DE102010049661A1 - Device for e.g. customized re-feeding user of e.g. energy supply system battery-powered vehicle with measurement and communication system, has field bus system and service connector measuring temperature of cells or request - Google Patents
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Abstract
Description
Durch den absehbaren Mangel an nichtgenerativen Energiequellen werden in den nächsten Jahrzehnten Fahrzeuge entwickelt werden, die nicht mehr mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, sondern alternative Fortbewegungskonzepte zum Einsatz bringen. Hierbei sind das reine batteriebetriebene oder Kombinationsvarianten mit anderen Antriebsformen mögliche Realisierungsformen.Due to the foreseeable lack of non-generative energy sources, vehicles will be developed over the next few decades that are no longer equipped with internal combustion engines but will use alternative transportation concepts. Here are the pure battery-powered or combination variants with other forms of drive possible implementation forms.
Leider weisen elektrisch betriebene Fahrzeuge heute noch den erheblichen Nachteil gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf, dass ihre Batterien zur Betriebsbereitschaft über einen längeren Zeitraum elektrochemisch geladen werden müssen und die möglichen Fahrstrecken viel kürzer sind als mit konventionellen verbrennungsbetriebenen Fahrzeugen.Unfortunately, electrically powered vehicles today still have the considerable disadvantage compared to vehicles with internal combustion engine, that their batteries for readiness to operate over a longer period must be charged electrochemically and the possible routes are much shorter than with conventional combustion-powered vehicles.
Derzeit liegen Batterieladezeiten für ein Elektrofahrzeug im Bereich von mehreren Stunden; die benutzbare Zeit beträgt bei voller Last weniger als eine Stunde. Das führt dazu, dass ein typischer Benutzer Aufladezeiten und ggf. Austauschzeiten in seinen Tagesablauf einplanen muss. Auch wenn die Zeiten sich künftig erheblich verringern werden, ist doch zu erwarten, dass der Benutzer für das Erreichen der Betriebsbereitschaft in intensiverer Weise Sorge tragen muss, als beim Tanken von Kraftstoffen.Currently, battery charging times for an electric vehicle are in the order of several hours; the usable time is less than one hour at full load. As a result, a typical user needs to schedule recharge times and, if necessary, replacement times in their daily routine. Although times will decrease significantly in the future, it is to be expected that the user will have to take care of the operational readiness in a more intensive manner than when refueling with fuel.
Die vorliegende Erfindung beziffert weniger einen technisch regelnden Einfluss innerhalb der Technik eines Kraftfahrzeugs, sondern bezieht sich darauf, den Halter des Fahrzeugs optimal zu informieren und durch Anbieten logistischer und beratender Unterstützung die Nachteile von Elektromobilen kompensieren zu helfen.The present invention less quantifies a technical regulatory influence within the engineering of a motor vehicle, but refers to optimally informing the owner of the vehicle and to help compensate for the disadvantages of electric vehicles by offering logistic and advisory support.
Eine Reihe vergleichbarer Patente befasst sich mit der Technik der möglichst akkuraten Zustandserfassung der Batterien und deren Weitermeldung:
So finden sich in den Patentschriften
This can be found in the patents
Die Europäische Patentschrift
Eine weitere Patentschrift befasst sich mit der Information über die Abnahme der Starterbatterieladung im stehenden Zustand unter einen kritischen Wert. In Patent
Weitere Erfindungen konzentrieren sich auf die Übertragungswege der Informationen des direkt gemessenen Batteriezustandes innerhalb des Fahrzeuges oder zum Halter. In
In dem durch die vorliegende Erfindung beschriebenen Verfahren wird eine Untersuchung während der Standzeit des Fahrzeugs – optional verbunden mit einer Ladetätigkeit der Batterie – durchgeführt, und die daraus gewonnenen Daten werden mit der ermittelten elektrischen Fortbewegung des Fahrzeugs in Beziehung gesetzt.In the method described by the present invention, an examination is made during the life of the vehicle - optionally associated with a charging operation of the battery - and the data obtained therefrom are related to the determined electrical locomotion of the vehicle.
Die darauf gewonnene Erkenntnis wird für den Benutzer unter Einbezug von Computerrechenleistung aufbereitet und ihm geeignet präsentiert.The knowledge gained from this is prepared for the user with the inclusion of computer computing power and presented to him suitable.
Die Rechenleistung kann hierbei auch im Internet erbracht werden und deren Ergebnis wird in das sich bewegende Fahrzeug zurückübertragen und geeignet dargestellt.The computing power can also be provided on the Internet and the result is transferred back into the moving vehicle and displayed appropriately.
Die Darstellung kann so erfolgen, dass der Benutzer eine zwei- oder dreidimensionale Ansicht des Geländemodells seines Weges oder des Umkreises um sein Fahrzeug mit Aufsicht oder Seitenansicht visuell und schematisch erfassen kann.The representation can be made so that the user can visually and schematically capture a two- or three-dimensional view of the terrain model of his path or the circumference around his vehicle with a view or side view.
Diese Darstellung kann sich zusammensetzen aus mindestens den folgenden Teilinformationen, die geeignet in Kombination dargestellt werden:
- 1. Topographische Karteninformationen der Straßenzüge oder des Geländes der Umgebung des Fahrzeugs,
- 2. Informationen zur Höhe der angezeigten Objekte relativ zum Meeresspiegel
- 3. Knoten-/Kanten-Modelle der Straßenführung in alle Richtungen inklusive einer Visualisierung dieses Netzwerkes für den Benutzer,
- 4. visuell aufbereitete Angaben dazu, wie weit das Fahrzeug mit seiner Energieladung topographisch gesehen fahren könnte,
- 5. Geeigneter Einbezug von umweltbezogenen Größen wie Himmelsrichtung, Temperatur, Windrichtung, Windstärke und Feuchtigkeit in die Berechnung und Darstellung.
- 1. Topographical map information of the streets or terrain surrounding the vehicle,
- 2. Information about the height of displayed objects relative to sea level
- 3. knot / edge models of road guidance in all directions including visualization of this network for the user,
- 4. visual information on how far the vehicle could travel topographically with its energy charge,
- 5. Appropriate inclusion of environmental factors such as direction, temperature, wind direction, wind force and humidity in the calculation and presentation.
Eine weitere Anwendung des Verfahrens ist die Abrechnung des verbrauchten Stroms. Über die Vorrichtung kann ein Smart Metering mit Verbrauchsabrechnung erfolgen.Another application of the method is the billing of the used electricity. The device can be used to perform smart metering with consumption billing.
Mit einem ggf. funkbasierten Benutzerinformationssystem sollen Aufladevorgänge oder Austausch der Batterien optimal in den Tagesablauf des Nutzers einbezogen werden und die Benutzer mit weiteren Diensten unterstützt werden, die damit im Zusammenhang stehen. Diese Aufgabe wird durch die beanspruchten Erfindungsmerkmale gelöst.With a possibly radio-based user information system charging processes or replacement of the batteries are optimally included in the daily routine of the user and the users are supported with other services associated with it. This object is achieved by the claimed inventive features.
Mit Rücksicht auf den Vertrieb seiner eigenen Zubehörausstattung muss damit gerechnet werden, dass ein Fahrzeughersteller die hier erforderlichen Betriebsdaten eines Elektromobils nicht allgemein offen legt und auch aufgrund der Gefahr eines Stromschlages jeden Eingriff in den Bereich der Hochvoltbatterie untersagt oder erschwert, sowie keine andere allgemein nutzbare Möglichkeit vorsieht, diese Daten abzugreifen.With regard to the distribution of its own accessories, it must be expected that a vehicle manufacturer does not generally disclose the operating data of an electric vehicle required here and also prohibits or complicates any intervention in the field of high-voltage battery due to the risk of electric shock, and no other generally available option provides to tap this data.
Je nach Vertragsbeziehungen in dem sich neu gestaltenden Markt wird der Benutzer des Fahrzeugs Herstellerneutrale Informationsquellen nutzen wollen, eventuell die anderer Marktbeteiligter wie Infrastrukturgeber oder Energieversorger. Wenn es nun gelingt, entsprechende Navigationssysteme für eine Anzahl auf den Markt kommender Elektrofahrzeugtypen verschiedener Hersteller anzubieten, kann daraus ein geeignetes Geschäftsmodell für ein Fahrzeugunabhängiges Produkt entstehen.Depending on the contractual relationships in the reshaping market, the user of the vehicle will want to use vendor-neutral information sources, possibly those of other market participants, such as infrastructure providers or energy suppliers. If it is now possible to offer appropriate navigation systems for a number of coming on the market electric vehicle types from different manufacturers, it can create a suitable business model for a vehicle-independent product.
Dieses Patent erweitert deshalb die bisher übliche Messung an den Hochvolt-Batterieklemmen im Inneren des Fahrzeugs dadurch, dass die Messung der Batterieklemmwerte nicht unbedingt direkt an der Batterie erfolgen muss, sondern diese Informationen auch oder zusätzlich aus anderen technischen Parametern abgeschätzt werden können, die sich im äußeren Umfeld des Fahrzeugs ermitteln lassen.This patent therefore extends the hitherto customary measurement on the high-voltage battery terminals inside the vehicle by the fact that the measurement of the battery terminal values does not necessarily have to take place directly on the battery, but this information can also or additionally be estimated from other technical parameters which are in the determine the external environment of the vehicle.
Hierzu werden die elektrischen Kenndaten ermittelt, die sich während des Ladevorgangs bestimmen lassen. Die Vorrichtung kann in der Energiezuführungsleitung auch weiter entfernt vom Fahrzeug untergebracht werden, in einer Ladesäule oder im Hausanschluss (
Da die Ladezeiten von Elektromobilen in der Regel kürzer als eine Nachtspanne sind, kann man auch davon ausgehen, dass nach einem regelmäßigen Anschluss an eine Ladevorrichtung in den Abendstunden die Batterie morgens einen definierten vollen Zustand aufweist. Ein wichtiger Aspekt der einfachen Anwendung eines Beratungssystem ist, dass dieser volle Zustand am nächsten Tag angenommen und auf deren Basis der Energieverbrauch während der Fahrt abgeschätzt wird.Since the charging times of electric vehicles are usually shorter than a night span, one can also assume that after a regular connection to a charging device in the evening, the battery in the morning has a defined full state. An important aspect of the simple application of an advisory system is that this full condition is assumed the next day and on the basis of which the energy consumption during the journey is estimated.
Die erforderlichen Messungen ließen sich somit in zwei Teilvorgängen erfassen und in Bezug zueinander setzen: die Messung elektrischer Größen zur Erfassung der Ladung der Batterie an der Ladeschnittstelle und der Messung der verbrauchten Energie im Fahrzeug.The required measurements could thus be recorded and correlated in two sub-processes: the measurement of electrical quantities to detect the charge of the battery at the charging interface and the measurement of the energy consumed in the vehicle.
Die Messgrößen im Fall einer Messung der Energiezuführung und des Verbrauchs sind:
- 1. Ladezeit/Fahrzeit
- 2. Stromverlauf über die Ladezeit/Fahrzeit
- 3. Netzspannungsverlauf/Energiebilanz während der Fahrt
- 4. Frequenzverlauf überlagerter Frequenzen zur Netzfrequenz beim Laden
- 5. Messung anderer Verbaucher im Fahrzeug, z. B. Klimaanlage, Licht
- 6. Temperatur der Batterie
- 7. GPS-Position
- 1. Loading time / travel time
- 2. Current profile over the charging time / travel time
- 3. Mains voltage curve / energy balance while driving
- 4. Frequency response of superposed frequencies to the mains frequency during charging
- 5. Measurement of other consumers in the vehicle, z. B. Air conditioning, light
- 6. Temperature of the battery
- 7. GPS position
Abgeleitete Größen können sein:
- 1. Ermittlung der Ladephasen und ihrer Übergänge
- 2. Ermittlung des Endzustands der Ladung
- 3. Ermittlung der verbrauchten Energie bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit
- 1. Determination of the charging phases and their transitions
- 2. Determination of the final state of the charge
- 3. Determination of the consumed energy related to the driving speed
Erkennen des unvorhergesehenen Abbruchs des Ladevorgangs bei abrupter Trennung der Stromversorgung vor dem Endpunkt der Ladung Erfindungsgemäß könnten in das System aber auch Informationen wie
- 1. Benutzereingaben zur Justierung des Vorgangs und
- 2. Visuelle Beobachtung der Füllstandsanzeige in den Armaturen des Fahrzeugs
- 1. User input for adjusting the process and
- 2. Visual observation of the level indicator in the valves of the vehicle
einbezogen werden, sowie offengelegte Schnittstellen des Herstellers wie CAN-BUS o. ä..be included as well as disclosed interfaces of the manufacturer such as CAN-BUS o. Ä ..
Die Erfindung beruht weiter darauf, dass die während der Fahrt zurückgelegte Wegstrecke durch wiederholte Bestimmung der Geoposition des Fahrzeugs einbezogen wird, dies wiederum ohne Eingriff in die inneren elektrischen Systeme des Fahrzeugs. The invention is further based on the fact that the distance covered during the journey is included by repeated determination of the geoposition of the vehicle, this in turn without interference with the internal electrical systems of the vehicle.
Auch unter Verwendung von Zusatzinformationen, die sich aus 3D-Geoinformationen sowie der lokalen Wetterlage (z. B. Wind) ableiten lassen, kann die verbrauchte Fortbewegungsenergie mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden.Also, using additional information derived from 3D geographic information as well as the local weather conditions (eg wind), the consumed travel energy can be determined with sufficient accuracy.
Über statistisch/stochastische Ermittlung des Fahr- und Ladeverhaltens des Halters können typische Werte ermittelt werden, nach denen sich ein Lerneffekt gestaltet. Es kann dann eine Ansprache an den Fahrer erfolgen mit dem Hinweis darauf, dass er gewöhnlich in diesem Ladezustand eine Ladesäule anfährt, verbunden mit Hinweisen zum Erreichen der nächsten Ladesäule.By means of statistical / stochastic determination of the driving and loading behavior of the holder, typical values can be determined, according to which a learning effect develops. It can then be an address to the driver with the indication that he usually anfährt in this state of charge a charging station, coupled with instructions to reach the next charging station.
Sollten noch höhere Ansprüche an die Genauigkeit der Vorhersage nötig sein, kann hierfür ein Abgleich mit Geoinformationssystemen erfolgen, die auch die Höhe über dem Meeresspiegel ausweisen (z. B. Navigationskartenmaterial, GIS-Systeme wie Google Earth, NASA World Wind).If even greater demands are made on the accuracy of the prediction, this can be compared with geographic information systems that also show the height above sea level (eg navigation map material, GIS systems such as Google Earth, NASA World Wind).
Über lokale Wetterdaten wie Windgeschwindigkeit sowie bauarttypische Daten wie CW-Wert kann die im Fahrzeug verbrauchte Energie während der Fortbewegung so genau abgeschätzt werden, dass für die jeweils verbleibende Fortbewegungsenergie und die Planung der Wiederaufladung verwertbare Aussagen zum Batterieladezustand gemacht werden können.Local weather data such as wind speed as well as design typical data such as CW value, the energy consumed in the vehicle during locomotion can be estimated so accurately that can be made for the remaining travel energy and the planning of the rechargeable usable statements on the battery state of charge.
Über den Einbezug einer Beladungsmessung können weitere Kennwerte erhoben werden, die eine Vorhersage verbessern. Eine solche Beladungsmessung kann über drei Arten erfolgen:
- 1. Ultraschallmessung des Abstands zum Boden
- 2. Analyse der Schwingungsfrequenzen des Fahrzeugs
- 3. Analyse der Beschleunigung des Fahrzeugs
- 1. Ultrasonic measurement of the distance to the ground
- 2. Analysis of the vibration frequencies of the vehicle
- 3. Analysis of the acceleration of the vehicle
Die Kenntnis der verbleibenden Energie und damit der noch fahrbaren Wegstrecke wird dazu genutzt, dem Benutzer Energie-Lademöglichkeiten vorzuschlagen.The knowledge of the remaining energy and thus the still drivable distance is used to propose the user energy-charging options.
Insofern kann eine solche Unterstützung des Benutzers aus folgenden Grundkomponenten bestehen:
- 1. Navigator mit GPS-System und Höhenangaben in den Geoinformationen
- 2. Lokale Wetterdaten, ermittelt im Fahrzeug oder Übertragen aus Internet
- 3. Bauartspezifische Daten des Fahrzeugs
- 4. CW-Wert
- 5. Wirkungsgrad des Antriebs
- 6. Wirkungsgrad des Energierückflusses über Bremsvorgänge
- 7. Art des Batteriebetriebs mit Batterietemperaturmonitoring und ihrer Stabilisierung
- 8. Typ und Alter der Batterie
- 9. Standzeiten des Fahrzeugs, lokale Batterietemperatur während der Standzeiten
- 10. Messung der elektrischen Parameter während des Ladevorgangs über die äußeren Schnittstellen
- 11. Verzeichnis verfügbarer Ladesäulen
- 12. Anbieten möglicher Tätigkeiten oder Aufenthalte des Benutzers in der Nähe des Lade- oder Austausch-Ortes (Location Based Services).
- 13. Sensoren, die den Zugang zum Fahrzeug detektieren und im Falle einer fehlenden Autorisierung Alarm schlagen
- 1. Navigator with GPS system and altitude information in the geoinformation
- 2. Local weather data, determined in the vehicle or transmitted from the Internet
- 3. Type-specific data of the vehicle
- 4. CW value
- 5. Efficiency of the drive
- 6. Efficiency of energy return via braking
- 7. Type of battery operation with battery temperature monitoring and their stabilization
- 8. Type and age of the battery
- 9. Service life of the vehicle, local battery temperature during the service life
- 10. Measurement of the electrical parameters during the charging process via the external interfaces
- 11. Directory of available charging stations
- 12. Offering possible activities or stays of the user in the vicinity of the loading or exchange location (Location Based Services).
- 13. Sensors that detect access to the vehicle and sound an alarm in the event of a lack of authorization
Die Messkomponente kann je nach Ausführung an folgenden Stellen untergebracht werden:
- 1. im Fahrzeug integriert
- 2. in das Ladekabel integriert
- 3. in die Ladesäule integriert
- 4. in einen der beiden Stecker integriert
- 5. in den Hausanschluss integriert
- 6. in den Systemen eines Energieversorgungs-Unternehmens
- 1. integrated in the vehicle
- 2. integrated into the charging cable
- 3. integrated into the charging station
- 4. integrated in one of the two plugs
- 5. integrated into the house connection
- 6. in the systems of a power company
Je nach Auslegungsform kann die Messkomponente so klein gestaltet werden oder in anderen Komponenten untergebracht werden, dass sie für den Anwender nicht sichtbar ist. Die für den Anwender sichtbaren und bedienbaren Komponenten sind ein Navigator und ggf. ein Mobilfunkgerät sowie in das Fahrzeug fest eingebaute Computer.Depending on the design, the measuring component can be made so small or placed in other components that it is not visible to the user. The visible and operable components for the user are a navigator and possibly a mobile device as well as computers permanently installed in the vehicle.
Die Messkomponente besteht aus einer analogen Spannungsmessung, einer Strommessung und der geeigneten Digitalisierung der Informationen und Übertragung zum Anwendersystem. Die Übertragung kann geschehen durch Funktechnik (Mobilfunkstandards wie GPRS, UMTS, lokale Kommunikation wie ZIGBEE, Bluetooth, WLAN, ...) zum Navigator oder Mobilfunkgerät, aber auch durch kodierte Übertragung der Nachricht durch das gemessene Kabel (z. B. Powerline).The measuring component consists of an analog voltage measurement, a current measurement and the appropriate digitization of the information and transmission to the user system. The transmission can be done by radio technology (mobile radio standards such as GPRS, UMTS, local communication such as ZIGBEE, Bluetooth, WLAN, ...) to the navigator or mobile device, but also by coded transmission of the message by the measured cable (eg Powerline).
Die Stromversorgung der Vorrichtung kann durch kleine Batteriezellen (AA-Zellen oder AAA-Zellen) oder durch Akkus erfolgen, die induktiv über die Leitung für die Stromzuführung für das Elektromobil geladen werden, könnte aber auch über separate Stromversorgungen im Fahrzeug, der Ladesäule oder über Photovoltaik geschehen.The power supply of the device can be done by small battery cells (AA cells or AAA cells) or by batteries that are inductively charged via the line for the power supply for the scooter, but could also have separate power supplies in the vehicle, the charging station or photovoltaic happen.
Zur Kommunikation zwischen den Modulen sind die folgenden Varianten erfindungsgemäß möglich:
- 1. lokale Funkübertragung zwischen dem Mobilfunkgerät oder Navigator und der Messkomponente
- 2. eine Informationsübermittlung der Messkomponente durch das Ladekabel
- 3. eine direkte GSM-Funkverbindung der Messkomponente zu einem Internet-Server in Verbindung mit einer weiteren Funkverbindung zum persönlichen Informationssystem des Benutzers
- 1. local radio transmission between the mobile device or navigator and the measurement component
- 2. an information transmission of the measuring component by the charging cable
- 3. a direct GSM radio connection of the measurement component to an Internet server in conjunction with another radio connection to the user's personal information system
Die Übertragung innerhalb des Ladestromweges kann durch eine Powerline-Modulation geschehen.The transmission within the charge current path can be done by a powerline modulation.
Entsprechend kann die Funktionalität über das Zusammenspiel von Messkomponente und Navigator erbracht werden. Bei Reservierungsnotwendigkeit für die Nutzung einer Ladesäule wird dann aber Zusatzkommunikation benötigt, die über das Internet und entsprechende Protokolle abgewickelt werden kann.Accordingly, the functionality can be provided by the interaction of measurement component and navigator. If reservations are required for the use of a charging station but additional communication is required, which can be handled via the Internet and corresponding protocols.
Hierbei sind auch andere Konstellationen möglich, bei denen ein Internet-Server die Zentrale bildet und die verschiedenen Informationen von Messkomponente und Navigator geeignet koordiniert oder ein Mobilfunkgerät die Navigationsfunktion übernimmt oder eine Kombination von Internet und lokaler Rechentätigkeit die Lösungen errechnet.In this case, other constellations are possible in which an Internet server forms the central office and the various information of measuring component and navigator suitably coordinated or a mobile device assumes the navigation function or a combination of Internet and local computing activity calculates the solutions.
Mit der vorgelegten Erfindung soll der Benutzer eines Elektrofahrzeugs unabhängig von der eigentlichen Fahrzeugelektronik ein verlässliches System bekommen, das ihn zusätzlich zur Navigation in Richtung seiner geplanten Ziele zur Durchführung von KFZ-Ladevorgängen berät und das Fahrzeug vor Diebstahl schützt.With the presented invention, the user of an electric vehicle should get a reliable system independent of the actual vehicle electronics, which advises him in addition to navigation in the direction of his planned goals to carry out car charging and protects the vehicle from theft.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Benutzer ohne Eingriff in die Elektrik des Fahrzeuginneren geeignete herstellerübergreifende Informationen zur Routenplanung und Auflade-Möglichkeiten für sein Fahrzeug bekommen kann, die automatisiert zu einer Optimierung seiner Route und zur Bereitschafterhaltung der Fortbewegung seines Fahrzeugs führen.This problem is solved by the features listed in
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Hier kann zur Realisierung der Navigationsaufgabe ein zentraler Server in Anspruch genommen werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine Koordination von mehreren Benutzern vorgesehen ist, zum Beispiel zum Reservieren von Lademöglichkeiten oder wenn eine Abrechnung der verbrauchten Energie zentral geschehen soll.An advantageous embodiment of the invention is specified in
1. Aufbau der beteiligen Module1. Structure of the participating modules
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Verlagerung der Messung in verschiedene Stellen entlang der Strecke von der Netzstromversorgung bis zur Batterie.
Wie
Über Erfassung des Stromverlaufs durch Messung in der Versorgungsleitung zum Fahrzeug lässt sich die übertragene Energie an die Batterie nachvollziehen und zur Abrechnung oder Gegenkontrolle erfassen (
Über eine Referenzkennlinie des Batterietyps (
Sollte die Ladung abgebrochen werden, bevor die Batterie einen als voll definierten Füllstand erreicht hat, kann der erreichte Punkt auf der Kennlinie bereits ausreichen, um unter Einbezug der zu fahrenden Route und anderer Daten eine verlässliche Reichweitenprognose abzugeben.If the charge is aborted before the battery has reached a level that has been fully defined, the point reached on the characteristic may already be sufficient to provide a reliable range prognosis, taking into account the route to be traveled and other data.
2. Erkennen der Änderung der Ladestrategie2. Recognizing the change in charging strategy
Nach dem Stand der Technik können Lithium-Ionen Akkus in mehreren unterschiedlichen Phasen geladen werden, die der Batterie jeweils konstanten Strom, konstante Spannung oder gepulste Stromformen zuführt.According to the prior art, lithium-ion batteries can be charged in several different phases, each of which is constant for the battery Current, constant voltage or pulsed current forms.
Hierbei gibt es mehrere Strategien, von denen eine beispielhaft hier aufgeführt wird: zunächst sind die Batterien geeignet vorzubereiten. Dies kann über die Zuführung eines konstanten niedrigen Stromes erfolgen. In dieser Phase sollte auch die gleichmäßige Verteilung der Ladung auf die verschiedenen Zellen überprüft werden, ohne dass die Batterien bereits durch zu hohen Strom während der Ladetätigkeit zerstört werden. Danach bringt eine Phase mit konstantem Hochstrom die eigentliche Ladung ein. Je nach Anwendungsfall werden in dieser Phase gute Ladeergebnisse erreicht, wenn die Ladung pulsartig erfolgt. Zum Schluss wird bei konstanter Spannung solange restgeladen, bis die Stromabnahme unter eine Schwelle fällt.Here are several strategies, one of which is given as an example here: first, the batteries are suitable to prepare. This can be done by supplying a constant low current. In this phase, the even distribution of the charge should be checked on the different cells, without the batteries are already destroyed by too high power during charging. After that brings a phase with constant high current, the actual charge. Depending on the application, good charging results are achieved in this phase when the charge is pulsed. Finally, it is charged at a constant voltage until the current decrease falls below a threshold.
Sofern die Phasenübergänge in definierter Abhängigkeit des jeweiligen Ladezustands erfolgen, kann die Dauer der jeweiligen Phase hilfreich für die Kalkulation des Füllstandes verwandt werden. Speziell wenn in der Hauptphase ein gepulstes Laden erfolgt, lässt sich diese Phase über Schwingungen in der Versorgungsspannung erkennen. Auch die letzte Phase lässt sich durch den allmählich fallenden Strom sicher detektieren.If the phase transitions occur in a defined dependency of the respective state of charge, the duration of the respective phase can be helpful for the calculation of the filling level. Especially when a pulsed charging takes place in the main phase, this phase can be detected by oscillations in the supply voltage. The last phase can also be reliably detected by the gradually falling current.
Das Erkennen dieser Phasen ist über eine Analyse des Stromverbrauchs und der HF-Schwingungen auf der Leitung möglich. Die Auswertung bringt wertvolle Informationen über den Zustand der Batterie. Auch wenn die Batterie abrupt getrennt wird, bevor der Endzustand der Ladung erreicht ist, kann das Wissen über die Phasenstufe und die Dauer der jeweiligen Phase einen Rückschluss auf den Batterieladestand ermöglichen, obwohl der genaue Ausgangszustand der Ladung unbekannt war.Detecting these phases is possible by analyzing the power consumption and RF vibrations on the line. The evaluation brings valuable information about the condition of the battery. Even if the battery is disconnected abruptly before the final state of charge is reached, knowledge of the phase level and the duration of the respective phase can provide an indication of the battery level, although the exact initial state of the charge was unknown.
Beschreibung mehrerer AusführungsbeispieleDescription of several embodiments
1. Montage zwischen Steckdose und KFZ-Elektronik im Fahrzeug:1. Installation between socket and vehicle electronics in the vehicle:
Die Installation des Mess- und Kommunikationssystems in der Nähe der Ladesteckdose im Fahrzeug sollte so erfolgen, dass die Einheit per Funk nach außen kommunizieren kann.The installation of the measurement and communication system near the charging socket in the vehicle should be carried out in such a way that the unit can communicate by radio to the outside.
2. Integration in Steckdose am Fahrzeug:2. Integration in socket on the vehicle:
Das Mess- und Kommunikationssystem kann so gestaltet sein, dass es in die Ladesteckdose des Fahrzeugs integriert werden kann.The measurement and communication system can be designed so that it can be integrated into the charging socket of the vehicle.
3. Integration in Ladekabel oder die Steckvorrichtungen:3. Integration in charging cable or the plug-in devices:
Das Mess- und Kommunikationssystem kann so gestaltet sein, dass sie in Ladekabel oder die Steckvorrichtungen des Fahrzeugs integriert werden kann.The measurement and communication system can be designed so that it can be integrated into charging cables or the plug-in devices of the vehicle.
4. Integration in Ladesäule, Kombination mit Smart Metering:4. Integration in charging station, combined with smart metering:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Anordnung des Mess- und Kommunikationssystems in der Ladesäule oder im Energieversorgungsanschluss. Hier kann es mit einem Gerät kombiniert werden, das den Mess-Stand an eine Zentrale meldet (Smart Metering). Zusätzlich zu der Benutzerinformation kann hierbei eine Abrechnung der verbrauchten Energie vorgenommen werden.A further embodiment consists in an arrangement of the measuring and communication system in the charging station or in the power supply connection. Here it can be combined with a device that reports the measurement status to a central station (Smart Metering). In addition to the user information, a billing of the consumed energy can be carried out here.
5. Auslegung der Vorrichtung als Steckdosen-Zwischenstecker:5. Design of the device as a socket adapter:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem in einem (Schuko-)Zwischenstecker des Energiezuführungssystems untergebracht ist.Another embodiment consists in a system arrangement in which the measurement and communication system is housed in a (Schuko-) adapter plug of the power supply system.
6. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Zweirad:6. Design of the device in connection with a bicycle:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem geschützt und versteckt im Rahmen eines Zweirades untergebracht wird, derart gestaltet, dass die Funkantennen nach außen wirken können. Gleichzeitig können die Benutzerinteragierenden Systemteile (Navigator, Mobilfunkgerät) offen an einem Halter am Lenkrad betrieben werden.Another embodiment consists in a system arrangement in which the measurement and communication system is housed protected and hidden in the context of a two-wheeler, designed so that the radio antennas can act to the outside. At the same time, the user-interacting system parts (navigator, mobile device) can be operated openly on a holder on the steering wheel.
7. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Schließvorrichtung:7. Design of the device in connection with a closing device:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung nach
8. Auslegung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Kabeltrommel: 8. Design of the device in connection with a cable drum:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in einer Systemanordnung, bei der das Mess- und Kommunikationssystem in einer Kabeltrommel untergebracht ist, die zum Laden der Batterie des Fahrzeugs verwendet wird.Another embodiment is a system arrangement in which the measurement and communication system is housed in a cable drum used to charge the battery of the vehicle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 020293 U1 [0008] DE 020293 U1 [0008]
Claims (9)
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