DE102013203253A1

DE102013203253A1 - Verfahren zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102013203253A1
Application number: DE201310203253
Authority: DE
Inventors: James D. Marus; Vernon L. Newhouse
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: US20130234664A1; DE102013203253B4; US9013143B2; CN103311982A

Abstract

Ein beispielhaftes Ladesystem und -verfahren zum Steuern eines Schnellladeprozesses, die eine externe Leistungsquelle (z. B. eine Hochspannungsladestation, die 10 kW–300 kW Leistung liefert) und ein Steckdosen-Elektrofahrzeug betreffen. Bei einer Ausführungsform verwendet das Ladeverfahren eine Kostenfunktion, um die negative Auswirkung zu schätzen, die jede Schnellladesitzung auf die Batterielebensdauer hat. Wenn die negative Gesamtauswirkung vergangener und/oder gegenwärtiger Aufladesitzungen einen Schwellenwert überschritten hat, dann kann das Ladeverfahren Aufladeparameter im Bemühen, eine weitere Verringerung der Batterielebensdauer zu vermeiden, verringern (z. B. die Ladestromstärke, Spannung, Leistung, Dauer usw. begrenzen). Somit ermöglichen das Ladesystem und Verfahren, dass ein Anwender häufig an Schnellladesitzungen mit einer externen Leistungsquelle teilnimmt und dennoch die Auswirkung minimiert wird, welche diese Sitzungen auf die Batterie haben.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Steckdosen-Elektrofahrzeug und insbesondere ein Verfahren zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einer externen Leistungsquelle.
HINTERGRUND
Steckdosen-Elektrofahrzeuge können mit einer Vielzahl verschiedener Leistungsquellen und Ladeanordnungen aufgeladen werden. Zum Beispiel ist es möglich, einige Steckdosen-Elektrofahrzeuge mit einem Verlängerungskabel aufzuladen, das mit einer elektrischen Standardsteckdose verbunden ist, etwa einer Steckdose mit 110 V oder 220 V (ein sogenanntes ”Modus 1”-Laden). Andere Fahrzeuge können unter Verwendung einer speziellen Ladekupplung mit internen Schutzfunktionen aufgeladen werden, die mit einer elektrischen Standardsteckdose verbunden ist, etwa einer Steckdose mit 110 V oder 220 V (”Modus 2”-Laden). Einige Fahrzeuge verwenden eine spezielle Ladekupplung, die in einen bestimmten Typ von elektrischer Steckdose eingesteckt ist, beispielsweise einen, der verschiedene Ladesteuerungsmerkmale ermöglicht und mit einer dezidierten elektrischen Schaltung verbunden ist (”Modus 3”-Laden). Und noch andere Fahrzeuge können über eine spezielle Ladekupplung aufgeladen werden, die mit einem externen Hochspannungsladegerät verbunden ist, zum Beispiel einem, das Teil einer Ladestation oder eines Ladekiosk ist und 200 V–600 V an Gleichstromleistung liefert (”Modus 4”-Laden). Es gibt eine Vielfalt verschiedener Ladekupplungen, Steckdosen, Anordnungen, Verfahren usw., um Steckdosen-Elektrofahrzeuge aufzuladen, wobei alle spezielle Vorteile und Nachteile aufweisen.
Ein Vorteil des Aufladens eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einem externen Hochspannungsladegerät (Modus 4-Laden) ist die schnelle Aufladerate bzw. Geschwindigkeit. Diese Art von Ladeanordnung, die auch ”Schnellladen” genannt wird, kann Aufladezeiten erheblich verringern, da sie 10 kW–300 kW an Ladeleistung liefern kann. Wenn das Schnellladen jedoch häufig und ohne irgendwelche Einschränkungen verwendet wird, kann das Schnellladen von einer externen Hochspannungsleistungsquelle einen Tribut von der Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs fordern und deren Batterielebensdauer verringern. So, wie er hier verwendet wird, umfasst der Begriff ”Schnellladen” jedes Ladeereignis oder jede Ladeanordnung, bei dem bzw. der eine externe Leistungsquelle ein Steckdosen-Elektrofahrzeug mit einer Aufladerate bzw. Geschwindigkeit auflädt, welche die C-Rate der Fahrzeugbatterie überschreitet (d. h. die theoretische Strommenge, welche die Batterie liefern kann, wenn sie in einer Stunde bis zu dem Punkt mit 100% Tiefentladung entladen wird). Wenn die Fahrzeugbatterie beispielsweise eine C-Rate von 45 Amperestunden aufweist, dann kann jedes Ladeereignis, das 45 Ampere überschreitet, als ein ”Schnelllade”-Ereignis betrachtet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einer externen Leistungsquelle bereitgestellt. Das Verfahren kann die Schritte umfassen, dass: (a) Daten mit Bezug auf eine oder mehrere Aufladesitzungen in der Vergangenheit oder der Gegenwart gesammelt werden und die Ladedaten verwendet werden, um eine negative Auswirkung auf eine Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs zu schätzen; (b) die negative Auswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einem Schwellenwert für die negative Auswirkung verglichen wird; und (c) dann, wenn die negative Auswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs den Schwellenwert für die negative Auswirkung überschreitet, die Ladeleistung begrenzt wird, die von der externen Leistungsquelle an das Steckdosen-Elektrofahrzeug geliefert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Ladesystem zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einer externen Leistungsquelle bereitgestellt. Das Ladesystem kann umfassen: eine Leistungsverbindung zum Verbinden des Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit der externen Leistungsquelle; eine mit der Leistungsverbindung gekoppelte Isolierungshardware, wobei die Isolierungshardware von der externen Leistungsquelle gelieferte elektrische Leistung isoliert; eine mit der Isolierungshardware gekoppelte Batterie, wobei die Batterie das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit elektrischer Leistung zum Fahrzeugvortrieb versorgt; einen oder mehrere Sensoren, die Daten mit Bezug auf eine Ladesitzung liefern; und ein Steuerungsmodul, das mit dem bzw. den Sensoren gekoppelt ist. Das Steuerungsmodul kann ausgestaltet sein, um die Ladedaten zum Schätzen einer negativen Auswirkung auf die Batterie durch das Aufladen mit der externen Leistungsquelle zu verwenden und um die Ladeleistung zu begrenzen, die von der externen Leistungsquelle an das Steckdosen-Elektrofahrzeug geliefert wird, wenn die negative Auswirkung auf die Batterie einen Schwellenwert für die negative Auswirkung überschreitet.
ZEICHNUNGEN
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen werden hier nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Steckdosen-Elektrofahrzeugs ist, welches das Ladesystem und Verfahren verwenden kann, die hier offenbart sind;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Ladesystems ist, das mit einem Steckdosen-Elektrofahrzeug verwendet werden kann, etwa demjenigen, das in 1 dargestellt ist;
3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens ist, das verwendet werden kann, um einen Schnellladeprozess für ein Steckdosen-Elektrofahrzeug zu steuern, etwa für dasjenige, das in 1 gezeigt ist; und
4–5 Kurvenverläufe sind, die verschiedene Eigenschaften einer Batterie eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs zeigen und die bereitgestellt sind, um die Darstellung einiger der Schritte des in 3 gezeigten Verfahrens zu unterstützen.
BESCHREIBUNG
Das beispielhafte Ladesystem und -verfahren, die hier beschrieben sind, können verwendet werden, um einen Schellladeprozess zu steuern, der eine externe Leistungsquelle (z. B. eine Hochspannungsladestation, die 10 kW–300 kW Leistung liefert) und ein Steckdosen-Elektrofahrzeug mit einschließt, und sie können dies auf eine Weise erledigen, welche die Auswirkung auf die Batterie des Fahrzeugs minimiert. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet das Ladeverfahren eine Kostenfunktion, um die negative Auswirkung zu schätzen, die jede Schnellladesitzung auf die Lebensdauer der Batterie hat (z. B. durch Verwenden einer quantitativen Auswirkungszahl), und summiert dann die negative Auswirkung für eine Anzahl vergangener und/oder gegenwärtiger Schnellladesitzungen auf. Wenn die negative Gesamtauswirkung der Schnellladeoperationen einen Schwellenwert überschreitet, dann kann das Ladeverfahren im Bemühen, eine weitere Verringerung der Batterielebensdauer zu vermeiden, einen oder mehrere Ladeparameter reduzieren, einschränken und/oder auf andere Weise steuern (z. B. die Ladestromstärke, die Ladespannung, die Ladeleistung, die Ladedauer usw. verringern). Auf diese Weise ermöglichen das beispielhafte Ladesystem und -verfahren, dass ein Anwender häufig an Schnellladesitzungen mit einer externen Hochspannungsleistungsquelle teilnimmt – eine Praxis, die, wenn sie oft und ohne Einschränkung durchgeführt wird, negative Auswirkungen auf die Lebensdauer der Batterie haben kann – und dennoch die Auswirkung minimiert wird, die derartige Sitzungen auf die Batterie haben.
Mit Bezug auf 1 sind einige der Komponenten eines beispielhaften Steckdosen-Elektrofahrzeugs 10 gezeigt, das mit dem hier beschriebenen Ladeverfahren verwendet werden kann. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext eines speziellen Steckdosen-Elektrofahrzeugs bereitgestellt wird, ist festzustellen, dass dieses Fahrzeug nur beispielhaft ist und dass andere Fahrzeuge selbstverständlich stattdessen verwendet können. Zum Beispiel können das Ladesystem und -verfahren, die nachstehend beschrieben sind, mit einem beliebigen Typ eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs verwendet werden, das elektrische Leistung von einer fahrzeugfremden oder externen Leistungsquelle erhält, einschließlich eines Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV), eines Batterie-Elektrofahrzeugs (BEV), eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs, das ein konduktives Aufladen mit Kabeln oder Leitungen verwendet, oder eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs, das ein induktives Laden ohne Kabel oder Leitungen verwendet, um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform interagiert das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 mit einer externen Leistungsquelle 12 und umfasst eine Leistungsverbindung 20, ein Batterieladegerät 24, eine Isolierungshardware 26, eine Batterie 30, einen Elektromotor 32, einen Wechselrichter/Umsetzer 34, eine Kraftmaschine 36, einen Generator 38 und ein Steuerungsmodul 40.
Die externe Leitungsquelle 12 versorgt das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit hohen elektrischen Leistungsniveaus und kann einer einer Anzahl verschiedener Leistungsversorgungstypen sein, die in der Technik bekannt sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die externe Leistungsquelle 12 eine fahrzeugfremde Hochspannungsleistungsquelle, die Teil einer dedizierten Ladestation oder eines dedizierten Ladekiosk ist und das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 mit Hochspannungs-Gleichstromleistung (z. B. 200 V–600 V) zum Schnellladen versorgt. Die externe Leistungsquelle 12 kann so konstruiert sein, dass sie ein relativ konstantes Leistungsniveau an das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 liefert, so dass dann, wenn die Spannung ansteigt, die Stromstärke entsprechend abnimmt. Bei einer anderen Ausführungsform ist die externe Leistungsquelle 12 eine fahrzeugfremde Hochstromleistungsquelle, die das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit Gleichstrom- oder Wechselstrom-Leistung mit hoher Stromstärke (z. B. 50 A–500 A) versorgt. Die elektrische Leistungsquelle 12 kann mit einem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz gekoppelt sein oder sie kann durch erneuerbare Energie von Photovoltaikzellen, Windturbinen, hydroelektrischen Mitteln, Biomasse usw. betrieben sein; sie kann Wechselstrom- oder Gleichstromleistung liefern; sie kann hohe Spannungen, hohe Stromstärken oder beides liefern; oder sie kann konduktives Aufladen über Leitungen oder induktives Koppeln durch die Luft anwenden, um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen. Die externe Leistungsquelle 12 ist nicht auf irgendeinen speziellen Typ oder irgendeine spezielle Ausführungsform begrenzt, solange sie nur hohe Leistungsniveaus (z. B. 10 kW–300 kW) an das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 liefern kann.
Die Leistungsverbindung 20 ist ein elektrischer Anschluss oder eine Buchse am Steckdosen-Elektrofahrzeug, in den bzw. die der Leistungskoppler eingesteckt werden oder mit dem bzw. der er verbunden werden kann. Dies erlaubt einem Fahrzeugbesitzer, das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 auf einfache Weise mit einem Ladepunkt, etwa der externen Leistungsquelle 12, zu verbinden und es davon zu trennen. Die Leistungsverbindung 20 ist nicht auf irgendeine spezielle Konstruktion oder Konfiguration begrenzt und kann ein beliebiger Typ von Einlass, Verbindung, Buchse, Stecker, Anschluss, Steckdose usw. sein, einschließlich derjenigen, die auf konduktiven, induktiven und/oder anderen Arten von elektrischen Verbindungen beruhen. Einige dieser Verbindungstypen sind kompatibel zu internationalen Standards (z. B. IEC 62196, SAE J1772, CHAdeMO usw.). Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungsverbindung 20 ein elektrischer Hochspannungsanschluss, der an der Außenseite des Steckdosen-Elektrofahrzeugs 10 angeordnet ist, so dass er leicht zugänglich ist (z. B. unter einer Gelenktür oder Klappe), und er enthält Verbindungen zum Übermitteln elektrischer Leistung an das Fahrzeug sowie von Kommunikations- oder Steuerungssignalen. Andere Anordnungen und Ausführungsformen sind selbstverständlich möglich.
Der Leistungskoppler 22 verbindet die externe Leistungsquelle mit der Leistungsverbindung und kann von einem beliebigen geeigneten Typ oder einer beliebigen geeigneten Konfiguration sein. Der Leistungskoppler 22 – manchmal als Versorgungsausrüstungskabelsatz des Elektrofahrzeugs (EVSE-Kabelsatz) bezeichnet – kann ein spezialisierter Kabelsatz sein, der speziell zur Verwendung mit Steckdosen-Elektrofahrzeugen konstruiert ist (etwa denjenigen, die in den Spezifikationen SAE J-1772 und J-1773 beschrieben sind), und umfasst ein erstes Ende, eine Leitung oder ein Kabel, eine Steuerungseinheit und ein zweites Ende. Das erste Ende des Leistungskopplers 22 wird in die externe Leistungsquelle 12 gesteckt und das zweite Ende ist eine speziell konstruierte Verbindung, die in die Leistungsverbindung 20 am Steckdosen-Elektrofahrzeug gesteckt wird. Die Leitung liefert elektrische Leistung von der externen Leistungsquelle 12 an das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10, aber sie kann auch ein oder mehrere Kommunikationssignale zwischen einer Steuerungseinheit des Leistungskopplers 22 und Vorrichtungen, die am Fahrzeug angeordnet sind, wie das Steuerungsmodul 40, übermitteln. Die Steuerungseinheit im Leistungskoppler 22 kann eine beliebige Anzahl elektronischer Komponenten umfassen, die Sensoren, Übertrager, Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Schütze, Schalter, Fehlerstromschalterkomponenten (GFCI-Komponenten) sowie eine beliebige andere geeignete Komponente umfassen, aber gewiss nicht darauf beschränkt sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform überwacht die Steuerungseinheit im Leistungskoppler 22 verschiedene Bedingungen in der Umgebung des Leistungskopplers (z. B. das Vorhandensein von elektrischer Leistung, Spannung, Strom und/oder Leistungsniveaus, die Temperatur des Leistungskopplers usw.) und kommuniziert mit dem Steuerungsmodul 40 im Hinblick auf diese Bedingungen. Der Fachmann wird feststellen, dass das hier beschriebene Verfahren nicht auf irgendeinen speziellen Leistungskoppler oder Kabelsatz begrenzt ist, da eine beliebige Anzahl verschiedener Leistungskoppler verwendet werden kann.
Das Batterieladegerät 24 empfängt elektrische Leistung von einer Vielfalt von Quellen, welche externe und/oder interne Leistungsquellen umfassen, und verwendet diese Leistung, um die Batterie aufzuladen. Im Fall einer externen Leistungsversorgung kann das Batterieladegerät 24 elektrische Leistung von der externen Leistungsquelle 12 durch den Leistungskoppler 22 und die Verbindung 20 empfangen, wie bereits erläutert wurde. Im Fall einer internen Leistungsversorgung kann das Batterieladegerät 24 elektrische Leistung von einer Nutzbremsung bzw. einem regenerativen Bremsen, von einem motorgetriebenen Generator 38 oder von einer anderen internen Quelle über elektrische Verbindungen innerhalb des Fahrzeugs empfangen. Der Fachmann wird feststellen, dass das Batterieladegerät 24 gemäß einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt sein kann, in einer beliebigen Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten kann, wie etwa Transformatoren, Gleichrichter, Schaltnetzteile, Filtermittel, Kühlmittel, Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
Die Isolierungshardware 26 ist mit der Leistungsverbindung verbunden und kann elektrische Leistung von der externen Leistungsquelle von verschiedenen Vorrichtungen im Steckdosen-Elektrofahrzeug isolieren, steuern und/oder diese auf andere Weise dorthin leiten. Zum Beispiel kann die Isolierungshardware 26 mit der Leistungsverbindung 20 gekoppelt sein und so konstruiert sein, dass sie Hochspannungsleistung von der externen Leistungsquelle 12 empfängt und die Hochspannungsleistung direkt an die Batterie 30 liefert, ohne dass sie durch die normale Aufladestrecke oder Aufladekanäle hindurchgeht. Die Umgehung bestimmter Komponenten wie etwa des Batterieladegeräts 24 kann wünschenswert sein, wenn diese Komponenten nicht dafür ausgestaltet sind, derart hohe Niveaus an Spannung, Stromstärke und/oder Leistung handzuhaben. Darüber hinaus kann die Isolierungshardware 26 Schütze und/oder andere elektrische Komponenten aufweisen, die sowohl Anwender als auch andere Fahrzeugvorrichtungen von den hohen Leistungsniveaus, die von der externen Leistungsquelle 12 geliefert werden, isolieren und sie davor schützen. Das Steckdosen-Elektrofahrzeug kann außerdem Hardware für niedrigere Spannung für den Fall enthalten, dass das Fahrzeug durch herkömmliche Leistungsquellen mit niedrigerer Spannung und Leistung aufgeladen wird. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen weist die Isolierungshardware 26 Relais, Schütze, Transistoren (z. B. einen Feldeffekttransistor (FET) usw.) oder eine Kombination daraus auf.
Die Batterie 30 versorgt das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit elektrischer Leistung und kann in Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform die primäre Quelle für elektrische Leistung für das Fahrzeug sein oder sie kann in Verbindung mit einer anderen Leistungsquelle zum Zweck der Leistungsergänzung verwendet werden, um zwei Beispiele zu erwähnen. Es können viele verschiedene Batterietypen und Anordnungen verwendet werden, einschließlich der beispielhaften, die hier schematisch gezeigt ist und die einen Batteriestapel 50, Batteriezellen 52, einen oder mehrere Batteriesensoren 54 und eine Batteriesteuerungseinheit 56 umfasst. Der Batteriestapel 50 ist ein Hochspannungsbatteriestapel und kann eine Ansammlung identischer oder einzelner Batteriezellen 52 enthalten, die in Reihe, parallel oder einer Kombination daraus verbunden sind, um eine gewünschte Spannung, Stromstärke, Kapazität, Leistungsdichte und/oder andere Leistungsmerkmale zu liefern. Es ist allgemein wünschenswert, hohe Leistungs- und Energiedichten bereitzustellen, was zur Entwicklung und Verwendung vieler Arten von Batterien geführt hat, welche chemische, nichtchemische und andere umfassen. Einige Beispiele für geeignete Batterietypen umfassen diejenigen, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithium-Ionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickelcadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl) oder eine andere Batterietechnologie. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beruht der Batteriestapel 50 auf einer Lithium-Ionen-Technologie und liefert in Abhängigkeit von seiner speziellen Konstruktion und Anwendung etwa 40 V–600 V. Beispielsweise kann ein Schwerlastwagen, der ein Hybridsystem mit zwei Modi verwendet, einen Batteriestapel benötigen, der hohe Spannungsniveaus bereitstellen kann, während ein leichteres Fahrzeug niedrigere Spannungsniveaus benötigen kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Batterie 30 Teil eines Systems vom Riemen-Generator-Starter (BAS) oder BAS-Plus-Typ und benötigt daher nur einen Batteriestapel, der niedrigere Spannungsniveaus liefert. In jedem Fall sollte der Batteriestapel 50 so konstruiert sein, dass er wiederholte Auflade- und Entladezyklen aushält und dass er elektrische Energie von der externen Leistungsquelle 12 empfängt. Der Fachmann wird feststellen, dass das System und das Verfahren, die hier gezeigt und beschrieben sind, nicht auf irgendeinen speziellen Typ von Batterie, Chemie und/oder Anordnung beschränkt sind, da eine Anzahl verschiedener Batterietypen eingesetzt werden kann.
Die Batteriesensoren 54 können eine beliebige Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten enthalten, die zum Überwachen von Batteriebedingungen in der Lage sind, etwa der Batterietemperatur, der Batteriespannung, des Batteriestroms, des Batterieladezustands (SOC), des Batteriefunktionszustands (SOH), der C-Rate usw. Diese Sensoren können in die Einheit 30 eingebaut sein (z. B. eine intelligente oder smarte Batterie), sie können externe Sensoren sein, die außerhalb der Batterieeinheit angeordnet sind, oder sie können gemäß einer anderen bekannten Anordnung bereitgestellt sein. Die Batteriesensoren 54 können Batteriebedingungen auf einer Basis von Zelle zu Zelle, auf einer Mittelwert- oder kollektiven Basis über einen Block oder einen Bereich von Zellen hinweg, auf einer Basis des gesamten Batteriestapels oder auf einer repräsentativen Basis, bei der bestimmte Zellen gewählt sind, um den gesamten Batteriestapel zu repräsentieren, oder gemäß einer anderen Basis oder Technik, die in der Technik bekannt ist, überwachen und bestimmen. Eine Ausgabe aus den Batteriesensoren 54 kann an die Batteriesteuerungseinheit 56, das Batterieladegerät 24, das Steuerungsmodul 40 oder eine andere geeignete Vorrichtung geliefert werden.
Die Batteriesteuerungseinheit 56 kann eine beliebige Vielfalt elektronischer Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und anderer bekannter Komponenten umfassen und kann verschiedene Funktionen mit Bezug auf Steuerung und/oder Kommunikation durchführen. Beispielsweise kann die Batteriesteuerungseinheit 56 Sensorsignale von den verschiedenen Batteriesensoren 54 empfangen, diese Sensorsignale zu einer geeigneten Sensormeldung verpacken und die Sensormeldung über einen Kommunikationsbus oder dergleichen an das Steuerungsmodul 40 senden. Es ist möglich, dass die Batteriesteuerungseinheit 56 Batteriesensorlesewerte sammelt und sie in einem lokalen Speicher speichert, so dass eine umfassende Sensormeldung zu einem späteren Zeitpunkt an das Steuerungsmodul 40 geliefert werden kann, oder die Sensorlesewerte können an das Modul 40 oder ein anderes Ziel weitergeleitet werden, sobald sie bei der Batteriesteuerungseinheit eintreffen, um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen. Statt die Batteriesensorlesewerte zur anschließenden Verarbeitung an das Steuerungsmodul 40 zu senden, ist es möglich, dass die Batteriesteuerungseinheit 56 die Sensorlesewerte selbst verarbeitet oder analysiert. In einem anderen Fall kann die Batteriesteuerungseinheit 56 sachdienliche Batterieeigenschaften und Hintergrundinformationen hinsichtlich der Chemie der Batteriezellen, der Zellenkapazität, oberer und unterer Batteriespannungsgrenzen, Batteriestromgrenzen, Batterietemperaturgrenzen, Temperaturprofile, der Batterieimpedanz, der Anzahl oder dem Verlauf von Auflade-/Entladeereignissen usw. speichern. Bei einem Beispiel speichert die Batteriesteuerungseinheit 56 Werte, die die negative Auswirkung von vorherigen Schnellladesitzungen (einzeln oder gemeinsam) betreffen und führt diese mit, und stellt diese Werte dem vorliegenden Aufladeverfahren zur Verfügung.
Das Steuerungsmodul 40 kann verwendet werden, um bestimmte Operationen oder Funktionen des Steckdosen-Elektrofahrzeugs 10 zu steuern, zu lenken oder anderweitig zu managen und es umfasst gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Verarbeitungsvorrichtung 60 und eine Speichervorrichtung 62. Die Verarbeitungsvorrichtung 60 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Prozessors umfassen (z. B. einen Microprozessor, einen Microcontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), usw.), der Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten usw. ausführt. Dieser Prozessor ist nicht auf irgendeine Art von Komponente oder Vorrichtung begrenzt. Die Speichervorrichtung 62 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Speichermittels umfassen und kann eine Vielfalt von Daten und Informationen speichern. Diese umfassen beispielsweise: Werte für die negative Auswirkung vorheriger Schnellladesitzungen (einzeln oder gesamt); erfasste Batteriebedingungen; Nachschlagetabellen und andere Datenstrukturen; Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten und andere elektronische Anweisungen; Komponenteneigenschaften und Hintergrundinformationen usw. Das vorliegende Verfahren – sowie beliebige andere elektronische Anweisungen und/oder Informationen, die für diese Aufgaben benötigt werden – können auch in der Speichervorrichtung 62 gespeichert oder auf andere Weise aufrecht erhalten werden. Das Steuerungsmodul 40 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen und Modulen über I/O-Vorrichtungen und geeignete Verbindungen, wie etwa einen Kommunikationsbus, elektronisch verbunden sein, so dass diese nach Bedarf interagieren können. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Fähigkeiten des Steuerungsmoduls 40, da andere selbstverständlich möglich sind. In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann das Steuerungsmodul 40 ein eigenständiges elektronisches Modul sein (z. B. ein Batterieladesteuerungsmodul, ein Fahrzeugintegrationssteuerungsmodul (VICM), ein Antriebsleistungs-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (TPIM), ein Batterieleistungs-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (BPIM) usw.), es kann in ein anderes elektronisches Modul im Fahrzeug eingebaut oder enthalten sein (z. B. ein Antriebsstrangsteuerungsmodul, ein Kraftmaschinensteuerungsmodul, ein Hybridsteuerungsmodul usw.) oder es kann ein Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. eines Batteriemanagementsystems (BMS), eines Fahrzeugenergiemanagementsystems usw.), um ein paar Möglichkeiten zu nennen. Das Steuerungsmodul 40 ist nicht auf irgendeinen speziellen Typ, irgendeine spezielle Art oder Ausgestaltung begrenzt.
Das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 kann außerdem eine beliebige Anzahl anderer bekannter Komponenten, Vorrichtungen, Systeme usw. enthalten, die umfassen: einen oder mehrere Elektromotoren 32, welche die Fahrzeugräder antreiben; einen Wechselrichter/Umsetzer 34, der als Bindeglied zwischen der Batterie und dem bzw. den Elektromotoren wirkt; eine Kraftmaschine 36, die einen Generator und/oder die Fahrzeugräder unter Verwendung herkömmlicher Brennkraftmaschinentechniken antreibt; und/oder einen Generator 38, der mit der Kraftmaschine, den Fahrzeugrädern oder einer anderen Drehbewegungsquelle gekoppelt ist und elektrische Leistung erzeugt, die dann zum Vortrieb verwendet, in der Batterie gespeichert oder beides werden kann. Es ist festzustellen, dass die vorstehende Liste keine erschöpfende oder exklusive Liste aller potentiellen Teile ist, die im Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 enthalten sein können, da sie nur als Beispiele für einige der Möglichkeiten bereitgestellt sind. Einige der vorstehenden Vorrichtungen können kombiniert oder anderweitig miteinander zusammengebaut sein, etwa der Elektromotor 32 und der Generator 38, die zu einem sogenannten ”Mogen” kombiniert sein können.
Wieder sind die vorstehende Beschreibung des beispielhaften Steckdosen-Elektrofahrzeugs 10 und die Zeichnung in 1 nur zur Darstellung einer möglichen Fahrzeuganordnung auf allgemeine Weise gedacht. Eine beliebige Anzahl anderer Fahrzeuganordnungen und Architekturen, welche diejenigen umfassen, die sich von der in 1 gezeigten signifikant unterscheiden, können stattdessen verwendet werden.
Mit Bezug nun auf 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Hochspannungsladesystems 70 gezeigt, das verwendet werden kann, um ein Steckdosen-Elektrofahrzeug, etwa das Fahrzeug 10, schnell zu laden. Das Hochspannungsladesystem 70 enthält einen fahrzeugfremden Abschnitt 72, der allgemein außerhalb des Fahrzeugs liegt, und einen fahrzeugeigenen Abschnitt 74, der allgemein innerhalb des Fahrzeugs liegt. Der fahrzeugfremde Abschnitt 72 des Ladesystems enthält die externe Leistungsquelle 12 und den Leistungskoppler 22, während der fahrzeugeigene Abschnitt 74 die Leistungsverbindung 20, die Isolierungshardware 26, die Batterie 30 und das Steuerungsmodul 40 enthält. Der Fachmann wird feststellen, dass der fahrzeugeigene Abschnitt 72 des Ladesystems eine existierende Hochspannungs-Gleichstromstrecke enthalten und verwenden kann, um Leistung an die Batterie 30 zu liefern (d. h. das Fahrzeugenergiespeichersystem), wobei die Hochspannungs-Gleichstromstrecke vom Fahrzeug bereits für den Vortrieb verwendet wird, oder er kann eine dedizierte Hochspannungs-Gleichstromstrecke zum Aufladen der Batterie enthalten. Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt das Hochspannungsladesystem 70, ob das Steckdosen-Elektrofahrzeug über den Leistungskoppler 22 mit einer externen Hochspannungsleistungsquelle 12 verbunden ist und ergreift geeignete Schritte, um sicherzustellen, dass die Hochspannungsleistung korrekt isoliert und mit der Batterie 30 verbunden ist. Diese Detektion kann durch die Steuerungseinheit im Batteriekoppler 22, das Batterieladegerät 24, die Isolierungshardware 26, die Batterie 30, das Steuerungsmodul 40 oder eine Kombination daraus durchgeführt werden, und sie kann eine beliebige geeignete Technik, die auf dem Gebiet bekannt ist, verwenden. Das Steuerungsmodul 40 kann mit einer beliebigen Kombination von Vorrichtungen in dem fahrzeugeigenen und/oder dem fahrzeugfremden Abschnitt des Hochspannungsladesystems 70 verbunden sein, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.
Mit Bezug nun auf 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 gezeigt, das verwendet werden kann, um einen Schnellladeprozess unter Verwendung einer externen Hochspannungsleistungsquelle und eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs zu steuern, wobei das Verfahren entworfen ist, um die negative Auswirkung zu minimieren, welche eine wiederholte Verwendung eines Schnellladeprozesses langfristig auf die Batterielebensdauer und/oder Leistung haben kann. Das Verfahren startet bei Schritt 110 und stellt fest, ob das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit einer externen Leistungsquelle verbunden ist. Bei einer Ausführungsform ist der Leistungskoppler 22 mit einer Schaltung ausgestattet, die eine Verbindung mit einer externen Leistungsquelle detektieren kann und erkennen kann, ob die Quelle eine Hochspannungsleistungsquelle 12 ist, etwa von der Art, die bei einer Ladestation oder einem Kiosk anzutreffen ist. Wie vorstehend erwähnt wurde, können einige Hochspannungsleistungsquellen 200 V–600 V Gleichstromleistung bei 50 A–500 A Stromstärke für eine Gesamtleistungslieferung von 10 kW–300 kW liefern. Dies soll selbstverständlich nicht bedeuten, dass das vorliegende Verfahren auf die Verwendung mit einer derartigen Hochspannungsleistungsquelle beschränkt ist, da das Verfahren mit Leistungsquellen verwendet werden kann, die vom Wechselstromtyp sind oder die einen Strom außerhalb des vorstehend aufgeführten Stromstärkenbereichs liefern. Wenn eine externe Hochspannungsleistungsquelle detektiert und identifiziert wird, sendet der Leistungskoppler 22 oder eine andere Vorrichtung ein Signal an das Steuerungsmodul 40, das dieses benachrichtigt, dass eine Hochspannungsverbindung hergestellt wurde. Wenn Schritt 110 feststellt, dass das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 mit einer externen Leistungsquelle erfolgreich verbunden ist, dann geht das Verfahren zum nächsten Schritt weiter; andernfalls springt das Verfahren zur fortgesetzten Überwachung zurück.
Dann stellt Schritt 120 fest, ob die gegenwärtige Aufladesitzung gerade beginnt oder nicht. Wenn die gegenwärtige Aufladesitzung beispielsweise gerade ihren ersten Ladezyklus oder ihre erste Iteration durchführt, dann kann es wünschenswert sein, dass das Verfahren eine Sequenz oder Kombination von Einrichtungsprozeduren durchläuft (z. B. Starten eines neuen Datensatzes, Sammeln vorheriger Datensätze usw.). Wenn die Aufladesitzung andererseits bereits einige Zeit angedauert hat, dann können die vorstehend erwähnten Einrichtungsprozeduren nicht notwendig sein. Allgemein gesprochen ist das Verfahren während seines Anfangszyklus mehr am Sammeln von Daten oder Information mit Bezug auf vergangene Aufladesitzungen interessiert, und ist während nachfolgender Zyklen mehr mit Daten oder Informationen mit Bezug auf die gegenwärtige Aufladesitzung beschäftigt. Es ist nicht notwendig, dass Schritt 120 eine Entscheidung allein auf der Grundlage des ersten Zyklus fällt; stattdessen kann Schritt 120 feststellen, ob sich die gegenwärtige Aufladesitzung in einer Anfangsstufe, die mehrere Zyklen umfasst (z. B. die ersten zwei, fünf, zehn Zyklen usw. der Aufladesitzung), befindet oder nicht. Wenn Schritt 120 feststellt, dass die Aufladesitzung gerade beginnt, dann geht das Verfahren zu Schritt 130 weiter; wenn Schritt 120 feststellt, dass die Aufladesitzung eine Zeit lang angedauert hat und sich nicht in ihrer Anfangsstufe befindet, dann geht das Verfahren zu Schritt 150 weiter. Es ist festzustellen, dass Schritt 120 ein optionaler Schritt ist, der weggelassen oder mit anderen Schritten kombiniert werden kann.
Bei Schritt 130 sammelt das Verfahren Daten mit Bezug auf vergangene Aufladesitzungen und kann dies auf mehrere Weisen tun. Aufladedaten aus der Vergangenheit können verwendet werden, um die negative Auswirkung, die vergangene Aufladesitzungen auf die Batterie 30 des Fahrzeugs gehabt haben, zu schätzen und diese Daten können, wenn die gesamte oder kollektive negative Auswirkung einen Schwellenwert überschreitet, verwendet werden, um die Auswirkung gegenwärtiger oder zukünftiger Aufladesitzungen zu begrenzen. Der Begriff ”Aufladedaten aus der Vergangenheit” umfasst in weitem Sinn alle Informationen oder Daten, die vorherige Aufladesitzungen betreffen, und kann verwendet werden, um die negative Auswirkung zu bestimmen, die diese Sitzungen auf die Batterie gehabt haben. Bei einer beispielhaften Ausführungsform holt Schritt 130 Aufladedaten aus der Vergangenheit aus dem Speicher, der im Steckdosen-Elektrofahrzeug angeordnet ist (z. B. aus der Speichervorrichtung 62 im Steuerungsmodul 40), wobei die Aufladedaten aus der Vergangenheit eine Kombination aus den folgenden Informationen umfassen: Aufladeparameter aus der Vergangenheit (z. B. Temperaturen, Spannungen, Stromstärken, Leistungsniveaus, Aufladeraten, Ladezustände (SOC), C-Raten usw.), Aufladeverläufe aus der Vergangenheit (z. B. die Uhrzeit, den Tag, die Dauer usw.), Aufladeauswirkungen aus der Vergangenheit (z. B. einen quantitativen Wert wie etwa eine Auswirkungszahl aus der Vergangenheit, die durch eine Kostenfunktion oder ein Softwaremodell bereitgestellt wird und die Auswirkung vorheriger Aufladesitzungen auf die Batterie darstellt), oder andere Aufladedaten aus der Vergangenheit. Die Aufladedaten aus der Vergangenheit können quantitativ sein (z. B. ein numerisches Spannungsniveau oder eine Auswirkungszahl) oder qualitativ (z. B. niedrig, mittel, hoch); sie können einen Mittelwert, einen Spitzenwert oder einen Gesamtwert darstellen; oder sie können nur eine einzige Aufladesitzung aus der Vergangenheit oder eine Anzahl von Aufladesitzungen aus der Vergangenheit betreffen, um nur ein paar der Möglichkeiten zu erwähnen. Aufladedaten aus der Vergangenheit können eine große Vielfalt von Informationen und Daten umfassen und sind selbstverständlich nicht auf die vorstehend bereitstellen Beispiele beschränkt.
Bei einem Beispiel ohne Einschränkung sammelt Schritt 130 Aufladedaten aus der Vergangenheit, indem er einen oder mehrere elektronische Datensätze aus einem Speicher holt, der im Steckdosen-Elektrofahrzeug angeordnet ist, wobei ein elektronischer Datensatz eine Auswirkungszahl aus der Vergangenheit und einen Zeitstempel für eine oder mehrere frühere Aufladesitzungen umfasst. Die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit ist ein quantitativer Wert, der die geschätzte negative Auswirkung darstellt, welche vorherige Aufladesitzungen auf die Batterie des Fahrzeugs gehabt haben, und sie kann unter Verwendung von Kostenfunktionen, Softwaremodellen oder einem anderen Werkzeug, das dem Fachmann bekannt ist, erzeugt werden. Die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit kann eine einzige vorherige Aufladesitzung darstellen oder sie kann mehrere Aufladesitzungen als Schätzwert für eine kumulierte Auswirkung auf die Batterie darstellen. Der Zeitstempel versorgt das Verfahren mit Informationen mit Bezug auf die Uhrzeit, den Tag, die Dauer, die Häufigkeit usw. einer oder mehrerer früherer Aufladesitzungen. Der Fachmann wird feststellen, dass die Gesamtauswirkung auf die Batterielebensdauer dann, wenn zwei vorherige Aufladesitzungen im Abstand von Stunden voneinander durchgeführt wurden, größer sein kann, als wenn die gleichen zwei Aufladesitzungen im Abstand von Tagen durchgeführt worden wären. Diese und viele andere Faktoren können das Ausmaß beeinflussen, in dem sich Aufladesitzungen aus der Vergangenheit negativ auf die Batterie auswirken, und sie sind die Arten von Informationen, die in der Auswirkungszahl aus der Vergangenheit und/oder anderen Informationen, die als Aufladedaten aus der Vergangenheit gespeichert sind, erfasst oder dargestellt sein können. Es ist möglich, dass Zeitstempelinformationen in die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit eingearbeitet oder integriert sind, so dass die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit Zeitangelegenheiten berücksichtigt.
Bei Schritt 140 sammelt das Verfahren Daten mit Bezug auf die gegenwärtige Aufladesitzung und zeichnet diese auf, d. h. gegenwärtige Aufladedaten. Allgemein gesprochen sind die gegenwärtigen Aufladedaten größtenteils die gleichen wie die Aufladedaten aus der Vergangenheit, nur dass die Informationen die aktuelle Aufladesitzung im Gegensatz zu einer oder mehreren vorherigen Aufladesitzungen betreffen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt Schritt 130 einen neuen elektronischen Datensatz für die gegenwärtige Aufladesitzung und füllt ihn mit einer Kombination aus gegenwärtigen Aufladeparametern, dem gegenwärtigen Aufladeverlauf und/oder Informationen zur gegenwärtigen Aufladeauswirkung. Da die gegenwärtige Aufladesitzung gerade beginnt, sind möglicherweise noch nicht genügend Informationen vorhanden, um gegenwärtige Aufladeparameter oder Auswirkungsinformationen aufzuzeichnen. In diesem Fall kann Schritt 140 einfach die Uhrzeit und das Datum aufzeichnen, an denen die aktuelle Aufladesitzung begonnen hat (Verlauf der gegenwärtigen Aufladung) und dann die anderen Daten des gegenwärtigen Aufladens zu einem späteren Zeitpunkt aufzeichnen. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.
An diesem Punkt geht das Verfahren normalerweise zu Schritt 180 weiter, so dass die negative Gesamtauswirkung auf die Batterie berechnet und die gegenwärtige Aufladesitzung auf eine Weise eingeschränkt werden kann, die eine weitere Beschleunigung der Verschlechterung der Batterielebensdauer vermeidet, wenn die Gesamtauswirkung einen Schwellenwert überschreitet. Da die Abfolge der Schritte 120, 130, 140 und 180 zu Beginn der gegenwärtigen Aufladesitzung ausgeführt wird, würde Schritt 180 die Entscheidung zur Beschränkung oder Begrenzung aktueller Aufladeniveaus zu einem großen Teil auf Aufladesitzungen aus der Vergangenheit basieren lassen. Für die Abfolge, welche die Schritte 120, 150, 160, 170 und 180 umfasst, ist die gegenwärtige Aufladesitzung in der Abfolge ausreichend weit, dass genügend neue Daten erzeugt worden sind, um eine Entscheidung zu treffen, ob aktuelle Ladeniveaus beschränkt werden sollen oder nicht. Wenn anders ausgedrückt das Verfahren die Schritte 120, 130 und 140 durchläuft, dann beginnt die gegenwärtige Aufladesitzung gerade und Schritt 180 kann nur auf der Grundlage von Aufladedaten aus der Vergangenheit entscheiden, das Schnellladen von der externen Leistungsquelle 12 zu begrenzen; wenn das Verfahren die Schritte 120, 150, 160 und 170 durchläuft, dann ist die gegenwärtige Aufladesitzung eine Zeit lang am Laufen und Schritt 180 kann seine Entscheidung auf Aufladedaten sowohl aus der Vergangenheit als auch der Gegenwart basieren. Einige der Techniken und Verfahren, die von Schritt 180 verwendet werden können, um aktuelle Aufladeniveaus einzuschränken oder zu begrenzen, sind nachstehend bei Schritt 180 beschrieben.
Zurück zu Schritt 120 geht das Verfahren dann, wenn es feststellt, dass die gegenwärtige Aufladesitzung nicht gerade eben beginnt (d. h. das Steckdosen-Elektrofahrzeug wurde bereits eine Zeit lang aufgeladen) zu Schritt 150 weiter. Dieser Schritt sammelt Daten, welche die gegenwärtige Aufladesitzung betreffen, und/oder zeichnet diese auf. Wie vorstehend erwähnt wurde, können die gegenwärtigen Aufladedaten eine beliebige Kombination aus den folgenden Informationen umfassen: gegenwärtige Aufladeparameter (z. B. Temperaturen, Spannungen, Stromstärken, Leistungsniveaus, Aufladeraten, Ladezustände (SOC), C-Rate usw.), einen gegenwärtigen Aufladeverlauf (z. B. die Uhrzeit, den Tag, die Dauer usw.), die Auswirkung der gegenwärtigen Aufladung (z. B. eine gegenwärtige Auswirkungszahl) oder andere gegenwärtige Aufladedaten. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sammelt Schritt 150 einen oder mehrere gegenwärtige Aufladeparameter in der Form von Sensorlesewerten von den Batteriesensoren 54 oder von einer anderen geeigneten Vorrichtung, wobei die Sensorlesewerte eine Kombination aus der Batterietemperatur, dem Batteriestrom, der Batteriespannung, dem Ladezustand (SOC), der C-Rate usw. umfassen. Diese Lesewerte können beispielsweise als sich langsam oder schnell bewegende Mittelwerte bereitgestellt werden.
Schritt 160 verwendet dann die gegenwärtigen Aufladedaten, um die negative Auswirkung zu bestimmen, welche die gegenwärtige Aufladesitzung auf die Batterie gehabt hat. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet Schritt 160 die gegenwärtigen Aufladedaten vom vorherigen Schritt, um eine momentane Auswirkungszahl zu schätzen und integriert dann die momentanen Auswirkungszahlen über die Dauer der gegenwärtigen Aufladesitzung hinweg, um zu einer gegenwärtigen Auswirkungszahl zu gelangen. Die momentane Auswirkungszahl stellt die geschätzte Auswirkung dar, welche die aktuelle Aufladesitzung zu diesem Zeitpunkt gerade auf die Batterie hat, und sie kann bestimmt werden, indem die gegenwärtigen Aufladedaten (z. B. Batterietemperaturen, Spannungen, Stromstärken, Leistungsniveaus, Aufladeraten, Ladezustände (SOC), C-Rate usw.) in Verbindung mit einer Nachschlagetabelle, einer Kalibrierungstabelle oder einer beliebigen anderen Datenstruktur oder einem Algorithmuswerkzeug verwendet werden. Bei einem derartigen Beispiel können die gegenwärtigen Aufladedaten die Eingabe für die Nachschlagetabelle sein und die momentane Auswirkungszahl kann die Ausgabe sein. Im Lauf der Zeit wird eine Verlaufskurve momentaner Auswirkungszahlen als Funktion der Zeit erzeugt, welche dann integriert werden kann, um zu der gegenwärtigen Auswirkungszahl zu gelangen. Die gegenwärtige Auswirkungszahl stellt den kumulativen Effekt dar, den der Schnellladeprozess auf die Batterie während der gegenwärtigen Aufladesitzung gehabt hat.
Als Nächstes addiert Schritt 170 die negative Auswirkung von Aufladesitzungen aus der Vergangenheit zu derjenigen der gegenwärtigen Aufladesitzung, um eine negative Gesamtauswirkung zu bestimmen. Dies kann auf mehrere Weisen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Auswirkungszahl aus der Vergangenheit (z. B. diejenige, die bei Schritt 130 geholt wurde) zu einer gegenwärtigen Auswirkungszahl addiert werden (z. B. derjenigen, die bei Schritt 160 bestimmt wurde), um zu einer Gesamtauswirkungszahl zu gelangen. Die Gesamtauswirkungszahl ist ein quantitativer Wert, der die negative Gesamtauswirkung auf die Batterie aufgrund von Hochleistungsaufladesitzungen (sowohl aus der Vergangenheit als auch der Gegenwart), welche die externe Leistungsquelle 12 verwenden, darstellt, wie im Graphen 200 in 4 dargestellt ist. Im Graphen 200 stellt der Kurvenverlauf 202 die über die Zeit aufgezeichnete Gesamtauswirkungszahl dar, wobei Abschnitte des Kurvenverlaufs, die ansteigen, Schnellladeereignissen entsprechen, und Abschnitte, die abnehmen, Perioden darstellen, bei denen das Fahrzeug nicht schnell geladen wird. Beispielsweise kann ein Schnellladeereignis vom Zeitpunkt Null bis zum Punkt 210 auftreten, ein Nichtaufladereignis kann von Punkt 210 bis Punkt 214 auftreten und ein weiteres Schnellladeereignis kann von Punkt 214 bis Punkt 218 auftreten.
Der Fachmann wird feststellen, dass eine gegenwärtige Aufladesitzung eine größere Auswirkung auf die Gesamtauswirkungszahl haben kann als Aufladesitzungen aus der Vergangenheit, die vor langer Zeit aufgetreten sind. Von Schritt 170 können verschiedene Schemata und Techniken zum Gewichten der negativen Auswirkung von vergangenen und gegenwärtigen Aufladesitzungen verwendet werden. Es ist sogar möglich, dass bestimmte Aufladesitzungen aus der Vergangenheit abgewertet oder sogar aus der Auswirkungszahl aus der Vergangenheit ausgesondert werden, sobald ein bestimmter Zeitbetrag vergangen ist; die Verlaufsinformationen vergangener Aufladeereignisse, die in einem Speicher gespeichert sind, etwa ein Zeitstempel, können für diesen Zweck nützlich sein. Beispielsweise kann Schritt 170 eine Liste von Aufladesitzungen aus der Vergangenheit heranziehen, die über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg zusammengestellt wurde (z. B. wenige Tage, eine Woche, einen Monat, ein Jahr usw.) und dann den Beitrag jeder Sitzung abwerten oder ihm auf der Grundlage dessen, wie alt er ist, weniger Gewicht zuweisen (z. B. unter Verwendung eines Faktors, einer Gewichtsfunktion, eines Prozentsatzes usw.). Es ist außerdem möglich, dass Schritt 170 nur eine vorbestimmte Anzahl von Aufladesitzungen aus der Vergangenheit berücksichtigt (z. B. die letzten 5, 10 oder 20 Sitzungen, oder nur diejenigen Aufladesitzungen aus der Vergangenheit, die im letzten Monat, in den letzten 3 Monaten, in den letzten 6 Monaten usw. aufgetreten sind). Nachdem die negative Gesamtauswirkung von vergangenen und gegenwärtigen Aufladesitzungen geschätzt wurde, geht das Verfahren zu Schritt 180 weiter.
Bei alternativen Ausführungsformen kann Schritt 170 die negative Gesamtauswirkung nur auf der Grundlage von Aufladesitzungen aus der Vergangenheit oder nur der gegenwärtigen Aufladesitzung bestimmen, statt beide zu verwenden. Wie bereits erwähnt wurde, kann sich ein Schnellladen einer Fahrzeugbatterie mit einer externen Hochspannungsleistungsquelle, etwa der Quelle 12, die 10 kW–300 kW Leistung liefern kann, negativ auf die Leistung und/oder Lebensdauer der Batterie auswirken, wenn es auf uneingeschränkte Weise durchgeführt wird. Daraus folgt die Notwendigkeit zum Steuern der Aufladeleistung von der externen Leistungsquelle 12.
Schritt 180 verwendet dann die negative Gesamtauswirkung auf die Fahrzeugbatterie, um die Aufladeleistung, die von der externen Leistungsquelle 12 an das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 geliefert wird, zu beschränken, zu begrenzen und/oder auf andere Weise zu steuern. Gemäß einem Beispiel, das in Verbindung mit 4 und 5 bereitgestellt ist, vergleicht Schritt 180 die Gesamtauswirkungszahl (Kurvenverlauf 202) mit einem Schwellenwert 204 für die negative Auswirkung und verringert die Aufladeleistung für das Fahrzeug, wenn der Schwellenwert überschritten wird (Punkt 222). Punkt 222 stellt allgemein den Punkt dar, an dem das Verfahren feststellt, dass die Batterie 30 eine nicht akzeptable negative Auswirkung erfahren wird, wenn das Schnellladen mit den aktuellen Ladeniveaus fortgesetzt wird. Daher kann Schritt 180 mit dem Absenken oder anderweitigen Beschneiden der Leistung beginnen, die von der externen Leistungsquelle 12 an das Steckdosen-Elektrofahrzeug 10 geliefert wird, wie bei Punkt 348 in 5 gezeigt ist. Punkt 348 entspricht in der Zeit dem Punkt 222. Dieses Absenken der Aufladeleistung kann eine Verringerung der Stromstärke umfassen, kann aber auch das Verringern der Spannung, des Tastverhältnisses oder einer Kombination daraus umfassen. Bei einem Beispiel verwendet Schritt 180 die Gesamtauswirkungszahl als eine Eingabe in eine Nachschlagetabelle (z. B. eine lineare Nachschlagetabelle, die zwischen Datenpunkten extrapoliert) oder eine andere Datenstruktur, welche wiederum eine Leistungsgrenze für das Aufladen des Steckdosen-Elektrofahrzeugs ausgibt. Es können auch andere Techniken verwendet werden.
Um das Absenken der Aufladeleistung tatsächlich zu implementieren, kann das Steuerungsmodul 40 Befehlssignale an die externe Leistungsquelle 12, den Leistungskoppler 22, die Isolierungshardware 26 oder eine andere Vorrichtung senden, welche diese anweisen, die Aufladeleistung zu verringern. Bei einem Beispiel sendet das Steuerungsmodul 40 Befehlssignale über serielle oder PLC-Verbindungen, um die Leistungsquelle über das gewünschte Aufladeniveau zu unterrichten. Das genaue Wesen der Interaktion zwischen dem Steuerungsmodul 40 und dem Aufladesystem 70 kann in Abhängigkeit von der speziellen externen Leistungsquelle, dem Leistungskoppler, der Fahrzeughardware usw. variieren. Diese Prozeduren können mit dem Wiederholen fortfahren, bis das Steckdosen-Elektrofahrzeug vollständig aufgeladen ist, das Fahrzeug von der externen Leistungsquelle 12 getrennt wird, oder das Verfahren die Aufladeleistung auf einen Minimalbetrag absenkt. Der Fachmann wird erkennen, dass das Einschränken, Begrenzen und/oder Steuern, das bei Schritt 180 stattfindet, allgemein für das Batterieaufladen gedacht ist und nicht unbedingt zum Begrenzen von Leistung, die an das Fahrzeug für andere Zwecke geliefert wird, etwas das Unterstützen anderer Hochspannungslasten. Eine derartige Leistungslieferung kann in Verbindung mit dem Batterieaufladen unterstützt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung einer oder mehrerer bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus betreffen die Aussagen, die in der vorstehenden Beschreibung enthalten sind, spezielle Ausführungsformen und dürfen nicht als Einschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen aufgefasst werden, die in den Ansprüchen verwendet werden, außer dort, wo ein Begriff oder ein Satz vorstehend explizit definiert ist. Dem Fachmann werden sich verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Veränderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen offenbaren. Zum Beispiel ist die spezielle Kombination und Reihenfolge von Schritten nur eine Möglichkeit, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten enthalten kann, die weniger, mehr oder andere Schritte aufweist als diejenigen, die hier gezeigt sind. Alle derartigen anderen Ausführungsformen, Veränderungen und Modifikationen sollen in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Die Begriffe ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie etwa” und ”wie” und die Verben ”umfassend”, ”aufweisend”, ”enthaltend” und ihre anderen Verbformen sollen, so wie sie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, bei einer Verwendung in Verbindung mit einer Aufzählung aus einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen jeweils als offen aufgefasst werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht so aufgefasst werden darf, dass sie andere, zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließt. Andere Begriffe sollen unter Verwendung ihrer weitesten vernünftigen Bedeutung aufgefasst werden, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 62196 [0014]
SAE J1772 [0014]
SAE J-1772 und J-1773 [0015]

Claims

Verfahren zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs durch eine externe Leistungsquelle, das die Schritte umfasst, dass: (a) Daten mit Bezug auf eine oder mehrere vergangene oder gegenwärtige Aufladesitzungen gesammelt werden und die Aufladedaten verwendet werden, um eine negative Auswirkung auf eine Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs zu schätzen; (b) die negative Auswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit einem Schwellenwert für die negative Auswirkung verglichen wird; und (c) dann, wenn die negative Auswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs den Schwellenwert für die negative Auswirkung überschreitet, die Aufladeleistung begrenzt wird, die von der externen Leistungsquelle an das Steckdosen-Elektrofahrzeug geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass Aufladedaten aus der Vergangenheit aus einem Speicher gesammelt werden, der im Steckdosen-Elektrofahrzeug angeordnet ist, wobei die Aufladedaten aus der Vergangenheit mit einer oder mehreren vergangenen Aufladesitzungen in Beziehung stehen und mindestens ein Datum enthalten, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Parametern von Aufladevorgängen aus der Vergangenheit, Verläufen vergangener Aufladevorgänge oder der Auswirkung vergangener Aufladevorgänge.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt (a) ferner ein Sammeln von Aufladedaten aus der Vergangenheit umfasst, die eine Auswirkungszahl aus der Vergangenheit umfassen, und die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit ein quantitativer Wert ist, der die geschätzte negative Auswirkung einer oder mehrerer vergangener Aufladesitzungen auf die Batterie darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner das Sammeln gegenwärtiger Aufladedaten umfasst, wobei die gegenwärtigen Aufladedaten mit einer gegenwärtigen Aufladesitzung in Beziehung stehen und mindestens ein Datum enthalten, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: gegenwärtigen Aufladeparametern, einem Verlauf des gegenwärtigen Aufladevorgangs, oder einer Auswirkung des gegenwärtigen Aufladevorgangs.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass die gegenwärtigen Aufladedaten verwendet werden, um eine negative Auswirkung der gegenwärtigen Aufladesitzung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass die negative Auswirkung der gegenwärtigen Aufladesitzung zu einer negativen Auswirkung einer oder mehrerer vergangener Aufladesitzungen addiert wird, um eine Gesamtauswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass ein gegenwärtiger Aufladeparameter von einem Sensor, der am Steckdosen-Elektrofahrzeug angeordnet ist, gesammelt wird, wobei der gegenwärtige Aufladeparameter mindestens ein Datum umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: einer Temperatur, einer Spannung, einer Stromstärke, einem Leistungsniveau, einer Änderungsrate, einem Ladezustand (SOC) oder einer C-Rate.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass der gegenwärtige Aufladeparameter verwendet wird, um eine momentane Auswirkungszahl zu bestimmen, welche die Auswirkung darstellt, die die gegenwärtige Aufladesitzung zu diesem Zeitpunkt gerade auf die Batterie hat.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass die momentane Auswirkungszahl über die Dauer der gegenwärtigen Aufladesitzung hinweg integriert wird, um eine gegenwärtige Auswirkungszahl zu bestimmen, welche die kumulierte Auswirkung der gegenwärtigen Aufladesitzung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass die gegenwärtige Auswirkungszahl für die gegenwärtige Aufladesitzung zu einer Auswirkungszahl aus der Vergangenheit für eine oder mehrere vergangene Aufladesitzungen addiert wird, um eine Gesamtauswirkungszahl zu bestimmen, welche die Gesamtauswirkung von sowohl vergangenen als auch gegenwärtigen Aufladesitzungen darstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Auswirkungszahl aus der Vergangenheit für eine oder mehrere vergangene Aufladesitzungen auf der Grundlage dessen, wie lange vorher sie stattgefunden haben, abgewertet oder in der Gewichtung verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner das Vergleichen einer Gesamtauswirkungszahl, welche die Gesamtauswirkung von sowohl vergangenen als auch gegenwärtigen Aufladesitzungen darstellt, mit einem Schwellenwert für die negative Auswirkung umfasst, der das Niveau darstellt, bei dem ein weiterer Schnellladevorgang wahrscheinlich eine nicht akzeptable negative Auswirkung auf die Batterie des Steckdosen-Elektrofahrzeugs aufweisen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dann, wenn die negative Auswirkung auf die Batterie den Schwellenwert für die negative Auswirkung überschreitet, Schritt (c) ferner umfasst, dass die Aufladeleistung, die von der externen Leistungsquelle an das Steckdosen-Elektrofahrzeug geliefert wird, begrenzt wird, indem Befehlssignale von einem Steuerungsmodul, das im Steckdosen-Elektrofahrzeug angeordnet ist, an die externe Leistungsquelle gesendet werden, welche die Leistungsquelle anweisen, die Aufladestromstärke zu verringern.
Ladesystem zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs durch eine externe Leistungsquelle, umfassend: eine Leistungsverbindung zum Verbinden des Steckdosen-Elektrofahrzeugs mit der externen Leistungsquelle; eine Isolierungshardware, die mit der Leistungsverbindung gekoppelt ist, wobei die Isolierungshardware eine von der externen Leistungsquelle gelieferte elektrische Leistung isoliert; eine Batterie, die mit der Isolierungshardware gekoppelt ist, wobei die Batterie das Steckdosen-Elektrofahrzeug mit elektrischer Leistung zum Fahrzeugvortrieb versorgt; einen oder mehrere Sensoren zum Liefern von Daten mit Bezug auf eine Ladesitzung; und ein Steuerungsmodul, das mit dem bzw. den Sensoren gekoppelt ist, wobei das Steuerungsmodul ausgestaltet ist, um die Aufladedaten zum Schätzen einer negativen Auswirkung auf die Batterie vom Aufladen mit der externen Leistungsquelle zu verwenden, und um die Aufladeleistung, die von der externen Leistungsquelle an das Steckdosen-Elektrofahrzeug geliefert wird, zu begrenzen, wenn die negative Auswirkung auf die Batterie einen Schwellenwert für die negative Auswirkung überschreitet.