DE4403207A1 - Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer Traktionsbatterie - Google Patents
Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer TraktionsbatterieInfo
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- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere
einer Traktionsbatterie mit einer mit steigender Ladespannung und fallendem
Ladestrom arbeitenden Ladecharakteristik (W-Ladekennlinie), bei dem der La
devorgang beendet wird, nachdem unter Berücksichtigung von Netzspan
nungsschwankungen an der Primärseite des Ladetransformators der an der
Sekundärseite bereitgestellte Ladestrom einen Konstantwert erreicht hat.
Akkumulatorenbatterien und insbesondere Traktionsbatterien werden heute
nahezu ausschließlich nach zwei Methoden geladen, welche sich anhand der
verwendeten Kennlinien unterscheiden lassen. Bei dem Ladevorgang nach der
sogenannten IU-Kennlinie wird in der ersten Ladephase mit konstantem Strom
geladen, anschließend dann mit konstanter Spannung und fallendem Strom.
Diese Ladetechnik erfordert einen relativ hohen technischen Aufwand, so daß
Batterieladungen gemäß der IU-Kennlinie insbesondere zum Laden von Trak
tionsbatterien in Großladeanlagen verwendet werden, wobei u. a. die Möglich
keit schneller Zwischenladungen genutzt wird.
Bei der W-Ladekennlinie erfolgt die Ladung während der gesamten Zeitdauer
bei steigender Spannung und fallendem Ladestrom. Nachteilig bei diesem
ansonsten sehr einfachen, aber wirkungsvollen Ladeverfahren ist eine sehr
starke Netzabhängigkeit der Kennlinie, die es ohne weitergehende Maßnahmen
nahezu unmöglich macht, ein sicheres Abschaltkriterium zur Beendigung des
Ladevorgangs zu finden. Abschaltkriterium ist nämlich bei den in der Praxis
verwendeten Geräten mit W-Kennlinie, daß eine Überwachung der
Batteriespannung erfolgt und beim Erreichen eines festen Spannungswertes
eine konstante oder variable Nachladezeit eingeleitet wird. Ein weiteres
bewährtes Kriterium für die Erkennung einer vollgeladenen Batterie ist, daß der
Ladestrom über eine vorgegebene Zeit einen konstanten oder zumindest
nahezu konstanten Verlauf aufweist. Die Erkennung eines konstanten
Stromverlaufes setzt jedoch voraus, daß keine nennenswerten Stromschwan
kungen auftreten, wie sie bei starken Netzspannungsschwankungen unaus
weichlich sind.
Um Netzspannungsschwankungen von vornhinein auszuschließen und damit
ein sicheres Abschaltkriterium zur Beendigung des Ladeverfahrens zu erhalten,
ist in der DE 29 08 544 C2 beschrieben worden, anstelle eines ungeregelten
und ungesteuerten Ladungstransformators einen magnetischen Span
nungskonstanthalter zu verwenden, mit dem sich Netzspannungsänderungen
während des Ladens der Traktionsbatterie sicher aussteuern lassen. Ein sol
cher magnetischer Spannungskonstanthalter stellt jedoch ein regelndes bzw.
stabilisierendes Bauelement innerhalb des Leistungskreises des Batterieladege
rätes dar, so daß die technische Realisierung in der Regel aufwendig ist. Die
ser Aufwand steht in einem ungünstigen Verhältnis zu dem überaus einfachen
und bewährten Ladeprinzip gemäß der unstabilisierten W-Kennlinie.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit fallendem La
destrom arbeitendes Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere ei
ner Traktionsbatterie zu schaffen, welches als bewährtes Abschaltkriterium
den Verlauf des Ladestroms in der Ladeschlußphase bei behält, welches aller
dings ohne regelnde oder stabilisierende Bauelemente im Leistungskreis des
Ladegerätes auskommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Erzeugung des
Ladestroms in einem ungeregelten Ladetransformator erfolgt, und daß die an
der Primärseite anliegende Netzspannung oder der Ladestrom oder die
Ladespannung laufend erfaßt und zusammen mit weiteren Informationen in
Form von Meßwerten einer Interpretationseinheit zugeführt wird, in der die
Informationen anhand in der Interpretationseinheit abgelegter Regeln zu
Aussagen verarbeitet werden, denen jeweils ein Wahrheitswert zwischen 0
(Unwahrheit) und 1 (Wahrheit) zugeordnet wird, wobei die so gewichteten
Aussagen anschließend zu einer dualen Endaussage verknüpft werden, die
entweder auf Fortsetzung oder auf Beendigung des Ladevorgangs lautet.
Der entscheidende Vorteil der Erfindung besteht also darin, daß auf regelnde
oder stabilisierende Bauelemente im Leistungskreis des Ladegerätes verzichtet
werden kann. Gegenüber dem in der DE 29 08 544 C2 offenbarten Ladever
fahren kann daher auf den aufwendigen magnetischen Spannungskonstanthal
ter verzichtet werden. Statt dessen kommt ein einfacher, ungeregelter Lade
transformator zum Einsatz.
Hingegen macht sich das Verfahren weiterhin die Vorteile der mit fallendem
Ladestrom arbeitenden Ladecharakteristik (W-Ladekennlinie) zunutze. Der ent
scheidende Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, ein sehr einfaches, jedoch
sicheres und batteriephysikalisch absolut zuverlässiges Abschaltprinzip zu
verwenden, bei dem der konstante oder nahezu konstante Ladestrom in der
Ladeschlußphase herangezogen wird, um die Beendigung des Ladevorgangs
einzuleiten. Der Ladevorgang kann beispielsweise dann beendet werden, wenn
bei Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen, positiven und von Null
verschiedenen Mindestdifferenz zwischen zwei Ladeströmen ein diese Diffe
renz beschreibender Wert gespeichert wird und bei einer mindestens zweimal
unmittelbar hintereinander erfolgenden Speicherung desselben Wertes von ei
nem Abschluß des Ladevorgangs ausgegangen wird.
Die hierzu erforderliche, exakte Messung des Ladestroms setzt bei einem
Verfahren gemäß Stand der Technik allerdings voraus, daß die Größe des La
destroms sich allein aus dem Fortschritt des Ladevorgangs ergibt, und hierbei
keine anderen Faktoren eine Rolle spielen. I.d.R. unterliegt jedoch die an der
Primärseite des Ladetransformators anliegende Netzspannung größeren
Schwankungen, die sich auch auf die Größe des Ladestroms auswirken. Bei
der Entscheidung, ob der Ladestrom keiner nennenswerten Änderung mehr
unterliegt und damit die Beendigung des Ladevorgangs angenommen werden
kann, ist daher zu berücksichtigen, ob der gemessene Ladestrom unter
"normalen" Bedingungen der Netzspannung zustandegekommen ist, oder ob
der Wert des Ladestroms im Meßzeitpunkt durch Ausschläge im zur Verfü
gung stehenden Versorgungsnetz beeinflußt ist.
Bei der Erfindung werden die durch Netzspannungsänderungen hervorgerufe
nen, oft beträchtlichen Schwankungen des Ladestroms bewußt in Kauf ge
nommen. Allerdings wird die an der Primärseite anliegende Netzspannung oder
die Ladespannung oder der Ladestrom laufend erfaßt und zusammen mit
weiteren Informationen in Form von Meßwerten einer Interpretationseinheit
zugeführt. Die so gewonnenen Informationen werden anhand von Regeln, die
in der Interpretationseinheit abgelegt sind, zu logischen Aussagen verarbeitet,
denen jeweils ein Wahrheitswert zugeordnet wird. Dieser Wahrheitswert
beträgt im geringsten Falle 0, d. h. die gewonnene Aussage wird als unwahr
angesehen. Im Höchstfalle beträgt der Wahrheitswert 1, d. h. die Aussage wird
gemäß den in der Interpretationseinheit abgelegten Regeln als uneingeschränkt
wahr angesehen. Die so gewichteten Aussagen werden anschließend zu einer
dualen Endaussage verknüpft, die entweder "Ja" oder "Nein" lauten kann. Die
Endaussage lautet "Ja", wenn aufgrund der vorliegenden Informationen sowie
Wahrheitswerte eine um die Netzspannungsänderung bereinigte Konstanz des
Ladestromes angenommen werden kann, auch wenn der tatsächliche Verlauf
des Ladestroms nicht konstant ist. Geht die Interpretationseinheit gemäß den
abgespeicherten logischen Regeln hingegen davon aus, daß unter
Berücksichtigung der gemessenen Netzspannungsänderungen eine Konstanz
des Ladestroms noch nicht vorliegt, lautet die duale Endaussage "Nein", und
der Ladevorgang wird fortgesetzt. Diese Abfrage wird entweder in
vorgegebenen Zeitabständen wiederholt, oder kontinuierlich durchgeführt.
Die Abläufe in der Interpretationseinheit können beispielsweise dadurch einge
leitet werden, daß zunächst der Ladungsverlauf für die Größen Ladestrom, La
despannung und eingeladene Ladungsmenge als Funktion der Ladezeit aufge
zeichnet werden. Die in den so ermittelten Kurven erhaltenen Informationen in
Form charakteristischer Eckpunkte oder eines qualitativen Kurvenverlaufs be
dürfen dann anschließend der Interpretation. Diese erfolgt mit unscharfen Be
schreibungsmitteln der sog. "Fuzzy Logik". Grundlage der vorgenommenen
Interpretation sind experimentell erarbeitete und abgespeicherte Ladesituatio
nen. Hierzu werden in zuvor gefahrenen Versuchen eine Vielzahl von Batterie
ladungen mit variierenden Parametern hinsichtlich Batterietyp, Batteriealter,
Entladungstiefe, Temperatur, primäre Netzschwankungen usw. durchgeführt.
Die Ergebnisse werden aufgezeichnet und hinsichtlich Ursache und Wirkung
analysiert. Aus dieser Analyse werden Regeln abgeleitet, die geräteintern in
der Interpretationseinheit abgespeichert werden. Die Regeln folgen dem
Schema
IF (X IS A) THEN (Y IS B).
In dieser logischen Aussage bildet der Term (X is A) den Antizendenten und
der Term (Y is B) die Konklusion.
Eine nach diesem Schema aufgebaute Regel kann z. B. besagen, daß, sofern
sich der aktuelle Ladestrom stark vom vorherigen Ladestrom gemäß dem vor
angegangenen Meßwert unterscheidet, dann eine mittlere Netzspannungsän
derung an der Primärseite des Transformators vorliegt.
Für jede der nach diesem Schema aufgebauten Regeln ist ferner deren zwi
schen 0 und 1 liegender Wahrheitswert festzulegen. Wahrheitswerte werden
ferner für das Ergebnis A des Antizendenten sowie den aus diesen beiden
Wahrheitswerten resultierenden Wert für die Konklusion bestimmt.
In einem letzten Schritt werden die einzelnen Regeln miteinander verknüpft
und hieraus eine Aussage mit hoher Wahrscheinlichkeit abgeleitet. Sämtliche
unscharfen Aussagen werden in einer anschließenden Defuzzifizierungsstufe
zusammengefaßt und zu einer mit hoher Sicherheit richtigen, scharfen Aussa
ge verknüpft. Diese lautet entweder auf Fortsetzung oder auf Beendigung des
Ladevorgangs.
Claims (1)
- Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer Traktionsbatterie mit einer mit steigender Ladespannung und fallendem Ladestrom arbeitenden Ladecharakteristik (W-Ladekennlinie), bei dem der Ladevorgang beendet wird, nachdem unter Berücksichtigung von Netzspannungsschwankungen an der Primärseite des Ladetransformators der an der Sekundärseite bereitgestellte Ladestrom einen Konstantwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Ladestroms in einem ungeregelten Ladetransformator erfolgt, und daß die an der Primärseite anliegende Netzspannung oder der Ladestrom oder die Ladespannung laufend erfaßt und zusammen mit weiteren Informationen in Form von Meßwerten einer Interpretationseinheit zugeführt wird, in der die Informationen anhand in der Interpretationseinheit abgelegter Regeln zu Aussagen verarbeitet werden, denen jeweils ein Wahrheitswert zwischen 0 (Unwahrheit) und 1 (Wahrheit) zugeordnet wird, wobei die so gewichteten Aussagen anschließend zu einer dualen Endaussage verknüpft werden, die entweder auf Fortsetzung oder auf Beendigung des Ladevorgangs lautet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4403207A DE4403207A1 (de) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer Traktionsbatterie |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4403207A DE4403207A1 (de) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer Traktionsbatterie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4403207A1 true DE4403207A1 (de) | 1995-08-10 |
Family
ID=6509322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4403207A Ceased DE4403207A1 (de) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | Verfahren zum Laden einer Batterie und insbesondere einer Traktionsbatterie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4403207A1 (de) |
Citations (4)
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-
1994
- 1994-02-03 DE DE4403207A patent/DE4403207A1/de not_active Ceased
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