the charging device based on the predicted and created optimized charging profile to charge the battery with the optimized charging profile.

Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments, together with the accompanying drawing figures, in which like numbers represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind in dieser Beschreibung eingeschlossen und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1A veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm einer bestehenden Ladestation für Elektrofahrzeuge.
1B veranschaulicht eine beispielhafte Darstellung von Strom/Leistung gegenüber SoC für eine Batterie, die die bestehende Ladetechnik implementiert.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm des vorgeschlagenen Systems in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die 3A und 3B veranschaulichen beispielhafte Flussdiagramme, die den Betrieb des vorgeschlagenen Systems darstellen, in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das das vorgeschlagene Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Batterieprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5A veranschaulicht ein Flussdiagramm, das die Schritte zur Vorhersage des Ladeprofils der Batterie des Elektrofahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5B veranschaulicht ein Diagramm, das den Ladestrom zu verschiedenen Zeitpunkten darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6A veranschaulicht das mit der Ladezeit assoziierte Simulationsergebnis, 6B veranschaulicht das mit der Endtemperatur assoziierte Simulationsergebnis und 6C veranschaulicht das mit der Effizienz der Batterie assoziierte Simulationsergebnis in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate example embodiments of the present disclosure and together with the description serve to explain the principles of the present disclosure.

1A Figure 12 illustrates an example block diagram of an existing electric vehicle charging station.
1B Figure 12 illustrates an example plot of current/power versus SoC for a battery implementing existing charging technology.
2 12 illustrates an exemplary block diagram of the proposed system in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.
The 3A and 3B 12 illustrate exemplary flow charts representing operation of the proposed system, in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.
4 10 is an exemplary flow chart illustrating the proposed method for predicting an optimized battery profile for an electric vehicle battery, in accordance with an embodiment of the present disclosure.
5A FIG. 11 illustrates a flow chart depicting the steps for predicting the charging profile of the electric vehicle battery, in accordance with an embodiment of the present disclosure.
5B FIG. 12 illustrates a chart representing charging current at different points in time, in accordance with an embodiment of the present disclosure.
6A illustrates the simulation result associated with the loading time, 6B illustrates the simulation result associated with the final temperature and 6C illustrates the simulation result associated with the efficiency of the battery, in accordance with an embodiment of the present disclosure.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, mit der gebotenen Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.A detailed description of the embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings follows. The embodiments are detailed in order to clearly convey the disclosure. However, it is not intended to limit the foreseeable variations of embodiments in the detail provided; on the contrary, it is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Die hierin erläuterten Ausführungsformen betreffen das Gebiet der Batterieladesysteme. Insbesondere handelt es sich um ein System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs.The embodiments discussed herein relate to the field of battery charging systems. In particular, it is a system and method for predicting an optimized charge profile for a battery of an electric vehicle.

In der 2 wird ein beispielhaftes Blockdiagramm des vorgeschlagenen Systems 200 zur Vorhersage des Ladeprofils für eine Batterie 204 eines Elektrofahrzeugs gezeigt. Das vorgeschlagene System 200 kann ein Batteriemanagementsystem (Battery Management System; BMS) umfassen, das funktionsfähig mit der Batterie 204 gekoppelt ist. Ferner kann das System 200 eine CPC-Einheit 202 umfassen, die funktionsfähig mit dem BMS gekoppelt ist, und eine Ladevorrichtung 208, die mit der Batterie 204 oder einer Ladestation 206 assoziiert ist.In the 2 An exemplary block diagram of the proposed system 200 for predicting the charge profile for an electric vehicle battery 204 is shown. The proposed system 200 may include a battery management system (BMS) operably coupled to the battery 204 . Further, the system 200 may include a CPC unit 202 operably coupled to the BMS and a charging device 208 associated with the battery 204 or a charging station 206 .

In einer Ausführungsform kann das BMS konfiguriert sein, um die mit der Batterie 204 assoziierten Batterieparameter zu überwachen und entsprechend einen ersten Satz von Datenpaketen zu erzeugen. Das BMS kann einen Satz von Sensoren umfassen, die funktionsfähig mit der Batterie 204 und der Ladevorrichtung 208 gekoppelt sind und die so konfiguriert sein können, dass sie die Batterieparameter überwachen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf beliebige oder eine Kombination aus Gleichstrom-Ladegrenze, Infragrenze, BMS-Grenze, thermischer Grenze, Li-Plattierung, Reduktion des SoC, Temperatur, Ladezeit, Widerstand, Temperatur, Energie und Ladeleistung, die mit der Batterie 204 assoziiert sind.In one embodiment, the BMS may be configured to monitor battery parameters associated with the battery 204 and generate a first set of data packets accordingly. The BMS may include a set of sensors that are operatively coupled to the battery 204 and the charging device 208 and that may be configured to monitor battery parameters including, but not limited to, any or combination of DC charge limit, infra-limit , BMS limit, thermal limit, Li plating, SoC reduction, temperature, charge time, resistance, temperature, energy, and charge power associated with the battery 204 .

In einer Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 einen Prozessor 210 umfassen, der funktionsfähig mit einem Speicher 212 gekoppelt ist, der vom Prozessor 210 ausführbare Befehle speichert. Die CPC-Einheit 202 kann konfiguriert sein, um den ersten Satz von Datenpaketen vom BMS zu empfangen und dementsprechend die überwachten Batterieparameter, die mit der Batterie 204 assoziiert sind, in Echtzeit und für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen der Batterie 204 zu extrahieren. Die CPC-Einheit 202 kann ferner einen zweiten Satz von Datenpaketen empfangen, die einem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie 204 für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen entsprechen. Der zweite Satz von Datenpaketen kann in einer mit dem vorgeschlagenen System 200 assoziierten Datenbank 214 oder auf einem Server gespeichert werden. Die CPC-Einheit 202 kann in Kommunikation mit der Datenbank 214 oder dem Server stehen.In one embodiment, the CPC unit 202 may include a processor 210 operatively coupled to a memory 212 storing instructions executable by the processor 210 . The CPC unit 202 may be configured to receive the first set of data packets from the BMS and accordingly extract the monitored battery parameters associated with the battery 204 in real time and for one or more previous charge cycles of the battery 204. The CPC unit 202 may also receive a second set of data packets corresponding to a predetermined charge profile of the battery 204 for one or more previous charge cycles. The second set of data packets may be stored in a database 214 associated with the proposed system 200 or on a server. The CPC entity 202 may be in communication with the database 214 or the server.

In einer Ausführungsform kann das vorgeschlagene System 200 eine Ladestation 206 mit einer Benutzerschnittstelle 216 umfassen, die es dem Benutzer ermöglicht, die benutzerdefinierten Parameter in die CPC-Einheit 202 einzugeben. Die Ladestation 206 kann auch mit dem Benutzer kommunizieren und ermöglicht es dem Benutzer, die benutzerdefinierten Parameter in die CPC-Einheit 202 einzugeben. Die mobile Vorrichtung und/oder die Benutzerschnittstelle 216 können eine Anzeigeeinheit und eine Eingabeeinheit umfassen. Die benutzerdefinierten Parameter können beliebige oder eine Kombination aus einer erwarteten Zeit zum Laden der Batterie 204 und einer erforderlichen Reichweite für das Elektrofahrzeug umfassen. Die Benutzerschnittstelle 216 oder die mobile Vorrichtung kann es dem Benutzer ermöglichen, die benutzerdefinierten Parameter in die Ladestation 206 einzugeben, die über die Anzeigeeinheit zur Bestätigung durch den Benutzer angezeigt werden können. Die mobile Vorrichtung und/oder die Benutzerschnittstelle 216 können dementsprechend einen dritten Satz von Datenpaketen basierend auf den in die Ladestation 206 eingegebenen benutzerdefinierten Parameter erzeugen. Der Benutzer kann die benutzerdefinierten Parameter direkt in seine mobile Vorrichtung und/oder sein Kombiinstrument eingeben, die dann an die CPC-Einheit 202 übertragen werden können. Die Ladestation 206 kann ferner einen Ladeanschluss umfassen, in den ein Ladekabel eingesteckt werden kann, um das Elektrofahrzeug elektrisch mit der Ladestation 216 zu koppeln.In one embodiment, the proposed system 200 can include a charging station 206 with a user interface 216 that allows the user to enter the user-defined parameters into the CPC unit 202 . The charging station 206 can also communicate with the user and allows the user to enter the user-defined parameters into the CPC unit 202. The mobile device and/or user interface 216 may include a display unit and an input unit. The user-defined parameters may include any or a combination of an expected time to charge the battery 204 and a required range for the electric vehicle. The user interface 216 or mobile device may allow the user to enter the user-defined parameters into the charging station 206, which may be displayed via the display unit for user confirmation. Accordingly, the mobile device and/or the user interface 216 may generate a third set of data packets based on the user-defined parameters entered into the charging station 206 . The user can enter the custom parameters directly into their mobile device and/or instrument cluster, which can then be transmitted to the CPC unit 202 . The charging station 206 may further include a charging port into which a charging cable may be plugged to electrically couple the electric vehicle to the charging station 216 .

Die CPC-Einheit 202 kann ferner konfiguriert sein, um den dritten Satz von Datenpaketen, die den benutzerdefinierten Parametern entsprechen, von der mobilen Vorrichtung oder der Ladestation 206 zu empfangen, und kann dementsprechend die erwartete Zeit zum Laden der Batterie 204 und die erforderliche Reichweite für das Elektrofahrzeug extrahieren. The CPC unit 202 may be further configured to receive the third set of data packets corresponding to the user-defined parameters from the mobile device or the charging station 206, and accordingly the expected time to charge the battery 204 and the required range for extract the electric vehicle.

Ferner kann die CPC-Einheit 202 den Prozessor 210 in die Lage versetzen, eine Reichweite des Ladezustands (State of Charge; SoC), einen Gesundheitszustand (State of Health; SoH), einen Temperaturanstieg und eine Ladezeit für den aktuellen Ladezyklus der Batterie 204 zu schätzen, und zwar basierend auf den extrahierten Batterieparametern, den benutzerdefinierten Parametern und dem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie 204 für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen. Darüber hinaus kann die CPC-Einheit 202 den Prozessor 210 in die Lage versetzen, basierend auf den geschätzten Werten der SoC-Reichweite, des SoH, des Temperaturanstiegs und der Ladezeit ein optimiertes Ladeprofil für den aktuellen Ladezyklus der Batterie 204 vorherzusagen und zu erstellen.Further, the CPC unit 202 may enable the processor 210 to estimate a State of Charge (SoC) range, a State of Health (SoH), a temperature rise, and a charge time for the current charge cycle of the battery 204 based on the extracted battery parameters, the user-defined parameters, and the predetermined charge profile of the battery 204 for the previous one or more charge cycles. Additionally, the CPC unit 202 may enable the processor 210 to predict and create an optimized charge profile for the current charge cycle of the battery 204 based on the estimated values of SoC range, SoH, temperature rise, and charge time.

In einer Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 basierend auf dem vorhergesagten optimierten Ladeprofil konfiguriert sein, um einen ersten Satz von Steuersignalen an die Ladevorrichtung 208 zu übertragen, um die Batterie 204 mit dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil zu laden. In einer weiteren Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 ferner basierend auf dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil konfiguriert sein, um einen zweiten Satz von Steuersignalen an eine HLK-Einheit (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen-Einheit) zu übertragen, die mit der Ladestation 206 und der Batterie 204 assoziiert ist, um den Kühl- und/oder Heizbetrieb der Batterie 204 entsprechend zu steuern.In one embodiment, based on the predicted optimized charging profile, the CPC unit 202 may be configured to transmit a first set of control signals to the charging device 208 to charge the battery 204 with the predicted and created optimized charging profile. In another embodiment, the CPC unit 202 may be further configured based on the predicted and created optimized charge profile to transmit a second set of control signals to a HVAC (heating, ventilation and air conditioning) unit associated with the Charging station 206 and the battery 204 is associated to control the cooling and / or heating operation of the battery 204 accordingly.

In einer Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 konfiguriert sein, um die Ladezeit für den aktuellen Ladezyklus der Batterie 204 basierend auf den Batterieparametern zu schätzen, die die Ladeleistung, den SoC, die Temperatur, die BMS-Grenze, die Ladezeit und die Energie aus dem vorangegangenen Ladezyklus umfassen.In one embodiment, the CPC unit 202 may be configured to estimate the charge time for the current charge cycle of the battery 204 based on the battery parameters that include the charge power, the SoC, the temperature, the BMS limit, the charging time and the energy from the previous charging cycle.

In einer anderen Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 konfiguriert sein, um die Temperatur der Batterie 204 für den aktuellen Ladezyklus der Batterie 204 basierend auf den Batterieparametern zu schätzen, die den SoH, den SoC, die Temperatur, die BMS-Grenzen, den Temperaturanstieg, den Widerstand und die Energie aus dem vorangegangenen Ladezyklus umfassen.In another embodiment, the CPC unit 202 may be configured to estimate the battery 204 temperature for the current battery 204 charge cycle based on the battery parameters including the SoH, the SoC, the temperature, the BMS limits, the temperature rise , resistance and energy from the previous charging cycle.

In einer Ausführungsform kann die CPC-Einheit 202 die überwachten Batterieparameter, die geschätzten Werte der SoC-Reichweite, des SoH, des Temperaturanstiegs und der Ladezeit sowie das vorhergesagte optimierte Ladeprofil in der Datenbank 214 speichern. Die gespeicherten Daten können von der CPC-Einheit 202 zur Vorhersage des optimierten Ladeprofils der Batterie 204 für kommende Ladezyklen verwendet werden.In one embodiment, the CPC unit 202 may store the monitored battery parameters, the estimated SoC range, SoH, temperature rise, and charge time values, and the predicted optimized charge profile in the database 214 . The stored data can be used by the CPC unit 202 to predict the optimized charge profile of the battery 204 for upcoming charge cycles.

3A und 3B veranschaulichen beispielhafte Flussdiagramme, die den Betrieb des vorgeschlagenen Systems 200 darstellen. Unter Bezugnahme auf die 3A kann der Benutzer in Block 302 das Elektrofahrzeug an eine Ladestation 206 anschließen, die die Batterie 204 des Elektrofahrzeugs funktionsfähig mit der Ladevorrichtung 208 und einer mit der Ladestation 206 assoziierten Energiequelle koppelt. In Block 304 kann die Benutzerschnittstelle 216 der Ladestation 206s ferner die benutzerdefinierten Parameter wie die erwartete Zeit zum Laden der Batterie 204 und die erforderliche Reichweite des Elektrofahrzeugs anzeigen oder abfragen. In Block 306 kann der Benutzer die erwartete Ladezeit der Batterie 204 und/oder die erforderliche Reichweite des Elektrofahrzeugs in die Benutzerschnittstelle 216 eingeben. Die eingegebenen Daten können zur weiteren Verarbeitung an die CPC-Einheit 202 des Systems 200 übermittelt werden. 3A and 3B 12 illustrate example flow charts representing operation of the proposed system 200. FIG. Referring to the 3A At block 302 , the user may connect the electric vehicle to a charging station 206 that operatively couples the electric vehicle battery 204 to the charging device 208 and a power source associated with the charging station 206 . At block 304, the user interface 216 of the charging station 206s may also display or query the user-defined parameters such as the expected time to charge the battery 204 and the required range of the electric vehicle. At block 306 , the user may enter the expected battery 204 charge time and/or required electric vehicle range into the user interface 216 . The entered data can be transmitted to the CPC unit 202 of the system 200 for further processing.

In Block 308 kann die CPC-Einheit 202 die mit der Batterie 204 assoziierten Batterieparameter in Echtzeit und für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen der Batterie 204 empfangen. Ferner kann die CPC-Einheit 202 auch das vorbestimmte Ladeprofil der Batterie 204 für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen empfangen. Das BMC kann die Batterieparameter in Block 308 überwachen.At block 308, the CPC unit 202 may receive the battery parameters associated with the battery 204 in real time and for one or more previous charge cycles of the battery 204. Furthermore, the CPC unit 202 may also receive the predetermined charge profile of the battery 204 for one or more previous charge cycles. The BMC can monitor the battery parameters in block 308.

Ferner kann die CPC-Einheit 202 in Block 310 die Reichweite des Ladezustands (State of Charge, SoC), einen Gesundheitszustand (State of Health; SoH), den Temperaturanstieg und die Ladezeit für die Batterie 204 für den aktuellen Ladezyklus der Batterie 204 basierend auf den Batterieparametern, den benutzerdefinierten Parametern und dem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie 204 für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen, die in den Blöcken 306 und 308 empfangen wurden, schätzen. Darüber hinaus kann die CPC-Einheit 202 in Block 310 das beste/optimierte Ladeprofil für die Batterie 204 vorhersagen, und zwar basierend auf der geschätzten SoC-Reichweite, dem SoH, dem Temperaturanstieg und der Ladezeit.Further, in block 310, the CPC unit 202 may determine the range, state of charge (SoC), state of health (SoH), temperature rise, and charge time for the battery 204 for the current charge cycle of the battery 204 based on estimate the battery parameters, the user-defined parameters, and the predetermined charge profile of the battery 204 for the previous one or more charge cycles received in blocks 306 and 308 . Additionally, in block 310, the CPC unit 202 may predict the best/optimized charging profile for the battery 204 based on the estimated SoC range, SoH, temperature rise, and charging time.

Unter Bezugnahme auf die 3B werden die von der CPC-Einheit 202 ausgeführten Schritte bei der Vorhersage des besten/optimierten Ladeprofils für die Batterie in Block 310 der 3A offenbart. Wie dargestellt, können die ausgeführten Schritte den Schritt-1 der Definition von „n“ Ladeprofilen für die Batterie durch die CPC-Einheit umfassen, gefolgt von dem Schritt-2 der Berechnung des Temperaturanstiegs für das entsprechende Profil „j“. Ferner kann die CPC-Einheit in Schritt-3 prüfen, ob das Profil „j“ innerhalb vordefinierter thermischer Grenzen liegt oder nicht. Wenn das Profil „j“ die thermischen Grenzen überschreitet, verwirft die CPC-Einheit das entsprechende Profil „j“. Liegt das Profil „j“ innerhalb der thermischen Grenzen, berechnet die CPC-Einheit in Schritt-4 ferner die Zeit zum Laden für das Profil „j“. In Schritt-5 kann die CPC erneut den Schritt-2 zur Berechnung der Temperatur für andere Profile ausführen. Ferner kann die CPC-Einheit in Schritt-6 eine Liste geeigneter Profile erstellen und entsprechend in Schritt-? ein Profil aus der Liste von Schritt-6 basierend auf der Priorität auswählen. Die CPC-Einheit kann einem Profil mit einem niedrigeren Wert von „j“ die höchste Priorität zuweisen. So kann das endgültige Profil das erste ausgewählte Profil im Array x[n] sein, wie in der 3B gezeigt.Referring to the 3B the steps performed by the CPC unit 202 in predicting the best/optimized charge profile for the battery are illustrated in block 310 of FIG 3A disclosed. As illustrated, the steps performed may include step-1 of the CPC unit defining 'n' charging profiles for the battery, followed by step-2 of calculating the temperature rise for the corresponding profile 'j'. Furthermore, in step-3, the CPC unit can check whether the profile "j" is within predefined thermal limits or not. If profile "j" exceeds the thermal limits, the CPC unit discards the corresponding profile "j". If profile "j" is within the thermal limits, the CPC unit further calculates the time to charge for profile "j" in step-4. In step-5, the CPC can again perform step-2 to calculate the temperature for other profiles. Furthermore, the CPC unit can create a list of suitable profiles in step-6 and correspondingly in step-? select a profile from the list of step-6 based on priority. The CPC entity may assign the highest priority to a profile with a lower value of "j". So the final profile can be the first selected profile in array x[n] as in the 3B shown.

Unter Bezugnahme auf die 4 wird das vorgeschlagene Verfahren 400 zur Vorhersage des Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs zum Zweck der Absicherung offenbart. Das Verfahren 400 kann den Schritt 402 der Überwachung von Batterieparametern, die mit der Batterie assoziiert sind, durch ein Batteriemanagementsystem (Battery Management System; BMS) umfassen und dementsprechend einen ersten Satz von Datenpaketen erzeugen.Referring to the 4 disclosed is the proposed method 400 for predicting the charging profile for an electric vehicle battery for backup purposes. The method 400 may include the step 402 of monitoring battery parameters associated with the battery by a battery management system (BMS) and generating a first set of data packets accordingly.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 den Schritt 404 des Empfangens, durch eine CPC-Einheit (Common Powertrain Controller; allgemeine Antriebsstrangsteuerung), die funktionsfähig mit dem BMS gekoppelt ist, und eine mit der Batterie assoziierte Ladevorrichtung, der Batterieparameter, die mit der Batterie assoziiert sind, in Echtzeit und für einen oder mehrere vorangegangene Ladezyklen der Batterie umfassen.In one embodiment, the method 400 may include the step 404 of receiving, by a common powertrain controller (CPC) unit operable with the BMS, and a charging device associated with the battery, including battery parameters associated with the battery in real time and for one or more previous charge cycles of the battery.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 den Schritt 406 des Empfangens, durch die CPC-Einheit, eines zweiten Satzes von Datenpaketen umfassen, die einem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen entsprechen.In one embodiment, the method 400 may include the step 406 of receiving, by the CPC unit, a second set of data packets corresponding to a predetermined charge profile of the battery for the previous one or more charge cycles.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 den Schritt 408 des Empfangens, durch die CPC-Einheit, eines dritten Satzes von Datenpaketen umfassen, die benutzerdefinierten Parametern entsprechen, die beliebige oder eine Kombination aus einer erwarteten Zeit zum Laden der Batterie und einer erforderlichen Reichweite für das Elektrofahrzeug umfassen, und zwar von einer mobilen Vorrichtung, die mit einem Benutzer des Elektrofahrzeugs assoziiert ist.In one embodiment, the method 400 may include the step 408 of receiving, by the CPC entity, a third set of data packets corresponding to user-defined parameters that are any one or a combination of an expected time to charge the battery and a required range for the battery Include electric vehicle, from a mobile device associated with a user of the electric vehicle.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 den Schritt 410 umfassen, bei dem die CPC-Einheit eine Reichweite des Ladezustands (State of Charge; SoC), einen Gesundheitszustand (State of Health; SoH), einen Temperaturanstieg und die Ladezeit für die Batterie für den aktuellen Ladezyklus der Batterie basierend auf den Batterieparametern, den benutzerdefinierten Parametern und dem vorbestimmten Ladeprofil der Batterie für den einen oder die mehreren vorangegangenen Ladezyklen, die in den Schritten 404 bis 408 empfangen wurden, schätzt.In one embodiment, method 400 may include step 410 wherein the CPC unit calculates a range, state of charge (SoC), state of health (SoH), temperature rise, and charge time for the battery for the estimates the battery's current charge cycle based on the battery parameters, the user-defined parameters, and the predetermined charge profile of the battery for the previous one or more charge cycles received in steps 404-408.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 den Schritt 412 des Vorhersagens und Erstellens eines optimierten Ladeprofils für den aktuellen Ladezyklus der Batterie durch die CPC-Einheit umfassen, basierend auf der SoC-Reichweite, dem SoH, dem Temperaturanstieg und der in Schritt 408 geschätzten Ladezeit.In one embodiment, the method 400 may include the step 412 of the CPC unit predicting and creating an optimized charge profile for the current charge cycle of the battery based on the SoC range, the SoH, the temperature rise and the charge time estimated in step 408 .

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 einen Schritt des Übertragens eines ersten Satzes von Steuersignalen durch die CPC-Einheit an die Ladevorrichtung basierend auf dem vorhergesagten und erstellten optimierten Ladeprofil umfassen, um die Batterie mit dem optimierten Ladeprofil zu laden.In one embodiment, the method 400 may include a step of the CPC unit transmitting a first set of control signals to the charging device based on the predicted and created optimized charging profile to charge the battery with the optimized charging profile.

In einer Ausführungsform umfassen die Schritte zur Vorhersage des Ladeprofils der Batterie des Elektrofahrzeugs zunächst die Überprüfung der erforderlichen Ladezeit, des SoC, der Temperatur und dergleichen. Dazu können verschiedene Fälle, wie in der 5A dargestellt, des Batterieladeprofils erhalten werden und dann können die Ergebnisse dieser Fälle gegenüber dem Batteriezustand, einschließlich SoC, Temperatur, SoH und dergleichen, abgeleitet werden und weitere Ladeprofile können geschätzt werden, wie in der 5B dargestellt. Ferner können SoC-Reichweite, Temperaturanstieg, Ladezeit, Effizienz des Systems 200 und Verluste unter verschiedenen möglichen Bedingungen geschätzt werden. Des Weiteren umfassen diese Schritte die Implementierung des neuen Ladeprofils, eines neuen Kühl- und/oder Heizbetriebs basierend auf dem optimierten Profil und der Strategie.In one embodiment, the steps to predict the charging profile of the EV battery include first checking the required charging time, SoC, temperature, and the like. This can be done in various cases, as in the 5A , the battery charge profile can be obtained and then the results of these cases versus battery condition including SoC, temperature, SoH and the like can be derived and further charge profiles can be estimated as in FIG 5B shown. Furthermore, SoC range, temperature rise, charge time, system 200 efficiency, and losses may be estimated under various possible conditions. Furthermore, these steps include the implementation of the new charging profile, a new cooling and/or heating mode based on the optimized profile and strategy.

In einer beispielhaften Ausführungsform können die für die Schätzung des optimierten Profils erforderlichen Daten hauptsächlich die Ladezeit und den Temperaturanstieg umfassen, wobei die Ladezeit als eine Funktion der Ladeleistung, des SoC, der Temperatur, der BMS-Grenzen, der Ladezeit aus dem vorangegangenen Zyklus und der Energieinformationen aus dem vorangegangenen Zyklus abgeleitet werden kann und durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann - $\begin{array}{l} Ladezeit = f (Ladeleistung, SoC, Temperatur, BMS - Grenzen, Ladezeit aus dem \\ vorangegangenen Zyklus, Energieinformation aus dem vorangegangenen Zyklus) \end{array}$

In an exemplary embodiment, the data required for the estimation of the optimized profile may mainly include charge time and temperature rise, where charge time is calculated as a function of charge power, SoC, temperature, BMS limits, charge time from the previous cycle, and the Energy information can be derived from the previous cycle and can be represented by the following equation -

\begin{array}{l} loading time = f (charging power, SoC, temperature, BMS - limits, loading time from the \\ previous cycle, Energy information from the previous cycle) \end{array}

Ferner kann der Temperaturanstieg als eine Funktion des SoH, des SoC, der Temperatur, der BMS-Grenzen, des Temperaturanstiegs im vorangegangenen Zyklus und der Widerstandsinformationen aus dem vorangegangenen Zyklus abgeleitet und durch die folgende Gleichung dargestellt werden - $\begin{array}{l} Temperaturanstieg = f (SoH, SoC, Temperatur, BMS - Grenzen, Temperaturanstieg im \\ vorherigen Zyklus, Widerstandsinformatieren aus dem vorangegangenen Zyklus) . \end{array}$

Further, the temperature rise as a function of the SoH, the SoC, the temperature, the BMS limits, the temperature rise in the previous cycle and the resistance information from the previous cycle can be derived and represented by the following equation -

\begin{array}{l} temperature rise = f (SoH, SoC, temperature, BMS - limits, temperature rise in \\ previous cycle, resistance information from the previous cycle) . \end{array}

In der 6A sind die mit der Ladezeit der Batterie assoziierten Simulationsergebnisse zu sehen. In der 6B sind die mit der Endtemperatur der Batterie assoziierten Simulationsergebnisse zu sehen. Ferner sind die mit der Effizienz der Batterie assoziierten Simulationsergebnisse in der 6C zu sehen.In the 6A the simulation results associated with the charging time of the battery can be seen. In the 6B the simulation results associated with the end temperature of the battery can be seen. Furthermore, the simulation results associated with the efficiency of the battery are in the 6C to see.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert werden, die der Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, versions or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Offenbarung prognostiziert ein optimiertes Ladeprofil oder eine Ladestrategie für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.The present disclosure predicts an optimized charging profile or strategy for a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle.

Die vorliegende Offenbarung ermöglicht ein schnelleres Laden der Batterie von Elektrofahrzeugen.The present disclosure enables faster battery charging of electric vehicles.

Die vorliegende Offenbarung reduziert die thermische Belastung der Batterie während des Ladens.The present disclosure reduces thermal stress on the battery during charging.

Die vorliegende Offenbarung senkt den Kühlungsbedarf der Batterie während des Ladens.The present disclosure reduces the cooling requirements of the battery during charging.

Die vorliegende Offenbarung verringert die Wahrscheinlichkeit einer Reduzierung der Batterielebensdauer aufgrund eines ineffizienten Ladens der Batterie im Laufe der Zeit.The present disclosure reduces the likelihood of a reduction in battery life over time due to inefficient charging of the battery.

Die vorliegende Offenbarung senkt die Verluste beim Laden der Batterie und erhöht die Effizienz der Batterie und der entsprechenden Ladestationen.The present disclosure reduces battery charging losses and increases the efficiency of the battery and the corresponding charging stations.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein effizientes, zuverlässiges und schnelles System und Verfahren bereit, das die oben genannten Einschränkungen herkömmlicher Systeme und Verfahren vermeidet und ein einfaches, verbessertes und effizientes System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitstellt.The present disclosure provides an efficient, reliable, and fast system and method that avoids the above limitations of conventional systems and methods and provides a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charge profile for an electric vehicle battery.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein einfaches, verbessertes und effizientes System und Verfahren zur Vorhersage eines optimierten Ladeprofils für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs bereit, das Umgebungsbedingungen, dynamische Parameter und benutzerdefinierte Parameter wie die erwartete Zeit zum Laden der Batterie und eine erforderliche Reichweite für das Fahrzeug berücksichtigt.The present disclosure provides a simple, improved, and efficient system and method for predicting an optimized charge profile for an electric vehicle battery that takes into account environmental conditions, dynamic parameters, and user-defined parameters such as expected time to charge the battery and a required range for the vehicle.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 9475398 B2 [0006]
US8054038B2 [0007]

Claims

A system (200) for predicting the charging profile for an electric vehicle battery (204), the system (200) comprising: a battery management system (BMS) operably coupled to the battery (204), the BMS configured to monitor battery parameters associated with the battery (204) and generate a first set of data packets accordingly; a Common Powertrain Controller (CPC) unit (202) operatively coupled to the BMS, and a charging device (208) associated with the battery (204), the CPC unit (202) having a A processor (212) operably coupled to a memory (214) storing instructions executable by the processor (212) and configured to: receiving from the BMS the first set of data packets and correspondingly extracting the monitored battery parameters associated with the battery (204) in real time and for one or more previous charge cycles of the battery (204); receiving a second set of data packets corresponding to a predetermined charge profile of the battery (204) for the one or more previous charge cycles; receiving, from a mobile device associated with a user of the electric vehicle, a third set of data packets corresponding to user-defined parameters that are any one or a combination of an expected time to charge the battery (204) and a required range for the electric vehicle include; Estimating, based on the battery parameters, the user-defined parameters, and the predetermined charging profile of the battery (204) for the one or more previous charging cycles, a state of charge (SoC) range, a state of health (SoH), a temperature rise and a charge time for the current charge cycle of the battery (204); and Predict and create an optimized charge profile for the current charge cycle of the battery (204) based on the estimated values of SoC range, SoH, temperature rise and charge time.

system (200) after claim 1 , wherein the CPC unit (202) is configured based on the predicted optimized charging profile to transmit a first set of control signals to the charging device (208) to charge the battery (204) with the predicted and created optimized charging profile.

system (200) after claim 1 , wherein the CPC unit (202) is configured based on the predicted and created optimized charging profile to transmit a second set of control signals to a charging device (208) and the battery (204) associated HVAC unit to cool the - To control and / or heating of the battery (204) accordingly.

system (200) after claim 1 , wherein the battery parameters include any or combination of DC charge limit, infra limit, BMS limit, thermal limit, Li plating, SoC reduction, temperature, charge time, resistance, temperature, energy, and charge power associated with the battery (204) are associated.

system (200) after claim 4 , wherein the CPC unit (202) is configured to estimate the charge time for the current charge cycle of the battery (204) based on the battery parameters, which include the charge power, the SoC, the temperature, the BMS limit, the charge time and the Include energy from the previous charge cycle.

system (200) after claim 4 , wherein the CPC unit (202) is configured to estimate the temperature of the battery (204) for the current charge cycle of the battery (204) based on the battery parameters including the SoH, the SoC, the temperature, the BMS limits , temperature rise, resistance and energy from the previous charging cycle.

system (200) after claim 1 , wherein the CPC unit (202) stores the monitored parameters of the battery (204), the estimated values of SoC range, SoH, temperature rise and charging time, and the predicted optimized charging profile in a database (214) operable with coupled to the CPC unit, and wherein the CPC unit (202) uses the data stored in the database (214) to predict the optimized charge profile of the battery (204) for upcoming charge cycles.

system (200) after claim 1 , wherein the charging device (208) is associated with a charging station (206) for the electric vehicle and wherein the charging station (206) comprises the mobile device comprising a user interface (216) that allows the user to enter the user-defined parameters into the mobile device or the CPC unit (202).

A method (400) for predicting the charging profile for a battery of an electric vehicle, the method (400) comprising the following steps: monitoring (402), by a battery management system (BMS), battery parameters associated with the battery and creating a first set of data packets accordingly; Receiving (404), by a common powertrain controller (CPC) unit operably coupled to the BMS and a charging device associated with the battery, the monitored battery parameters associated with the battery in real time and for one or more previous charge cycles of the battery; receiving (406), by the CPC unit, a second set of data packets corresponding to a predetermined charge profile of the battery for the one or more previous charge cycles; Receiving (408), by the CPC unit, from a mobile device, a third set of data packets corresponding to user-defined parameters including any one or a combination of an expected time to charge the battery and a required range for the electric vehicle associated with a user of the electric vehicle; Estimating (410), by the CPC unit, based on the battery parameters, the user-defined parameters and the predetermined charging profile of the battery for the one or more previous charging cycles, a range of the state of charge (SoC), a state of health (State of Health; SoH), temperature rise and charge time for the battery for the current battery charge cycle; and the CPC unit predicting and creating (412) an optimized charge profile for the current charge cycle of the battery based on the estimated SoC range, SoH, temperature rise and charge time.

Method (400) according to claim 9 , wherein the method (400) comprises the step of the CPC unit transmitting a first set of control signals to the charging device based on the predicted and established optimized charging profile in order to charge the battery with the optimized charging profile.