DE19959430A1 - Ladegerät und Ladeverfahren für die Batterie eines Elektrofahrzeuges - Google Patents

Abstract

Es werden ein Gerät und ein Verfahren zum Aufladen einer Elektrofahrzeug-Batterie beschrieben, welche Energie zum Aufladen empfängt und zum Liefern von Energie entladen wird. Eine Batterieladesteuerung detektiert einen Ladezustand der Batterie, um einen Ladevorgang zu steuern, und lädt nach Beendigung des Ladevorgangs, falls eine Differenz zwischen einer erwarteten Lademenge und einer tatsächlichen Lademenge oberhalb eines Bezugswertes liegt, die Batterie mit einer vorbestimmten Menge auf. Ein Batterielader empfängt externe Energie entsprechend der Steuerung durch die Batterieladesteuerung und lädt die Batterie auf. Die vorliegende Erfindung detektiert eine Verringerung der Kapazität der Batterie, die im Falle einer zu geringen Aufladung der Batterie auftritt, und lädt die Batterie entsprechend der verringerten Kapazität auf, um so die Kapazität der Batterie sowie deren Lebensdauer zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Gerät und ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeuges.

Anders bei einem Fahrzeug, das von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, bewegt sich ein Elektrofahrzeug durch Nutzung der begrenzten Energie einer Batterie, die aus Modulen besteht. Wenn die Energie verbraucht ist, muss die Batterie mit externer Energie geladen werden.

Ein Ladungszustand (SOC) gibt das Verhältnis der Menge an nutzbarem Strom (oder Ladung) zu einer zugeführten (oder geladenen) Strommenge an. Der SOC jedes Moduls der Batterie des Elektrofahrzeuges ändert sich in Abhängigkeit von ursprünglichen Spezifikationen bei der Herstellung, der Temperatur und der Impedanz der Module, oder der Menge kontinuierlicher Lade- und Entladezyklen.

Ein herkömmliches Batterieladeverfahren ist in drei Betriebsarten unterteilt. In der ersten Betriebsart mit konstanter Leistung (CP-Betriebsart) wird die Batterie am Anfang über einen vorbestimmten Spannungspegel mit voller Leistung geladen. In der zweiten Betriebsart mit konstantem Strom (CC1-Betriebsart) wird die Batterie mit einem Strom von 9 Ampere (A) geladen. Bei der dritten Betriebsart (CC2- Betriebsart) wird die Batterie mit einem Strom von 4,5 A geladen.

Wenn der Fahrer des Fahrzeuges allerdings den Ladestecker während des Ladevorgangs abzieht, oder wenn der Ladevorgang infolge eines anormalen Zustandes des Versorgungssystems unterbrochen wird, tritt eine sehr geringe Ladung auf. Eine zu geringe Ladung wird ebenfalls hervorgerufen, wenn der Ladevorgang infolge eines hohen Innenwiderstandes der Batteriemodule unterbrochen wird.

Die zu geringe Ladung verringert die Kapazität der Batterie, und beeinträchtigt daher die Leistung des Fahrzeuges.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes und eines Verfahrens zum Laden eines Elektrofahrzeuges, mit welchen eine verringerte Kapazität der Batterie detektiert wird, wenn die Batterie nicht vollständig aufgeladen wird, und die Batterie entsprechend dem verringerten Ausmaß aufgeladen wird, um so die Kapazität und die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen.

Bei einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Batterieladegerät eines Elektrofahrzeuges einen Batteriesatz auf, der durch Empfang von Energie aufgeladen wird, und zur Lieferung von Energie entladen wird; eine Batterieladesteuerung, welche den Ladezustand der Batterie, detektiert, um einen Ladevorgang zu steuern, und welche dann, nachdem der Ladevorgang beendet ist, falls eine Differenz zwischen einer erwarteten Lademenge und einer tatsächlich geldenen Menge oberhalb eines Bezugswertes liegt, die Batterie mit einer vorbestimmten Menge auflädt; sowie einen Batterielader zum Empfang externer Energie entsprechend der Steuerung durch die Batterieladesteuerung, und zum Laden der Batterie.

Die beigefügten Zeichnungen, welche in die Beschreibung eingeschlossen werden und einen Teil von dieser bilden sollen, erläutern eine Ausführungsform der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Batterieladegerätes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Batterieladeverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der nachstehenden, detaillierten Beschreibung wird nur die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und geschildert, durch Erläuterung der besten Art und Weise zur Ausführung der Erfindung, nach dem Verständnis des Erfinders bzw. der Erfinder. Es wird deutlich werden, dass die Erfindung in mehrfacher Hinsicht abgeändert werden kann, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Zeichnungen und die Beschreibung sollen daher zur Erläuterung dienen, jedoch nicht die Erfindung einschränken.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Batterieladegerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt weist das Batterieladegerät des Elektrofahrzeuges eine Batterieladesteuerung 10 auf, einen Batterielader 22, und einen Batteriesatz 30.

Die Batterieladesteuerung 10 überprüft den Zustand des Battersatzes 30, und gibt ein Steuersignal zum Aufladen des Batteriesatzes 30 aus. Der Batterielader 20 wandelt von außen zugeführte Energie in Gleichstromenergie (DC) um, und gibt, wenn ein Schalter S eingeschaltet wird, ein elektrisches Signal zum Laden des Batteriesatzes 30 aus.

Der Betriebsablauf des Batterieladegerätes eines Elektrofahrzeuges wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 anhand einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschildert.

Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines Batterieladeverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wenn ein Benutzer ein Elektrofahrzeug fährt, und die Batterie entladen ist, hält der Benutzer das Fahrzeug an, und verbindet einen Stecker mit einer Wechselstromversorgung (AC- Versorgung), und schaltet den Schalter S ein, um den Batteriesatz aufzuladen, im Schritt s10. Die Batterieladesteuerung 10 detektiert dann den ursprünglichen Ladezustand (SOCinitial) des Batteriesatzes 30 im Schritt s20, stellt eine erwartete Lademenge im Schritt s30 ein, und steuert den Batterielader 20 zum Aufladen des Batteriesatzes 30 im Schritt s40.

Externe Dreiphasen-Wechselstromenergie wird in Gleichstromenergie über einen Gleichrichter 21 umgewandelt, und die Batterie wird dadurch geladen, dass nacheinander die CP-Betriebsart mit umgewandelter niedriger Energie, die CC1- Betriebsart mit einem Strom von 9 A, und die CC2-Betriebsart mit einem Strom von 4,5 A eingesetzt werden.

Gleichzeitig detektiert im Schritt s60 die Batterieladesteuerung 10 den Ladezustand des Batteriesatzes 30.

Im Schritt s50 ist, wenn der Batteriesatz den Zustand der vollständigen Ladung erreicht, der Ladevorgang beendet, und falls dies nicht der Fall ist, wird die Energiemenge, mit welcher tatsächlich der Batteriesatz geladen wird, kontinuierlich aufsummiert.

Im Falle einer normalen Beendigung der Aufladung, oder wenn der Ladevorgang deswegen beendet ist, da ein Zustand mit geringer Aufladung vorhanden ist, da eins der Module des Batteriesatzes 30 einen hohen Widerstand aufweist, oder da ein anormaler Zustand des Versorgungssystems vorhanden ist, vergleicht die Batterieladesteuerung 10 im Schritt s70 die tatsächlich geladene Menge mit der erwarteten Lademenge, die auf der Grundlage des Wertes SOCinitial festgelegt wurde.

Wenn das Ergebnis des Vergleichs einen größeren Wert als drei Amperestunden (Ah) angibt, also einen größeren Wert als diesen Bezugswert, steuert die Batterieladesteuerung 10 den Batterielader 20 so, dass der Batteriesatz mit einem gleichmäßigen Strom von 2 A geladen wird, im Schritt s90, damit eine zusätzliche Lademenge größer als 1,5 Ah ist, gemäß Schritt s100. Wenn die zusätzliche Lademenge größer als 1,5 Ah ist, lädt der Batterielader den Batteriesatz nicht weiter.

Die Batterieladesteuerung 10 stellt dann eine Anzeige des Ladezustandes des Batteriesatzes 30 auf den vollständig geladenen Zustand ein, also SOCfinal = 100%, und dann ist der Ladevorgang im Schritt s110 beendet.

Die vorliegende Erfindung detektiert eine Abnahme der Kapazität der Batterie, die im Falle einer zu geringen Aufladung der Batterie auftritt, und lädt die Batterie entsprechend der verringerten Kapazität auf, um so die Kapazität der Batterie und deren Lebensdauer zu erhöhen.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang damit beschrieben, was momentan als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die geschilderten Ausführungsformen beschränkt ist. Ganz im Gegensatz soll die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen einschließen, die innerhalb des Wesens und Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims (5)

1. Batterieladegerät eines Elektrofahrzeuges, mit:
einem Batteriesatz, der Energie zum Laden empfängt, und zum Liefern von Energie entladen wird;
einer Batterieladesteuerung, die den Zustand der Batterie detektiert, um einen Ladevorgang zu steuern, und dann, nachdem der Ladevorgang beendet ist, falls eine Differenz zwischen einer erwarteten Lademenge und einer tatsächlichen Lademenge oberhalb eines Bezugswertes liegt, die Batterie mit einer vorbestimmten Menge lädt; und
einem Batterielader, der externe Energie entsprechend der Steuerung durch die Batterieladesteuerung empfängt, und die Batterie auflädt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Schalter vorhanden ist, der von einem Benutzer angeschaltet oder ausgeschaltet wird, um so externe Energie zuzuführen bzw. diese Energiezufuhr zu unterbrechen.

3. Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeuges mit folgenden Schritten:

• a) Detektieren des ursprünglichen Ladezustandes eines Batteriesatzes;
• b) Einstellung einer erwarteten Lademenge entsprechend dem ursprünglichen Ladezustand, und Aufladen des Batteriesatzes;
• c) Berechnen einer Differenz zwischen der erwarteten Lademenge und einer tatsächlichen Menge, mit welcher die Batterie geladen wird, nachdem ein Ladevorgang des Batteriesatzes beendet ist; und
• d) weiteres Aufladen der Batterie mit einer vorbestimmten Menge, wenn die berechnete Differenz größer als ein Bezugswert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin der Schritt der Einstellung eines Ladezustandes des Batteriesatzes auf einen vollständig geladenen Zustand vorgesehen ist, und der Beendigung des Ladevorganges, wenn die berechnete Differenz kleiner als ein Bezugswert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin der Schritt der Einstellung eines Ladezustandes des Batteriesatzes auf einen vollständig geladenen Zustand vorgesehen ist, und der Beendigung des Ladevorgangs nach dem Schritt (d).