EP4449575A1 - Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen - Google Patents

Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen

Info

Publication number
EP4449575A1
EP4449575A1 EP22836063.2A EP22836063A EP4449575A1 EP 4449575 A1 EP4449575 A1 EP 4449575A1 EP 22836063 A EP22836063 A EP 22836063A EP 4449575 A1 EP4449575 A1 EP 4449575A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
charging
temperature
operating
charging process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22836063.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henrick Brandes
Moritz Braeuchle
Ian Faye
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4449575A1 publication Critical patent/EP4449575A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/971—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/975—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/977—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/92—Regulation of charging or discharging current or voltage with prioritisation of loads or sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/50—Control modes by future state prediction
    • B60L2260/56—Temperature prediction, e.g. for pre-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method for charging and operating a battery, a device for carrying out a method for charging and operating a battery and a use of such a device according to the preamble of the independent patent claims.
  • Lithium-ion batteries are particularly suitable for this due to their comparatively low self-discharge and relatively high energy density.
  • Such a lithium-ion battery typically has multiple battery modules, which in turn include multiple battery cells.
  • a method for operating a battery in a motor vehicle is known from document DE 10 2017 210303 B3, the battery being charged in its charging operating state with a rapid charging device. The process ends when a maximum permissible charging temperature is reached.
  • the battery is charged in a charging process, with a maximum permissible predictive charging temperature of the battery being specified during the charging process as a function of a specifiable operating state of the battery following the charging process in such a way that the maximum operating temperature of the battery during the subsequent specifiable operating state is lower or is equal to a maximum allowable operating temperature of the battery.
  • a battery which is used in an electric vehicle, for example, is charged, e.g. with a charging station on a motorway, and it is foreseeable that the electric vehicle will continue to drive with a high load and/or speed and the associated high thermal losses following the charging process.
  • the cooling capacity of the electric vehicle is not sufficient to dissipate the thermal losses that occur due to the high load and/or speed. The consequence is that there is a thermally induced curtailment of the electric vehicle.
  • the method according to the invention is intended to prevent this by adapting the maximum permissible charging temperature taking into account the predicted subsequent driving and load profile.
  • the temperature of the battery increases due to thermal losses as a result of the internal resistance of the battery and above all with higher charging power.
  • the temperature of the battery is allowed to rise up to the maximum permissible operating temperature of the battery until the higher charging power is regulated to prevent the maximum permissible operating temperature from being exceeded.
  • the curtailment of the higher charging power and the associated reduction in thermal losses is necessary because the performance of a cooling system provided for the battery is reaching its limits, especially when considering other drive components of an electric vehicle, and sufficient heat can no longer be dissipated from the battery.
  • the temperature of the battery is then kept at this maximum permissible operating temperature at most until the end of the charging process.
  • the battery temperature is still below or at the maximum permissible operating temperature.
  • the battery is then operated in the form of, for example, a subsequent drive of the electric vehicle.
  • the power output is then limited, for example when driving on, so that the maximum permissible operating temperature is not exceeded while driving. This limitation of the output power is necessary because the drawing of energy from the battery also results in losses in the battery and the same would continue to heat up.
  • the maximum permissible charging temperature of the battery is determined as a function of at least one state of health of the battery. Alternatively or additionally, it is advantageous if the maximum permissible charging temperature of the battery is determined as a function of the battery's state of charge.
  • the maximum permissible charging temperature of the battery is determined taking into account at least one existing charging power during the charging process. Alternatively or additionally, it is advantageous if the maximum permissible charging temperature of the battery is determined taking into account at least one expected charging power or one expected charging power curve during the charging process. In addition, it is advantageous if the maximum permissible charging temperature of the battery is determined taking into account any heat development in the battery in the operating state. Alternatively or additionally, it is advantageous if the maximum permissible charging temperature of the battery is determined taking into account an expected heat development in the battery in the operating state.
  • the battery is cooled with a cooling device in the operating state, the maximum permissible charging temperature of the battery being determined taking into account a maximum available cooling capacity of the cooling device.
  • the battery is cooled with the cooling device in the operating state, the maximum permissible charging temperature of the battery being determined taking into account an expected maximum available cooling capacity of the cooling device.
  • a device for performing a method for charging and operating a battery is provided.
  • the device comprises a control unit for controlling a charging process of the battery and a simulation unit.
  • the simulation unit is designed to determine a maximum permissible charging temperature of the battery during the charging process as a function of a predefinable operating state of the battery that follows the charging process.
  • the simulation unit is also designed to determine the maximum permissible charging temperature of the battery, taking into account any heat development in the battery that is present in the operating state.
  • the simulation unit is also designed to determine the maximum permissible charging temperature of the battery, taking into account an expected heat build-up in the battery in the operating state.
  • the device according to the invention is used in an at least partially electrically powered vehicle.
  • FIG. 1 shows an exemplary course of a charging and operating temperature in a method for charging and operating a battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of a device for carrying out a method for charging and operating a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary curve 10 of a charging and operating temperature Ti.Tj over time t in a method for charging and operating a battery according to an embodiment of the present invention.
  • the battery is prepared for a charging process 12 in which the temperature of the battery is reduced to an initial charging temperature T o , for example.
  • the loading process 12 is carried out, for example, with the aid of a snow loading device.
  • the charging temperature T t rises, for example due to thermal losses in the battery at higher charging power.
  • the temperature rise is permitted up to a maximum permissible predictive charging temperature T i.max of the battery.
  • the maximum permissible predictive charging temperature T limax of the battery is reached at the end of the charging process 12 at a first point in time, for example. This maximum permissible charging temperature T l ma is therefore the target value for the charging process 12.
  • the battery is in an operating state 14.
  • the battery is used, for example, to drive an electric machine in an electric vehicle.
  • the operating temperature ⁇ of the battery increases in the operating state 14, for example up to a maximum operating temperature T 2 max .
  • T Z max is, for example, lower than a maximum permissible operating temperature T raax of the battery.
  • the maximum permissible operating temperature T max of the battery is dependent, for example, on the state of health of the battery.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a device 20 for carrying out a method for charging and operating a battery 30 with a profile 10 of a charging and operating temperature shown schematically over time t according to FIG.
  • the device 20 is electronically coupled to the battery 30, for example, which is charged with a charging device 32, for example.
  • the charging device 32 can be a charging station on a freeway, for example.
  • the device 20 comprises, for example, at least one temperature sensor 22 for detecting at least one temperature of the battery 30 that is present in real time.
  • This at least one present temperature can be, for example, a representative charging temperature T t of the battery 30 during the charging process 12 or the operating temperature T 2 of the battery 30 in the operating state 14.
  • the device 20 includes a control unit 24, which is used to start the charging process 12 of the battery 30 and to specify the duration and the course of the charging process 12 of the battery 30.
  • the control unit 24 is electronically coupled to a simulation unit 26, for example, which is provided in a preferably central control unit of a vehicle, so that information such as cooling requirement and cooling capability, external conditions, predicted driving or load profile of the vehicle can be processed more directly.
  • the simulation unit 26 is used to determine the maximum permissible predictive charging temperature T 1 max of the battery 30 during the charging process 12 , taking into account, for example, a loss characteristics field of the battery 30 in the operating state 14 .
  • the simulation unit 26 is used to determine the maximum permissible charging temperature T t max as a setpoint for the charging process 12 of the battery 30 to pretend The operating state 14 of the battery 30 occurs, for example, after the charging process 12 of the battery 30.
  • Device 20 also includes a cooling device 28 electronically coupled to simulation unit 26, for example, which is used to cool battery 30 with a coolant such as water, for example, and thus to reduce the temperature of battery 30 to the initial charging temperature T at the start time t 0 of charging process 12 o to reduce.
  • a cooling device 28 electronically coupled to simulation unit 26, for example, which is used to cool battery 30 with a coolant such as water, for example, and thus to reduce the temperature of battery 30 to the initial charging temperature T at the start time t 0 of charging process 12 o to reduce.
  • the device 20 is used, for example, in an at least partially electrically powered vehicle such as an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (Hybrid Electric Vehicle, HEV) or in a plug-in hybrid vehicle (Plug-In Hybrid Electric vehicle, PHEV).
  • EV electric vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • PHEV plug-In Hybrid Electric vehicle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie (30) beschrieben, wobei die Batterie (30) in einem Ladevorgang (12) geladen wird. Dabei ist vorgesehen, dass eine maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (T1,max) der Batterie (30) während des Ladevorgangs (12) in Abhängigkeit von einem dem Ladevorgang (12) nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustand (14) der Batterie (30) derart vorgegeben wird, dass die maximale Betriebstemperatur (T2,max) der Batterie (30) während des Betriebszustandes (14) kleiner oder gleich einer maximal zulässigen Betriebstemperatur (Tmax) der Batterie (30) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Laden und Betreiben einer Baterie, Vorrichtung und Verwendung einer solchen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie, eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie und eine Verwendung einer solchen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Zur Umsetzung der Elektromobilität werden wieder aufladbare Baterien zur mehrfachen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie verwendet. Dafür sind Lithium-Ionen-Baterien aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Selbstentladung und relativ hohen Energiedichte besonders geeignet. Eine derartige Lithium-Ionen-Baterie weist typischerweise mehrere Bateriemodule auf, welche wiederum mehrere Batteriezellen umfassen.
Aus dem Dokument DE 10 2017 210303 B3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Baterie in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Baterie in dessen Ladebetriebszustand mit einer Schnellladeeinrichtung geladen wird. Das Verfahren wird hierbei beendet, wenn eine maximal zulässige Ladetemperatur erreicht ist.
Offenbarung der Erfindung Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie, eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie und eine Verwendung einer solchen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Batterie in einem Ladevorgang geladen, wobei eine maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur der Batterie während des Ladevorgangs in Abhängigkeit von einem dem Ladevorgang nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustand der Batterie derart vorgegeben wird, dass die maximale Betriebstemperatur der Batterie während des nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustandes kleiner oder gleich einer maximal zulässigen Betriebstemperatur der Batterie ist.
Erfolgt das Laden einer Batterie, welche beispielsweise in einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird, z.B. mit einer Ladesäule an einer Autobahn und es ist abzusehen, dass die dem Ladevorgang nachfolgende Fahrt des Elektrofahrzeuges mit hoher Last und/oder Geschwindigkeit und damit einhergehenden hohen thermischen Verlusten fortgesetzt wird, reicht in vielen Fällen, z.B. sofern zusätzlich die Fahrzeugkabine klimatisiert werden muss, die Kühlleistung des Elektrofahrzeugs nicht aus, die aufgrund der hohen Last und/oder Geschwindigkeit verstärkt auftretenden thermischen Verluste abzuführen. Folge ist, dass es zu einem thermisch bedingten Abregeln des Elektrofahrzeugs kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren soll dies verhindern, indem eine Anpassung der maximal zulässigen Ladetemperatur unter Berücksichtigung des prädizierten nachfolgenden Fahr- und Lastprofils erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So ist es von Vorteil, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie am Ende des Ladevorgangs nicht überschritten wird.
Während des Ladevorgangs steigt die Temperatur der Batterie aufgrund von thermischen Verlusten infolge des Innenwiderstands der Batterie und vor allem bei höherer Ladeleistung an. Der Temperaturanstieg der Batterie wird bis zu der maximal zulässigen Betriebstemperatur der Batterie zugelassen bis dann die höhere Ladeleistung abgeregelt wird, um ein Überschreiten der maximal zulässigen Betriebstemperatur zu verhindern. Die Abregelung der höheren Ladeleistung und die damit einhergehende Reduzierung der thermischen Verluste wird notwendig, da die Leistungsfähigkeit eines für die Batterie vorgesehen Kühlsystems insbesondere z.B. unter Berücksichtigung anderer Antriebskomponenten eines Elektrofahrzeuges an ihre Grenzen gerät und nicht mehr hinreichend Wärme aus der Batterie abgeführt werden kann.
Auf höchstens dieser maximal zulässigen Betriebstemperatur wird die Temperatur der Batterie dann bis zum Ende des Ladevorgangs etwa gehalten. Mit Ende des Ladevorgangs liegt die Temperatur der Batterie dann weiterhin unterhalb oder auf der maximal zulässigen Betriebstemperatur. Auf diesem Temperaturniveau wird dann ein Betriebsvorgang der Batterie in Form beispielsweise einer darauffolgenden Fahrt des Elektrofahrzeugs angetreten. Als Folge der relativ hohen Batterietemperatur findet dann beispielsweise auf der Weiterfahrt eine Limitierung der Abgabeleistung statt, um auch während der Fahrt die maximal zulässige Betriebstemperatur nicht zu überschreiten. Diese Limitierung der Abgabeleistung ist nötig, da durch die Entnahme von Energie aus der Batterie auch Verluste in der Batterie entstehen und dieselbe weiter aufheizen würden.
Für den Fall höherer Last, z.B. durch höhere Geschwindigkeiten, Steigungen, Anhängerbetrieb oder hohe Außentemperaturen, tritt verbreitet das Problem auf, dass die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems nicht mehr ausreicht, längerfristig und dauerhaft auftretende Verlustleistungen insbesondere in Kombination mit weiteren Kühlanforderungen z.B. der Fahrzeugkabine bzw. der Insassen abzuführen. So steht für die zuvor genannten Fälle nach dem Ladevorgang nur eine begrenzte Leistung der Batterie zur Verfügung und stellt eine spürbare Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Elektrofahrzeuges für den Fahrer dar. Dies kann beispielsweise bei Überholvorgängen sogar sicherheitsrelevant werden. Um diesem Zustand entgegenzuwirken kann das gesamte Kühlsystem angepasst und vergrößert werden, was mit wesentlichen Kosten einhergeht und eine wesentliche Änderung der Luftwärmetauscher und Lufteinlässe oder zusätzliche Maßnahmen auf der Ladeinfrastrukturseite zur Folge hat. Fahrzeugseitige Maßnahmen wiederrum haben einen wesentlichen Einfluss auf das Design der Fahrzeugfront. Diese gravierenden Änderungen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden, indem die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie am Ende des Ladevorgangs nicht überschritten wird und die Situation einer eingeschränkten Leistungsfähigkeit der Batterie möglichst vermieden wird.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie in Abhängigkeit von zumindest einem Gesundheitszustand der Batterie bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Batterie bestimmt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung zumindest einer vorliegenden Ladeleistung während des Ladevorgangs bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung zumindest einer zu erwartenden Ladeleistung oder eines zu erwartenden Ladeleistungsverlaufs während des Ladevorgangs bestimmt wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer vorliegenden Wärmeentwicklung in der Batterie in dem Betriebszustand bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer zu erwartenden Wärmeentwicklung in der Batterie in dem Betriebszustand bestimmt wird.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Batterie in dem Betriebszustand mit einer Kühleinrichtung gekühlt wird, wobei die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer vorliegenden maximal verfügbaren Kühlleistung der Kühleinrichtung bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Batterie in dem Betriebszustand mit der Kühleinrichtung gekühlt wird, wobei die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer zu erwartenden maximal verfügbaren Kühlleistung der Kühleinrichtung bestimmt wird. Diese Maßnahmen bieten den Vorteil, dass am Ende des Ladevorgangs eine Temperaturreserve in der Batterie vorgehalten wird, sodass im darauffolgenden Betriebszustand der Batterie die maximal zulässige Betriebstemperatur der Batterie durch die starke Belastung voraussichtlich nicht überschritten wird. Dies geschieht unter Berücksichtigung der maximal verfügbaren Kühlleistung, des zu erwartenden Ladeleistungsverlaufs und der zu erwartenden Wärmeentwicklung der Batterie unter Berücksichtigung aller weiteren zu kühlenden Wärmequellen des Fahrzeugs. Dadurch wird die gewünschte Leistungsfähigkeit der Batterie nach dem Ladevorgang sichergestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie bereitgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit zum Steuern eines Ladevorgangs der Batterie und eine Simulationseinheit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Simulationseinheit dazu auslegt ist, eine maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie während des Ladevorgangs in Abhängigkeit von einem dem Ladevorgang nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustand der Batterie zu ermitteln.
So ist es von Vorteil, wenn die Simulationseinheit weiterhin dazu auslegt ist, die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer vorliegenden Wärmeentwicklung in der Batterie in dem Betriebszustand zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Simulationseinheit weiterhin dazu auslegt ist, die maximal zulässige Ladetemperatur der Batterie unter Berücksichtigung einer zu erwartenden Wärmeentwicklung in der Batterie in dem Betriebszustand zu ermitteln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet Anwendung in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
Kurze Beschreibung der Figuren In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 einen beispielhaften Verlauf einer Lade- und Betriebstemperatur bei einem Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 2 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 ist ein beispielhafter Verlauf 10 einer Lade- und Betriebstemperatur Ti.Tj über der Zeit t bei einem Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Zu einem Startzeitpunkt t0 eines Ladevorgangs 12 wird die Batterie auf einen Ladevorgang 12 vorbereitet, in dem die Temperatur der Batterie beispielsweise auf eine anfängliche Ladetemperatur To reduziert wird. Der Ladevorgang 12 wird beispielsweise mithilfe einer Schneiladeeinrichtung durchgeführt. Während des Ladevorgangs 12 steigt die Ladetemperatur Tt beispielsweise aufgrund von thermischen Verlusten in der Batterie bei höherer Ladeleistung an. Der Temperaturanstieg wird bis zu einer maximal zulässigen prädiktive Ladetemperatur Ti.max der Batterie zugelassen. Dabei wird die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur Tlimax der Batterie am Ende des Ladevorgangs 12 zu einem ersten Zeitpunkt beispielsweise erreicht. Diese maximal zulässige Ladetemperatur Tl ma gilt somit als Sollwert für den Ladevorgang 12.
Ab dem ersten Zeitpunkt befindet sich die Batterie in einem Betriebszustand 14. In diesem Betriebszustand 14 bis zu einem zweiten Zeitpunkt tz wird die Batterie beispielsweise zum Antreiben einer elektrischen Maschine in einem Elektrofahrzeug verwendet. Die Betriebstemperatur ^ der Batterie steigt in dem Betriebszustand 14 z.B. bis zu einer maximalen Betriebstemperatur T2 max an. Der Temperaturanstieg erfolgt hierbei z.B. aufgrund von thermischen Verlusten infolge eines Innenwiderstands der Batterie. Die maximale Betriebstemperatur TZ max ist beispielsweise kleiner als eine maximal zulässige Betriebstemperatur Traax der Batterie. Dabei ist die maximal zulässige Betriebstemperatur Tmax der Batterie beispielsweise abhängig von einem Gesundheitszustand der Batterie.
In Figur 2 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 20 zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie 30 mit einem Verlauf 10 einer Lade- und Betriebstemperatur über der Zeit t gemäß Figur 1 schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung 20 ist beispielsweise elektronisch mit der Batterie 30 gekoppelt, welche z.B. mit einer Ladeeinrichtung 32 geladen wird. Die Ladeeinrichtung 32 kann beispielsweise eine Ladesäule an einer Autobahn sein.
Die Vorrichtung 20 umfasst beispielsweise mindestens einen Temperatursensor 22 zum Erfassen zumindest einer in Echtzeit vorliegenden Temperatur der Batterie 30. Diese zumindest eine vorliegende Temperatur kann beispielsweise eine repräsentative Ladetemperatur Tt der Batterie 30 während des Ladevorgangs 12 oder die Betriebstemperatur T2 der Batterie 30 in dem Betriebszustand 14 sein.
Weiter umfasst die Vorrichtung 20 eine Steuereinheit 24, welche dazu dient, den Ladevorgang 12 der Batterie 30 zu starten und die zeitliche Dauer sowie den Verlauf des Ladevorgangs 12 der Batterie 30 vorzugeben. Die Steuereinheit 24 ist beispielsweise mit einer Simulationseinheit 26 elektronisch gekoppelt, welche in einem bevorzugt zentralen Steuergerät eines Fahrzeuges vorgesehen ist, sodass eine unmittelbarere Prozessierung von Informationen wie z.B. Kühlbedarf und Kühlfähigkeit, Außenbedingungen, prädiziertes Fahr- bzw. Lastprofil des Fahrzeuges vorgenommen werden kann. Dabei dient die Simulationseinheit 26 dazu, die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur Tl max der Batterie 30 während des Ladevorgangs 12 unter Berücksichtigung z.B. eines Verlustkennlinienfeldes der Batterie 30 in dem Betriebszustand 14 zu ermitteln. Ferner dient die Simulationseinheit 26 dazu, die maximal zulässige Ladetemperatur Tt max als Sollwert für den Ladevorgang 12 der Batterie 30 vorzugeben. Der Betriebszustand 14 der Batterie 30 erfolgt beispielsweise nach dem Ladevorgang 12 der Batterie 30.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 20 eine z.B. mit der Simulationseinheit 26 elektronisch gekoppelte Kühlvorrichtung 28, welche dazu dient, die Batterie 30 mit einem Kühlmittel wie z.B. Wasser zu kühlen und somit die Temperatur der Batterie 30 zum Startzeitpunkt t0 des Ladevorgangs 12 auf die anfängliche Ladetemperatur To zu reduzieren.
Die Vorrichtung 20 findet Anwendung beispielsweise in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug wie z.B. in einem Elektrofahrzeug (Electric Vehicle, EV), in einem Hybridfahrzeug (Hybride Electric Vehicle, HEV) oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (Plug-In-Hybride Electric Vehicle, PHEV).

Claims

- 9 - Ansprüche
1. Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie (30), wobei die Batterie (30) in einem Ladevorgang (12) geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tl raaJ der Batterie (30) während des Ladevorgangs (12) in Abhängigkeit von einem dem Ladevorgang (12) nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustand (14) der Batterie (30) derart vorgegeben wird, dass die maximale Betriebstemperatur (T2 raaJ der Batterie (30) während des nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustandes (14) kleiner oder gleich einer maximal zulässigen Betriebstemperatur (Tmax) der Batterie (30) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tlimax) der Batterie (30) am Ende des Ladevorgangs (12) nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tt max) der Batterie (30) in Abhängigkeit von zumindest einem Gesundheitszustand und/oder einem Ladezustand der Batterie (30) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tl max) der Batterie (30) unter Berücksichtigung zumindest einer vorliegenden und/oder zu erwartenden Ladeleistung während des Ladevorgangs (12) und einer vorliegenden und/oder zu erwartenden Wärmeentwicklung in der Batterie (30) in dem Betriebszustand (14) bestimmt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (30) in dem Betriebszustand (14) mit einer Kühleinrichtung (28) gekühlt wird, wobei die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tl raaJ der Batterie (30) unter Berücksichtigung einer vorliegenden und/oder zu erwartenden maximal verfügbaren Kühlleistung der Kühleinrichtung (28) bestimmt wird. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Laden und Betreiben einer Batterie (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Steuereinheit (24) zum Steuern eines Ladevorgangs (12) der Batterie (30) und eine Simulationseinheit (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (26) dazu auslegt ist, eine maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (T, J der Batterie (30) während des Ladevorgangs (12) in Abhängigkeit von einem dem Ladevorgang (12) nachfolgenden vorgebbaren Betriebszustand (14) der Batterie (30) zu ermitteln. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (26) weiterhin dazu auslegt ist, die maximal zulässige prädiktive Ladetemperatur (Tl max) der Batterie (30) unter Berücksichtigung einer vorliegenden und/oder zu erwartenden Wärmeentwicklung in der Batterie (30) in dem Betriebszustand (14) zu ermitteln. Verwendung einer Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche
6 bis 7 in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
EP22836063.2A 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen Pending EP4449575A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021214485.3A DE102021214485A1 (de) 2021-12-16 2021-12-16 Verfahren zum Laden und Betreiben einer Batterie, Vorrichtung und Verwendung einer solchen
PCT/EP2022/085445 WO2023110776A1 (de) 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4449575A1 true EP4449575A1 (de) 2024-10-23

Family

ID=84819908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22836063.2A Pending EP4449575A1 (de) 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250030264A1 (de)
EP (1) EP4449575A1 (de)
CN (1) CN118402156A (de)
DE (1) DE102021214485A1 (de)
WO (1) WO2023110776A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022212186A1 (de) 2022-11-16 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Vorhersage von erwarteten Lastprofilen zur Steuerung der Ladeleistung einer Batterie
DE102023131952A1 (de) 2023-11-16 2025-05-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Ladevorgangs eines Fahrzeugs

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4228086B1 (ja) * 2007-08-09 2009-02-25 トヨタ自動車株式会社 車両
DE102017210303B3 (de) 2017-06-20 2018-11-22 Audi Ag Verfahren und Batteriemanagementsystem zum Betreiben einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem
DE102019128122A1 (de) 2019-10-17 2021-04-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs
DE102020130993A1 (de) 2020-11-24 2022-05-25 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Ermitteln eines Maximalwerts für einen Parameterbereich eines Fahrbetriebsparameters eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN118402156A (zh) 2024-07-26
DE102021214485A1 (de) 2023-06-22
WO2023110776A1 (de) 2023-06-22
US20250030264A1 (en) 2025-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015118112B4 (de) Motorgetriebenes Fahrzeug und Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer in dem Fahrzeug angeordneten Sekundärbatterie mittels Rekuperation
DE102011004624A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen einer Fahrbatterie eines Fahrzeugs
DE102015110057A1 (de) Fahrzeug und steuerverfahren für ein fahrzeug
DE102008045101A1 (de) Doppelseitiges Wechselrichtersystem für ein Fahrzeug mit zwei Energiequellen, die unterschiedliche Betriebskennlinien aufweisen
DE102009028326A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Motor- und Getriebeöl eines Hybridfahrzeuges
DE102013224787B4 (de) Steuerverfahren und -system zum begrenzen der maximalen drehzahl eines verbrennungsmotors und eines motors von einem hybridfahrzeugs
DE102020123689A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs in einem Aufwärmbetrieb und Kraftfahrzeug
EP4449575A1 (de) Verfahren zum laden und betreiben einer batterie, vorrichtung und verwendung einer solchen
DE102009057174A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Hybrid-Funktionen in einem Kraftfahrzeug
DE102022212186A1 (de) Verfahren zur Vorhersage von erwarteten Lastprofilen zur Steuerung der Ladeleistung einer Batterie
DE102013208078A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung eines Kraftfahrzeuges
DE102014215160A1 (de) Intelligente Leistungsaufteilung zwischen Brennstoffzelle und Hybridbatterie
DE102007020935A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Antriebssteuerung von Hybridfahrzeugen bei hoher Belastung eines elektronischen Energiespeichers
DE102012210916A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen eines negativen Antriebsmoments einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges
DE102016119289A1 (de) Verfahren zum Nachladen eines elektrischen Energiespeichers eines Hybridfahrzeugs, Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug sowie Hybridfahrzeug
DE102012001890A1 (de) Energiespeichersystem für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
EP3595924B1 (de) Verfahren zum betreiben eines fahrzeugs, steuergerät und fahrzeug
DE102019203985A1 (de) Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs, Steuerung, Antriebsstrang und Kraftfahrzeug
DE102015217937A1 (de) Betreiben mehrerer Energiequellen eines Hybridfahrzeuges
DE102019217698A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems und/oder einer Vorrichtung, elektrisches Energiespeichersystem und Vorrichtung
DE102022211840A1 (de) Verfahren zum Durchführen eines Ladevorgangs eines elektrischen Energiespeichersystems
DE102021122060A1 (de) Fahrzeug-Traktionsbatterie-Steuerungssystem
WO2011089064A2 (de) Fahrzeug mit elektrischem antrieb
DE102022207398A1 (de) Fahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs
DE102016214862B4 (de) Fahrzeugantrieb

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240716

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)