DE10312591A1 - Charging method for rechargeable battery involves controlling charging process for battery depending on time point of next use of battery and/or load state for next use of battery - Google Patents

Charging method for rechargeable battery involves controlling charging process for battery depending on time point of next use of battery and/or load state for next use of battery Download PDF

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Abstract

The charging method involves controlling the charging process for the battery depending on the time point (tNutz) of a next use of the battery and/or the load state for a next use of the battery. The charging process is additionally controlled depending on the operating temperature. The charging efficiency is significantly reduced just before the next use of the battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie und insbesondere ein energieeffizientes und lebensdauerschonendes Ladeverfahren für wiederaufladbare Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen.The present invention relates to a charging process for a rechargeable battery and especially an energy efficient one and life-saving charging process for rechargeable batteries of electric and hybrid vehicles.

Ladeverfahren für wiederaufladbare Batterien werden üblicherweise in Abhängigkeit von der Batterietemperatur und/oder dem aktuellen Ladezustand der Batterie gesteuert. Die Beendigung des Ladevorgangs erfolgt im allgemeinen, wenn der Vollladezustand der Batterie erkannt worden ist; hierzu sind für verschiedene Batteriesysteme unterschiedliche Abbruchkriterien bekannt.Charging process for rechargeable batteries are common dependent on on the battery temperature and / or the current state of charge Battery controlled. The loading process generally ends when when the battery is fully charged; for this are for different Battery systems known different termination criteria.

Es ist dabei allgemein bekannt, dass der Ladewirkungsgrad η im Fall von alkalischen Batteriesystemen (z. B. NiCd, NiMH) für den Ladevorgang je nach Batterietemperatur bei einem Ladezustand SOC (State of Charge) der Batterie oberhalb eines Ladezustands von etwa 75% deutlich abnimmt; die nicht gespeicherte Energie geht dabei im wesentlichen in Form von Wärme verloren. 2 zeigt hierzu schematisch den Amperestunden-Wirkungsgrad ηAh eines alkalischen Batteriesystems in Abhängigkeit von dem Ladezustand SOC und der Batterietemperatur. Der energetische Wirkungsgrad ηWh (in Wattstunden), der auch die zeitlich variable und von Ladestrom sowie Batterieparametern abhängige Spannung enthält, ist in jedem Fall noch niedriger als der in 2 dargestellte Amperestunden-Wirkungsgrad ηAh. Bei anderen Batteriesystemen wie beispielsweise Bleibatterien ist dieses Verhalten ebenfalls zu beobachten, wenn auch weniger ausgeprägt.It is generally known that the charging efficiency η in the case of alkaline battery systems (e.g. NiCd, NiMH) for the charging process, depending on the battery temperature, significantly decreases with a state of charge SOC (state of charge) of the battery above a state of charge of about 75% ; the unsaved energy is essentially lost in the form of heat. 2 shows schematically the ampere efficiency η Ah of an alkaline battery system depending on the state of charge SOC and the battery temperature. The energy efficiency η Wh (in watt-hours), which also contains the time-variable voltage, which is dependent on the charging current and battery parameters, is in any case even lower than that in 2 Amp-hour efficiency shown η Ah . This behavior can also be observed in other battery systems such as lead acid batteries, albeit less pronounced.

Ferner ist es bekannt, dass die Selbstentladerate K je nach Batterietemperatur bei Ladezuständen SOC von mehr als etwa 95% deutlich zunimmt, wie schematisch in 3 dargestellt. In der ersten Stunde nach einer erfolgten Vollladung liegt die Selbstentladerate K bei einem alkalischen Batteriesystem, wenn die Batterie in diesem Zeitraum nicht genutzt wird oder nicht weiter geladen wird, in einer Größenordnung von etwa 5% bis 10% der Nennkapazität der Batterie.Furthermore, it is known that the self-discharge rate K increases significantly, depending on the battery temperature, in charge states SOC of more than about 95%, as schematically in FIG 3 shown. In the first hour after a full charge has taken place, the self-discharge rate K for an alkaline battery system, if the battery is not used during this period or is no longer charged, is of the order of magnitude of approximately 5% to 10% of the nominal capacity of the battery.

Des Weiteren ist es bekannt, dass die Lebensdauer von Batteriesystemen verringert wird, wenn sie häufig überladen werden (alkalische Batteriesysteme und Bleibatterien) oder wenn sie bei hohen Ladezuständen betrieben oder gelagert werden (auch Lithiumsysteme).Furthermore, it is known that the life of battery systems is reduced if they are frequently overcharged (alkaline battery systems and lead acid batteries) or if them at high charge levels operated or stored (including lithium systems).

Ausgehend von diesem an sich bekannten Verhalten einer wiederaufladbaren Batterie ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie bereitzustellen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Ladeverfahren energieeffizienter und lebensdauerschonender ist.Based on this behavior, which is known per se a rechargeable battery, it is an object of the present Invention, a charging method for to provide a rechargeable battery which is compared to conventional charging processes is more energy efficient and saves life.

Diese Aufgabe wird durch ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is accomplished through a charging process for a rechargeable Battery with the features specified in claim 1 solved. Other configurations and advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Das Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ladevorgang der Batterie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt einer nächsten Nutzung der Batterie und/oder dem bei einer nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand der Batterie gesteuert wird. Mit anderen Worten orientiert sich das Ladeverfahren danach, ob zum Zeitpunkt der nächsten Nutzung die maximal mögliche Batteriekapazität zur Verfügung stehen muss oder ob möglicherweise auch eine Teilladung der Batterie ausreichend ist, und/oder danach, wann die nächste Nutzung der Batterie stattfindet.The charging process for a rechargeable Battery according to the present Invention is characterized in that the charging process of the battery dependent on from the time of a next one Use of the battery and / or the next time the battery is used required state of charge of the battery is controlled. In other words The charging process is based on whether at the time of the next use the maximum possible battery capacity to disposal must stand or whether possibly a partial charge of the battery is sufficient, and / or afterwards, when the next Battery usage is taking place.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei den meisten Nutzungen einer Batterie nicht die Gesamtkapazität der Batterie erforderlich ist und dass in vielen Fällen der Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bekannt ist. Es ist daher mittels des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens möglich, die Energieverluste aufgrund niedriger Ladewirkungsgrade und hoher Selbstentladungsraten zu senken, indem die Batterie nur bis zu ihrem bei der nächsten Nutzung tatsächlich benötigten Ladezustand, der häufig noch in einem Bereich eines hohen Ladewirkungsgrades und niedriger Selbstentladungsraten liegt, zu laden. Außerdem können die Energieverluste aufgrund der Selbstentladungseffekte minimiert werden, indem das Ladeverfahren auf den Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie abgestimmt ist, d.h. der Ladevorgang der Batterie auf den gewünschten Ladezustand möglichst erst unmittelbar vor dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie erfolgt. Die Wirkungen des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens sind insbesondere bei alkalischen Batteriesystemen von Vorteil, wo hohe Wirkungsgrade bzw. niedrige Verlustleistungen gewünscht sind, wie dies zum Beispiel bei wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen der Fall ist.The invention is based on knowledge from that in most uses of a battery not the total capacity of the battery is necessary and that in many cases the time of the next use the battery is known. It is therefore by means of the charging method according to the invention possible, the energy losses due to low charging efficiency and high Lower self-discharge rates by only using the battery up to theirs the next time you use it indeed required State of charge, which is common still in a range of high charging efficiency and lower Self-discharge rates lie to charge. It can also cause energy loss The self-discharge effects are minimized by the charging process at the time of the next Use of the battery is coordinated, i.e. the charging process of the battery to the desired one State of charge if possible only immediately before the next time the battery is used he follows. The effects of the charging method according to the invention are in particular advantageous for alkaline battery systems where high efficiency or low power losses are desired, such as this for rechargeable batteries of electric vehicles and hybrid vehicles the case is.

Außerdem haben einige Batteriesysteme unmittelbar nach einem Ladevorgang die Eigenschaft einer höheren Spannungslage und/oder eines niedrigeren Innenwiderstands, sodass die aufgeladene Batterie im Falle des unmittelbar vor dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung durchgeführten Ladevorgangs zu Beginn des anschließenden Nutzungszeitraums eine höhere Leistungsbereitschaft bzw. niedrigere Verluste durch den niedrigeren Innenwiderstand zeigt.They also have some battery systems immediately after a charging process, the property of a higher voltage level and / or a lower internal resistance so that the charged battery in the event of the charging process being carried out immediately before the time of the next use Beginning of the subsequent Period of use a higher Willingness to perform or lower losses due to the lower Internal resistance shows.

Vorzugsweise wird der Ladevorgang der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gesteuert, da die Kennlinien des Ladewirkungsgrades und der Selbstentladerate von wiederaufladbaren Batterien im allgemeinen auch stark von der Batterietemperatur abhängen.The charging process of the battery is preferably additionally controlled as a function of the battery temperature, since the characteristics of the charging efficiency and the rate of self-discharge are again controlled rechargeable batteries generally also depend heavily on the battery temperature.

Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der Ladwirkungsgrad unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie deutlich, d.h. zum Beispiel auf unter 90% oder sogar unter 80%, gesunken ist. Die Erniedrigung des Ladewirkungsgrades führt bei dem Ladevorgang zu einem Anstieg der Batterietemperatur. Da im allgemeinen der Innenwiderstand der Batterie mit steigender Temperatur sinkt, führt dies wie oben beschrieben im anschließenden Nutzungszeitraum zu einer Erhöhung der Leistungsbereitschaft und einer Verringerung der Innenwiderstandsverluste. Bei Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge kann dies insbesondere in der kalten Jahreszeit von Vorteil sein, um die Batterie bereits zu Beginn des Nutzungszeitraums auf Betriebstemperatur gebracht zu haben.It can also be advantageous if the charging efficiency immediately before the next use of the battery clear, i.e. for example below 90% or even below 80%, has dropped. The lowering of the charging efficiency leads to the charging process to an increase in battery temperature. Because in general the internal resistance of the battery decreases with increasing temperature, does this as described above in the subsequent period of use increase the willingness to perform and a reduction in internal resistance losses. For batteries for Electric and hybrid vehicles can do this particularly in the cold Be of advantage to the battery at the beginning of the season Have brought the operating temperature to the operating temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ladevorgang der Batterie in eine erste Ladeperiode, in der die Batterie bis zu einem ersten Ladezustand geladen wird, und eine zweite Ladeperiode, in der die Batterie bis zu einem zweiten Ladezustand größer als der erste Ladezustand geladen wird, unterteilt, wobei die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie liegt. Der erste Ladezustand am Ende der ersten Ladeperiode beträgt dabei vorzugsweise zwischen etwa 50% der Nennkapazität der Batterie und einem Ladezustand, bei dem der Ladewirkungsgrad noch nicht merklich gesunken und die Selbstentladerate noch nicht merklich gestiegen ist, wie beispielsweise bei etwa 75% der Nennkapazität der Batterie, und zwischen der ersten Ladeperiode und der zweiten Ladeperiode ist vorzugsweise eine Ladepause vorgesehen, in welcher kein Laden der Batterie stattfindet, wobei die Länge der Ladepause zwischen der ersten und der zweiten Ladeperiode in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bestimmt wird.In a preferred embodiment the invention is the charging process of the battery in a first charging period, in which the battery is charged up to a first state of charge, and a second charge period in which the battery is up to a second charge state larger than the first state of charge is charged, divided the second Charge period immediately before the next use of the battery lies. The first charge status at the end of the first charge period is preferably between about 50% of the nominal capacity of the battery and a state of charge, where the charging efficiency has not yet dropped noticeably and the Self-discharge rate has not yet increased significantly, such as at about 75% of the nominal capacity the battery, and between the first charging period and the second Charging period, a charging break is preferably provided, in which no battery charging takes place, the length of the charging pause between the first and the second charging period depending on the time the next Use of the battery is determined.

Auf diese Weise ist es möglich die Batterie in einer ersten Ladeperiode bis zu einem ersten Ladezustand aufzuladen, bei dem einerseits der Ladewirkungsgrad noch hoch und die Selbstentladerate noch niedrig ist und andererseits bereit eine gewisse Batterieladung für unvorhergesehene Nutzungen zu einem früheren Zeitpunkt zur Verfügung steht. Nach einer Ladepause, in welcher aufgrund des noch nicht zu hohen Ladezustandes eine nur relativ geringe Selbstentladung der Batterie stattfindet, wird die Batterie dann unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie auf einen zweiten Ladezustand geladen, welcher dem für die nächste Nutzung erforderlichen Ladezustand entspricht. Da die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung erfolgt, werden Energieverluste aufgrund von Selbstentladung trotz des höheren Ladezustandes der Batterie minimiert.In this way it is possible Battery in a first charging period up to a first state of charge charge, on the one hand the charging efficiency is still high and the self-discharge rate is still low and on the other hand ready one certain battery charge for unforeseen uses are available at an earlier date. After a charging break, in which due to the not too high State of charge a relatively low self-discharge of the battery takes place, the battery is then immediately before the next use the battery to a second state of charge, which the for the next Use required charge level corresponds. Because the second charging period immediately before the next Use occurs, energy loss due to self-discharge despite the higher Battery charge status minimized.

In weiterer Ausgestaltung der Endung kann die Batterie vor der ersten Ladeperiode während einer Abkühlperiode in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gekühlt werden, um den Ladewirkungsgrad während der anschließenden Ladeperioden zu erhöhen.In a further embodiment of the extension the battery can cool down before the first charge period dependent on cooled by the battery temperature the charging efficiency during subsequent charging periods to increase.

Außerdem ist es möglich, bei einer später als erwartet erfolgenden nächsten Nutzung der Batterie die Selbstentladung der Batterie durch regelmäßige kurze Ladepulse auszugleichen.It is also possible to one later than expected next Use the battery to self-discharge the battery through regular short Compensate charging pulses.

Der Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand der Batterie können entweder manuell durch einen Benutzer eingegeben oder – vorzugsweise mittels eines adaptiven Verfahrens – aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie selbständig ermittelt werden. Im letztgenannten Fall kann der Benutzer oder das Batteriesteuergerät bei einer gewünschten Abweichung von den vorherigen Nutzungsprofilen den Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bzw. den bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand der Batterie bei Bedarf einstellen.The time of the next use the battery or the next one Use of the battery can charge the battery either entered manually by a user or - preferably by means of a adaptive process - off previous usage profiles of the battery can be determined independently. In the latter Case, the user or the battery control unit at a desired Deviation from the previous usage profiles the time of next Use the battery or the next time you use the battery Set the required state of charge of the battery if necessary.

Das Ladeverfahren der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise bei einer wiederaufladbaren Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs angewendet werden.The charging process of the present The invention can advantageously be used with a rechargeable battery an electric vehicle or a hybrid vehicle.

Obige sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:The above and other advantages and Features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments the invention with reference to the accompanying drawings easier to understand. In it show:

1a) eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs des Ladeverfahrens für eine wiederaufladbare Batterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1a ) a schematic representation of the timing of the charging process for a rechargeable battery according to a first embodiment of the present invention;

1b) eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs des Ladeverfahrens für eine wiederaufladbare Batterie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1b ) a schematic representation of the timing of the charging process for a rechargeable battery according to a second embodiment of the present invention;

2 eine graphische Darstellung des Ladewirkungsgrades über dem Ladezustand in Abhängigkeit von der Batterie für ein alkalisches Batteriesystem; und 2 a graphical representation of the charging efficiency versus the state of charge as a function of the battery for an alkaline battery system; and

3 eine graphische Darstellung der Selbstentladerate über dem Ladezustand in Abhängigkeit von der Batterie für ein alkalisches Batteriesystem. 3 a graphical representation of the self-discharge rate over the state of charge as a function of the battery for an alkaline battery system.

Um eine wiederaufladbare Batterie mittels des Ladeverfahrens der vorliegenden Erfindung möglichst energieeffizient und lebensdauerschonend zu laden, werden zunächst der Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie und der für die nächste Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand SOCNutz der Batterie ermittelt. Dies kann zum Beispiel durch eine direkte Eingabe dieser Daten durch den Benutzer oder aber mittels eines adaptiven Verfahrens selbständig aus den vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie geschehen. Da sich die Nutzungsprofile von wiederaufladbaren Batterien häufig (zumindest ungefähr) wiederholen, lassen sich der Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie und der für die nächste Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand SOCNutz der Batterie aus vorherigen Nutzungsprofilen ermitteln bzw. abschätzen.In order to charge a rechargeable battery using the charging method of the present invention in the most energy-efficient and life-saving manner, the time t Nutz of the next use of the battery and the state of charge SOC Nutz of the battery required for the next use of the battery are first determined. This can be done, for example, by the user directly entering this data or, independently, using an adaptive method from the previous usage profiles of the battery. Since the usage profiles of rechargeable batteries change frequently (at least least approximately) repeat, the time can be useful t the next use of the battery and the space required for the next use of the battery state of charge SOC determined or estimated useful battery from previous usage profiles.

Da in Ausnahmefällen die Batterie entgegen den vorherigen Nutzungsprofilen vollständig geladen werden muss, besteht für den Benutzer oder das Batteriesteuergerät die Möglichkeit, bei Bedarf die Daten tNutz und SOCNutz unabhängig von den vorherigen Nutzungsprofilen und den daraus ermittelten Werten für tNutz und SOCNutz einzustellen. Solche Ausnahmefälle liegen zum Beispiel vor, wenn der Benutzer eine Vollladung der Batterie wünscht, weil er beispielsweise voraussehen kann, dass im nächsten Nutzungszeitraum der Batterie eine höhere Energie als üblich zur Verfügung gestellt werden muss. Im Falle von alkalischen Batteriesystemen und Bleibatterien kann auch seitens des Batteriesteuergeräts eine Ausgleichsladung für die Batterie in Form einer moderaten Überladung der Batterie gefordert werden, weil zum Beispiel die individuellen Ladezustände der Zellen der Batterie auseinander gedriftet sind. Durch eine moderate Überladung des gesamten Batteriesystems gleichen sich die individuellen Ladezustände der Zellen wieder aneinander an. Ferner kann von dem Batteriesteuergerät eine Vollladung zum Beispiel auch gefordert werden, um die in dem Batteriesteuergerät hinterlegten Batterieparameter neu zu kalibrieren, um die Parameter beispielsweise an den Alterungszustand der Batterie anpassen zu können.Since, in exceptional cases, the battery must be fully charged contrary to the previous usage profiles, the user or the battery control unit can set the data t Nutz and SOC Nutz independently of the previous usage profiles and the values for t Nutz and SOC Nutz determined from them , Such exceptional cases exist, for example, if the user wishes the battery to be fully charged because, for example, he can predict that the battery will have to be provided with a higher energy than usual in the next period of use. In the case of alkaline battery systems and lead acid batteries, the battery control unit can also demand an equalizing charge for the battery in the form of a moderate overcharge of the battery, for example because the individual charge states of the cells of the battery have drifted apart. By moderately overcharging the entire battery system, the individual charge levels of the cells align again. Furthermore, the battery control unit may also require a full charge, for example, in order to recalibrate the battery parameters stored in the battery control unit in order to be able to adapt the parameters to the aging state of the battery, for example.

Sind die beiden Parameter tNutz und SOCNutz bekannt bzw. vorgegeben, so erfolgt der Ladevorgang der Batterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend dem in 1a) schematisch dargestellten Zeitablauf.If the two parameters t Nutz and SOC Nutz are known or predefined, the charging process of the battery takes place according to a first exemplary embodiment in accordance with that in FIG 1a ) schematically shown timing.

In einer ersten Ladeperiode T1 wird die Batterie auf einen ersten Ladezustand geladen. Dieser erste Ladezustand beträgt vorzugsweise mehr als etwa 50% und weniger als etwa 75% der Nennkapazität der Batterie. Die Untergrenze von etwa 50% (allgemein etwa 40 bis 60%) bewirkt, dass die Batterie auch im Fall einer unvorhergesehen früheren Nutzung der Batterie eine gewisse Kapazität zur Verfügung stellt, die einen Einsatz der Batterie gewährleistet. Die Obergrenze von etwa 75% (allgemein etwa 65 bis 80%) wurde gewählt, da bis zu einem Ladezustand SOC von etwa 75% in den üblichen Temperaturbereichen der Batterie ein nur unwesentlich verminderter Ladewirkungsgrad η und eine nur unwesentliche Selbstentladerate K vorliegen (siehe 2 und 3). Je nach dem Einsatzgebiet der Batterie und den tatsächlichen vorhandenen Batterietemperaturen können die beiden genannten Grenzwerte bzw. Grenzwertbereiche natürlich angepasst werden.In a first charging period T1, the battery is charged to a first state of charge. This first state of charge is preferably more than about 50% and less than about 75% of the nominal capacity of the battery. The lower limit of about 50% (generally about 40 to 60%) means that the battery provides a certain capacity, even in the event of an unforeseen earlier use of the battery, which ensures that the battery is used. The upper limit of approx. 75% (generally approx. 65 to 80%) was chosen because up to a state of charge SOC of approx. 75% in the usual temperature ranges of the battery there is only an insignificantly reduced charging efficiency η and an insignificant self-discharge rate K (see 2 and 3 ). Depending on the field of application of the battery and the actual battery temperatures, the two limit values or limit value ranges mentioned can of course be adjusted.

Während der ersten Ladeperiode T1 erfolgt somit das Laden der Batterie mit einem sehr hohen Ladewirkungsgrad η, also sehr energieeffizient. An die erste Ladeperiode T1 schließt sich, wie in 1a) zu erkennen, eine Ladepause T3 an, in welcher die Batterie nicht geladen wird. Die Länge der Ladepause T3 hängt von dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie ab; gegebenenfalls muss die Ladepause T3 sogar entfallen, falls die zeit bis zum Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung zu kurz ist. Während dieser Ladepause T3 findet nur eine sehr geringe Selbstentladung der Batterie statt, da die Selbstentladerate K bei einem Ladezustand SOC von höchstens 75% noch sehr gering ist, wie aus 3 ersichtlich.During the first charging period T1, the battery is thus charged with a very high charging efficiency η, that is to say very energy-efficiently. The first charging period T1 follows, as in 1a ) to recognize a charging pause T3 in which the battery is not being charged. The length of the charging pause T3 depends on the time t Nutz the next time the battery is used; the charging break T3 may even have to be omitted if the time until the time t use of the next use is too short. During this charging pause T3, there is only a very slight self-discharge of the battery, since the self-discharge rate K is still very low with a state of charge SOC of at most 75%, as is evident from 3 seen.

Rechtzeitig vor dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie erfolgt nach der Ladepause T3 eine zweite Ladeperiode T2, in welcher die Batterie auf einen zweiten Ladezustand geladen wird, der größer als der erste Ladezustand ist. Im allgemeinen, d.h. außer in den oben beschriebenen Ausnahmefällen und dergleichen, entspricht der zweite Ladezustand dem bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand SOCNutz. Der Ladevorgang der Batterie wird dabei nach der Ladepause möglichst so wiederaufgenommen, dass das Ende der zweiten Ladeperiode T2 unmittelbar vor dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie liegt. Da die Ladung der Batterie auf den Ladezustand SOCNutz unmittelbar vor der Nutzung der Batterie erfolgt, wird die Selbstentladung der Batterie minimiert, welche ansonsten bei den Ladezuständen oberhalb etwa 80% in Zeiten der Nichtnutzung der Batterie stattfinden würde (siehe 3).In good time before the time t use of the next use of the battery, a second charging period T2 takes place after the charging pause T3, in which the battery is charged to a second state of charge which is greater than the first state of charge. In general, that except in the above-described exceptional cases and the like, the second state of charge corresponds to the required at the next use of the battery state of charge SOC useful. The charging process of the battery is resumed as possible after the charging break so that the end of the second charging period T2 lies immediately before the time t use of the next use of the battery. Since the battery is charged to the SOC Usable state of charge immediately before the battery is used, the self-discharge of the battery is minimized, which would otherwise take place in the state of charge above approximately 80% during periods of non-use of the battery (see 3 ).

Auf diese Weise ist über die gesamte Dauer des Ladevorgangs, d.h. insbesondere während der ersten und der zweiten Ladeperiode T1, T2 ein hoher Ladewirkungsgrad gewährleistet, und während der nutzungsfreien Zeit, d.h. insbesondere während der Ladepause T3 ist ein geringer Energieverlust gewährleistet. Eine Energieeinsparung und eine Schonung der Batterie wird außerdem dadurch erzielt, dass die Batterie nur bis zu einem Ladezustand SOCNutz aufgeladen wird, d.h. nicht unnötig hoch aufgeladen oder sogar überladen wird, der für die nächste Nutzung benötigt ist. Diese Energieeinsparung ist umso deutlicher, da der Ladewirkungsgrad bei höheren Ladezuständen bis hin zur Vollladung der Batterie insbesondere bei alkalischen Batteriesystemen deutlich abnimmt.In this way, a high charging efficiency is guaranteed over the entire duration of the charging process, ie in particular during the first and the second charging period T1, T2, and a low energy loss is ensured during the idle time, ie in particular during the charging break T3. Energy saving and protection of the battery is also achieved in that the battery is only charged up to a state of charge SOC Nutz , ie is not unnecessarily charged or even overcharged, which is required for the next use. This energy saving is all the more significant since the charging efficiency decreases significantly in the case of higher charging states up to the full charge of the battery, in particular in the case of alkaline battery systems.

Es wird an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Ladeverfahren der Erfindung grundsätzlich unabhängig von dem angewendeten Ladeprinzip (zum Beispiel Konstantstromladung, Konstantspannungsladung, Pulsladung, Reflex®-Ladeprinzip und dergleichen) einsetzbar ist und seine Vorteile entfaltet. Ferner ist das Ladeverfahren der Erfindung prinzipiell auch von der Stärke des Ladestroms bzw. der Ladeleistung unabhängig. Selbstverständlich ist es aber von Vorteil, den Ladestrom bzw. die Ladeleistung unter energetischen und/oder lebensdauerschonenden Gesichtspunkten geeignet zu wählen. Außerdem weisen Batterien bei den normalerweise langsamen Ladevorgängen im allgemeinen bei höheren Ladeströmen auch einen höheren Ladewirkungsgrad auf, sodass insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen mit dem maximal möglichen Ladestrom geladen werden sollte.At this point, it is expressly pointed out that the charging method of the invention can in principle be used independently of the charging principle used (for example constant current charging, constant voltage charging, pulse charging, Reflex ® charging principle and the like) and unfolds its advantages. Furthermore, the charging method of the invention is in principle also independent of the strength of the charging current or the charging power. Of course, however, it is advantageous to select the charging current or the charging power appropriately from the point of view of energy and / or life-saving. In addition, in the normally slow charging processes, batteries generally also have a higher charging efficiency at higher charging currents, so that especially in the case of electrical or hybrid vehicles should be charged with the maximum possible charging current.

Besteht bis zu dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie mehr Zeit, so kann der Ladevorgang der Batterie gemäß dem in 1b) dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Ladeverfahrens der Endung erfolgen.If there is more time until the time t use the next time the battery is used, the battery charging process can be 1b ) shown second embodiment of the loading method of the extension.

Bei dem in 1b) dargestellten Ladeverfahren wird die Batterie vor Beginn der ersten Ladeperiode T1 während einer Abkühlperiode T4 abgekühlt. Da bei höheren Batterietemperaturen der Ladewirkungsgrad η sinkt und auch die Selbstentladerate K der Batterie steigt (siehe 2 und 3), kann eine solche Abkühlperiode T4 sehr sinnvoll sein, da dann die anschließende erste Ladeperiode T1 mit einem höheren Ladewirkungsgrad η erfolgt.At the in 1b ) shown charging process, the battery is cooled before the start of the first charging period T1 during a cooling period T4. Since the charging efficiency η drops at higher battery temperatures and the self-discharge rate K of the battery also increases (see 2 and 3 ), such a cooling period T4 can be very useful, since the subsequent first charging period T1 then takes place with a higher charging efficiency η.

Im Anschluss an die Abkühlperiode T4 wird der Ladevorgang der Batterie analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel von 1a) mit einer ersten Ladeperiode T1, gegebenenfalls einer Ladepause T3, und einer zweiten Ladeperiode T2 durchgeführt. Die oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemachten Erläuterungen zu den Perioden T1 bis T3 des Ladevorgangs gelten analog auch für das Ausführungsbeispiel von 1b), weshalb auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.Following the cooling period T4, the charging process of the battery is analogous to the first exemplary embodiment of 1a ) with a first charging period T1, possibly a charging break T3, and a second charging period T2. The explanations given above in connection with the first exemplary embodiment relating to the periods T1 to T3 of the charging process also apply analogously to the exemplary embodiment of FIG 1b ), which is why there is no further explanation.

Falls wider Erwarten zum Zeitpunkt tNutz der erwarteten nächsten Nutzung keine Batterienutzung erfolgt, so kann in beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen optional die dann vorliegende Selbstentladung der Batterie ausgeglichen werden, sodass der gewünschte Ladezustand SOC dann auch zu dem späteren tatsächlichen Nutzungszeitpunkt zur Verfügung steht. Dieser Ausgleich kann zum Beispiel durch weitere kurze Ladepulse in regelmäßigen Abständen erfolgen, wie dies in den 1a) und 1b) ganz rechts auf der Zeitachse angedeutet ist.If, contrary to expectations, the battery is not used at the time t use of the expected next use, then the self-discharge of the battery which is then present can optionally be compensated for in the two exemplary embodiments described above, so that the desired state of charge SOC is then also available at the later actual time of use. This compensation can take place, for example, by means of further short charging pulses at regular intervals, as is the case in the 1a ) and 1b ) is indicated on the far right on the timeline.

Claims (13)

Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie, bei welchem der Ladevorgang der Batterie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt (tNutz) einer nächsten Nutzung der Batterie und/oder dem bei einer nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand (SOCNutz) der Batterie gesteuert wird.Charging process for a rechargeable battery, in which the charging process of the battery is controlled as a function of the time (t Nutz ) of a next use of the battery and / or the state of charge (SOC Nutz ) of the battery required the next time the battery is used. Ladeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gesteuert wird.Loading method according to claim 1, characterized in that the charging process of the battery is also dependent is controlled by the battery temperature. Ladeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladwirkungsgrad unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie deutlich gesunken ist.Charging method according to claim 1 or 2, characterized in that the charging efficiency is evident immediately before the next use of the battery has dropped. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang der Batterie eine erste Ladeperiode (T1), in der die Batterie bis zu einem ersten Ladezustand geladen wird, und eine zweite Ladeperiode (T2), in der die Batterie bis zu einem zweiten Ladezustand größer als der erste Ladezustand (T2>T1) geladen wird, aufweist, wobei die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie liegt.Loading method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the charging process of the battery is a first charging period (T1) in which the battery is charged up to a first State of charge is loaded, and a second charging period (T2) in which the Battery up to a second state of charge greater than the first state of charge (T2> T1) is loaded, the second charging period immediately before the next use of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladezustand zwischen etwa 50% der Nennkapazität der Batterie und einem Ladezustand, bei dem der Ladewirkungsgrad noch nicht merklich gesunken und die Selbstentladerate noch nicht merklich gestiegen ist, beträgt.Loading method according to claim 4, characterized in that the first state of charge is between about 50% of the battery's nominal capacity and a state of charge in which the charging efficiency is not yet noticeable decreased and the self-discharge rate has not yet risen appreciably is, is. Ladeverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Ladeperiode (T1) und der zweiten Ladeperiode (T2) eine Ladepause (T3) vorgesehen ist, in welcher kein Laden der Batterie stattfindet, wobei die Länge der Ladepause zwischen der ersten und der zweiten Ladeperiode in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bestimmt wird.Charging method according to claim 4 or 5, characterized in that between the first charging period (T1) and the second charging period (T2) a charging pause (T3) is provided, in which the battery is not charged, the length of the charging pause between the first and the second charging period depending on the time (t Nutz ) of the next use of the battery is determined. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Ladeperiode (T1) die Batterie während einer Abkühlperiode (T4) in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gekühlt wird.Loading method according to one of claims 4 to 6, characterized in that before the first charging period (T1) the battery while a cooling period (T4) depending cooled by the battery temperature becomes. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer später als erwartet erfolgenden nächsten Nutzung der Batterie die Selbstentladung der Batterie durch regelmäßige kurze Ladepulse ausgeglichen wird.Loading method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a later than expected next Use the battery to self-discharge the battery through regular short Charge pulses is balanced. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie durch einen Benutzer eingegeben wird.Charging method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the time (t Nutz ) of the next use of the battery or the state of charge (SOC Nutz ) of the battery required the next time the battery is used is entered by a user. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie ermittelt wird.Charging method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the time (t Nutz ) of the next use of the battery or the state of charge (SOC Nutz ) of the battery required the next time the battery is used is determined from previous usage profiles of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie mittels eines adaptiven Verfahrens aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie selbständig ermittelt wird.Charging method according to claim 10, characterized in that the time (t Nutz ) of the next use of the battery or the state of charge (SOC Nutz ) of the battery required for the next use of the battery is determined independently by means of an adaptive method from previous usage profiles of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung von den vorherigen Nutzungsprofilen der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie bei Bedarf durch einen Benutzer oder ein Batteriesteuergerät eingestellt wird.Loading method according to claim 10 or 11, characterized in that in the event of a deviation the time (t Nutz ) of the next use of the battery or the state of charge (SOC Nutz ) of the battery required for the next use of the battery is set by the user or a battery control unit if necessary from the previous usage profiles. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederaufladbare Batterie eine wiederaufladbare Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs ist.Loading method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the rechargeable battery is a rechargeable battery an electric vehicle or a hybrid vehicle.
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