DE10312591B4 - Charging procedure for a rechargeable battery - Google Patents

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Abstract

Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie, bei welchem der Ladevorgang der Batterie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt (tNutz) einer nächsten Nutzung der Batterie gesteuert wird.Charging method for a rechargeable battery, in which the charging process of the battery is controlled as a function of the time (t use) of a next use of the battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie und insbesondere ein energieeffizientes und lebensdauerschonendes Ladeverfahren für wiederaufladbare Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen.The present invention relates to a charging method for a rechargeable battery, and more particularly, to an energy-efficient and life-saving charging method for rechargeable batteries of electric and hybrid vehicles.

Die DE 697 09 002 T2 offenbart eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug. Dabei stellt eine Lade/Entlade-Regelvorrichtung der Antriebsanordnung einen Sollzustand einer Akkumulatorvorrichtung der Antriebsanordnung auf der Grundlage eines prognostizierten Fahrzustands ein. Die Lade/Entlade-Regelvorrichtung regelt eine Brennkraftmaschine und einen Generator der Antriebsanordnung derart, dass der Zustand der Akkumulatorvorrichtung dem Sollzustand entspricht.The DE 697 09 002 T2 discloses a drive arrangement for a vehicle. In this case, a loading / unloading control device of the drive arrangement sets a target state of a battery device of the drive arrangement on the basis of a predicted driving state. The charge / discharge control device controls an internal combustion engine and a generator of the drive assembly such that the state of the accumulator device corresponds to the target state.

Die DE 199 29 594 A1 beschreibt ein Fahrzeug-Hybridantriebssystem. Dabei arbeitet eine Batterie in einer Lade- oder Entladebetriebsart, wenn die Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt.The DE 199 29 594 A1 describes a vehicle hybrid propulsion system. At this time, a battery operates in a charging or discharging mode when the temperature is below a predetermined value.

Die US 5,487,002 A offenbart ein Energiemanagementsystem für Fahrzeuge mit einer beschränkten Energiespeicherkapazität. Dabei kann der Fahrer ein abgespeichertes Fahrprofil auswählen, so dass die Reichweite mit der vorhandenen Energie abhängig von dem gewählten Fahrprofil berechnet wird.The US 5,487,002 A discloses an energy management system for vehicles with limited energy storage capacity. In this case, the driver can select a stored driving profile, so that the range is calculated with the available energy depending on the selected driving profile.

Ladeverfahren für wiederaufladbare Batterien werden üblicherweise in Abhängigkeit von der Batterietemperatur und/oder dem aktuellen Ladezustand der Batterie gesteuert. Die Beendigung des Ladevorgangs erfolgt im allgemeinen, wenn der Vollladezustand der Batterie erkannt worden ist; hierzu sind für verschiedene Batteriesysteme unterschiedliche Abbruchkriterien bekannt.Charging methods for rechargeable batteries are usually controlled as a function of the battery temperature and / or the current state of charge of the battery. The completion of the charging process is generally carried out when the full charge state of the battery has been detected; For this purpose different termination criteria are known for different battery systems.

Es ist dabei allgemein bekannt, dass der Ladewirkungsgrad η im Fall von alkalischen Batteriesystemen (z. B. NiCd, NiMH) für den Ladevorgang je nach Batterietemperatur bei einem Ladezustand SOC (State of Charge) der Batterie oberhalb eines Ladezustands von etwa 75% deutlich abnimmt; die nicht gespeicherte Energie geht dabei im wesentlichen in Form von Wärme verloren. 2 zeigt hierzu schematisch den Amperestunden-Wirkungsgrad ηAh eines alkalischen Batteriesystems in Abhängigkeit von dem Ladezustand SOC und der Batterietemperatur. Der energetische Wirkungsgrad ηWh (in Wattstunden), der auch die zeitlich variable und von Ladestrom sowie Batterieparametern abhängige Spannung enthält, ist in jedem Fall noch niedriger als der in 2 dargestellte Amperestunden-Wirkungsgrad ηAh. Bei anderen Batteriesystemen wie beispielsweise Bleibatterien ist dieses Verhalten ebenfalls zu beobachten, wenn auch weniger ausgeprägt.It is well known that the charging efficiency η in the case of alkaline battery systems (eg NiCd, NiMH) for charging depending on the battery temperature at a state of charge SOC (state of charge) of the battery above a state of charge of about 75% significantly decreases ; the unsaved energy is lost essentially in the form of heat. 2 schematically shows the ampere-hour efficiency η Ah of an alkaline battery system as a function of the state of charge SOC and the battery temperature. The energy efficiency η Wh (in watt-hours), which also contains the time-variable voltage dependent on charging current and battery parameters, is in any case even lower than in 2 illustrated ampere-hour efficiency η Ah . For other battery systems, such as lead acid batteries, this behavior is also observed, albeit less pronounced.

Ferner ist es bekannt, dass die Selbstentladerate K je nach Batterietemperatur bei Ladezuständen SOC von mehr als etwa 95% deutlich zunimmt, wie schematisch in 3 dargestellt. In der ersten Stunde nach einer erfolgten Vollladung liegt die Selbstentladerate K bei einem alkalischen Batteriesystem, wenn die Batterie in diesem Zeitraum nicht genutzt wird oder nicht weiter geladen wird, in einer Größenordnung von etwa 5% bis 10% der Nennkapazität der Batterie.Furthermore, it is known that the self-discharge rate K significantly increases depending on the battery temperature at charge states SOC of more than about 95%, as shown schematically in FIG 3 shown. In the first hour after a full charge has been made, the self-discharge rate K for an alkaline battery system is about 5% to 10% of the rated capacity of the battery, if the battery is not used or is not recharged during this period.

Des Weiteren ist es bekannt, dass die Lebensdauer von Batteriesystemen verringert wird, wenn sie häufig überladen werden (alkalische Batteriesysteme und Bleibatterien) oder wenn sie bei hohen Ladezuständen betrieben oder gelagert werden (auch Lithiumsysteme).Furthermore, it is known that the life of battery systems is reduced if they are frequently overcharged (alkaline battery systems and lead-acid batteries) or if they are operated or stored at high charge states (also lithium systems).

Ausgehend von diesem an sich bekannten Verhalten einer wiederaufladbaren Batterie ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie bereitzustellen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Ladeverfahren energieeffizienter und lebensdauerschonender ist.Based on this known behavior of a rechargeable battery, it is an object of the present invention to provide a charging method for a rechargeable battery, which is more energy efficient and life-saving compared to conventional charging methods.

Diese Aufgabe wird durch ein Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a charging method for a rechargeable battery having the features specified in claim 1. Further embodiments and advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Das Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ladevorgang der Batterie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt einer nächsten Nutzung der Batterie gesteuert wird. Mit anderen Worten orientiert sich das Ladeverfahren danach, wann die nächste Nutzung der Batterie stattfindet.The charging method for a rechargeable battery according to the present invention is characterized in that the charging of the battery is controlled depending on the time of next use of the battery. In other words, the charging process orients itself according to when the next use of the battery takes place.

Darüber hinaus kann der Ladevorgang zusätzlich in Abhängigkeit von dem bei einer nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand der Batterie gesteuert werden. Mit anderen Worten kann sich das Ladeverfahren zusätzlich danach orientieren, ob zum Zeitpunkt der nächsten Nutzung die maximal mögliche Batteriekapazität zur Verfügung stehen muss oder ob möglicherweise auch eine Teilladung der Batterie ausreichend ist.In addition, the charging process may additionally be controlled in dependence on the state of charge of the battery required next time the battery is used. In other words, the charging method may additionally be based on whether the maximum possible battery capacity must be available at the time of the next use or whether a partial charge of the battery may also be sufficient.

Der Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bzw. der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand der Batterie können entweder manuell durch einen Benutzer eingegeben oder – vorzugsweise mittels eines adaptiven Verfahrens – aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie selbständig ermittelt werden. Im letztgenannten Fall kann der Benutzer oder das Batteriesteuergerät bei einer gewünschten Abweichung von den vorherigen Nutzungsprofilen den Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bzw. den bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand der Batterie bei Bedarf einstellen.The point in time of the next use of the battery or the state of charge of the battery required for the next use of the battery can either be entered manually by a user or independently determined from previous usage profiles of the battery, preferably by means of an adaptive method. In the latter case, the user or the battery control device at a desired deviation from the previous usage profiles, the time of If necessary, set the battery or the state of charge of the battery required the next time the battery is used next.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei den meisten Nutzungen einer Batterie nicht die Gesamtkapazität der Batterie erforderlich ist und dass in vielen Fällen auch der Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bekannt ist. Es ist daher mittels des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens möglich, die Energieverluste aufgrund niedriger Ladewirkungsgrade und hoher Selbstentladungsraten zu senken, indem die Batterie nur bis zu ihrem bei der nächsten Nutzung tatsächlich benötigten Ladezustand, der häufig noch in einem Bereich eines hohen Ladewirkungsgrades und niedriger Selbstentladungsraten liegt, zu laden. Außerdem können die Energieverluste aufgrund der Selbstentladungseffekte zusätzlich minimiert werden, indem das Ladeverfahren auf den Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie abgestimmt ist, d. h. der Ladevorgang der Batterie auf den gewünschten Ladezustand möglichst erst unmittelbar vor dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie erfolgt. Die Wirkungen des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens sind insbesondere bei alkalischen Batteriesystemen von Vorteil, wo hohe Wirkungsgrade bzw. niedrige Verlustleistungen gewünscht sind, wie dies zum Beispiel bei wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen der Fall ist.The invention is based on the recognition that in most uses of a battery, the total capacity of the battery is not required and that in many cases, the time of the next use of the battery is known. It is therefore possible by means of the charging method according to the invention to reduce the energy losses due to low charging efficiencies and high self-discharge rates by the battery only up to its actually required during the next use state of charge, which is often still in a range of high charging efficiency and low self-discharge rates load. In addition, the energy losses due to the self-discharge effects can be further minimized by tuning the charging process to the time of next use of the battery, i. H. the charging of the battery to the desired state of charge preferably only immediately before the time of the next use of the battery. The effects of the charging method according to the invention are particularly advantageous in alkaline battery systems where high efficiencies and low power losses are desired, as is the case for example with rechargeable batteries of electric vehicles and hybrid vehicles.

Außerdem haben einige Batteriesysteme unmittelbar nach einem Ladevorgang die Eigenschaft einer höheren Spannungslage und/oder eines niedrigeren Innenwiderstands, sodass die aufgeladene Batterie im Falle des unmittelbar vor dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung durchgeführten Ladevorgangs zu Beginn des anschließenden Nutzungszeitraums eine höhere Leistungsbereitschaft bzw. niedrigere Verluste durch den niedrigeren Innenwiderstand zeigt.In addition, some battery systems immediately after a charge have the property of a higher voltage level and / or a lower internal resistance, so that the charged battery in the case of directly before the time of the next use charging performed at the beginning of the subsequent period of use, a higher performance readiness or lower losses by the shows lower internal resistance.

Vorzugsweise wird der Ladevorgang der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gesteuert, da die Kennlinien des Ladewirkungsgrades und der Selbstentladerate von wiederaufladbaren Batterien im allgemeinen auch stark von der Batterietemperatur abhängen.Preferably, the charging of the battery is additionally controlled in dependence on the battery temperature, since the characteristics of the charging efficiency and the Selbstentladerate of rechargeable batteries generally also strongly depend on the battery temperature.

Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der Ladwirkungsgrad unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie deutlich, d. h. zum Beispiel auf unter 90% oder sogar unter 80%, gesunken ist. Die Erniedrigung des Ladewirkungsgrades führt bei dem Ladevorgang zu einem Anstieg der Batterietemperatur. Da im allgemeinen der Innenwiderstand der Batterie mit steigender Temperatur sinkt, führt dies wie oben beschrieben im anschließenden Nutzungszeitraum zu einer Erhöhung der Leistungsbereitschaft und einer Verringerung der Innenwiderstandsverluste.Furthermore, it may be advantageous if the charging efficiency immediately before the next use of the battery significantly, d. H. for example, has fallen below 90% or even below 80%. The lowering of the charging efficiency leads to an increase in the battery temperature during the charging process. Since, in general, the internal resistance of the battery decreases with increasing temperature, this leads, as described above in the subsequent period of use to an increase in the willingness to perform and a reduction in the internal resistance losses.

Bei Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge kann dies insbesondere in der kalten Jahreszeit von Vorteil sein, um die Batterie bereits zu Beginn des Nutzungszeitraums auf Betriebstemperatur gebracht zu haben.For batteries for electric and hybrid vehicles, this can be particularly advantageous in the cold season to have brought the battery already at the beginning of the period of use to operating temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ladevorgang der Batterie in eine erste Ladeperiode, in der die Batterie bis zu einem ersten Ladezustand geladen wird, und eine zweite Ladeperiode, in der die Batterie bis zu einem zweiten Ladezustand größer als der erste Ladezustand geladen wird, unterteilt, wobei die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie liegt. Der erste Ladezustand am Ende der ersten Ladeperiode beträgt dabei vorzugsweise zwischen etwa 50% der Nennkapazität der Batterie und einem Ladezustand, bei dem der Ladewirkungsgrad noch nicht merklich gesunken und die Selbstentladerate noch nicht merklich gestiegen ist, wie beispielsweise bei etwa 75% der Nennkapazität der Batterie, und zwischen der ersten Ladeperiode und der zweiten Ladeperiode ist vorzugsweise eine Ladepause vorgesehen, in welcher kein Laden der Batterie stattfindet, wobei die Länge der Ladepause zwischen der ersten und der zweiten Ladeperiode in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der nächsten Nutzung der Batterie bestimmt wird.In a preferred embodiment of the invention, the charging of the battery is in a first charging period, in which the battery is charged to a first state of charge, and a second charging period, in which the battery is charged to a second state of charge greater than the first state of charge, divided, wherein the second charging period is immediately before the next use of the battery. The first state of charge at the end of the first charging period is preferably between about 50% of the nominal capacity of the battery and a state of charge, in which the charging efficiency has not decreased significantly and the self-discharge rate has not increased significantly, such as at about 75% of the nominal capacity of the battery , and between the first charging period and the second charging period, a charging pause is preferably provided in which no charging of the battery takes place, the length of the charging pause between the first and the second charging period depending on the time of next use of the battery is determined.

Auf diese Weise ist es möglich die Batterie in einer ersten Ladeperiode bis zu einem ersten Ladezustand aufzuladen, bei dem einerseits der Ladewirkungsgrad noch hoch und die Selbstentladerate noch niedrig ist und andererseits bereits eine gewisse Batterieladung für unvorhergesehene Nutzungen zu einem früheren Zeitpunkt zur Verfügung steht. Nach einer Ladepause, in welcher aufgrund des noch nicht zu hohen Ladezustandes eine nur relativ geringe Selbstentladung der Batterie stattfindet, wird die Batterie dann unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie auf einen zweiten Ladezustand geladen, welcher dem für die nächste Nutzung erforderlichen Ladezustand entspricht. Da die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung erfolgt, werden Energieverluste aufgrund von Selbstentladung trotz des höheren Ladezustandes der Batterie minimiert.In this way, it is possible to charge the battery in a first charging period to a first state of charge, on the one hand, the charging efficiency is still high and the self-discharge is still low and on the other hand already a certain battery charge for unforeseen uses at an earlier time is available. After a charge break, in which takes place due to the not yet high state of charge only relatively low self-discharge of the battery, the battery is then charged immediately before the next use of the battery to a second state of charge, which corresponds to the required for the next use state of charge. Since the second charging period occurs immediately before the next use, energy losses due to self-discharge are minimized despite the higher state of charge of the battery.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie vor der ersten Ladeperiode während einer Abkühlperiode in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gekühlt werden, um den Ladewirkungsgrad während der anschließenden Ladeperioden zu erhöhen.In a further embodiment of the invention, the battery may be cooled prior to the first charging period during a cooling period as a function of the battery temperature in order to increase the charging efficiency during the subsequent charging periods.

Außerdem ist es möglich, bei einer später als erwartet erfolgenden nächsten Nutzung der Batterie die Selbstentladung der Batterie durch regelmäßige kurze Ladepulse auszugleichen. Das Ladeverfahren der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise bei einer wiederaufladbaren Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs angewendet werden.In addition, it is possible to compensate for self-discharge of the battery by regular short charging pulses in a later than expected next use of the battery. The charging method of the present invention can be advantageously applied to a rechargeable battery of a Electric vehicle or a hybrid vehicle.

Obige sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:The above and other advantages and features of the present invention will become more apparent from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. Show:

1a) eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs des Ladeverfahrens für eine wiederaufladbare Batterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1a) a schematic representation of the timing of the charging method for a rechargeable battery according to a first embodiment of the present invention;

1b) eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs des Ladeverfahrens für eine wiederaufladbare Batterie gemäß, einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1b) a schematic representation of the timing of the charging method for a rechargeable battery according to a second embodiment of the present invention;

2 eine graphische Darstellung des Ladewirkungsgrades über dem Ladezustand in Abhängigkeit von der Batterie für ein alkalisches Batteriesystem; und 2 a graphical representation of the charging efficiency over the state of charge as a function of the battery for an alkaline battery system; and

3 eine graphische Darstellung der Selbstentladerate über dem Ladezustand in Abhängigkeit von der Batterie für ein alkalisches Batteriesystem. 3 a graphical representation of the self-discharge over the state of charge as a function of the battery for an alkaline battery system.

Um eine wiederaufladbare Batterie mittels des Ladeverfahrens der vorliegenden Erfindung möglichst energieeffizient und lebensdauerschonend zu laden, werden zunächst der Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie und der für die nächste Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand SOCNutz der Batterie ermittelt. Dies kann zum Beispiel durch eine direkte Eingabe dieser Daten durch den Benutzer oder aber mittels eines adaptiven Verfahrens selbständig aus den vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie geschehen. Da sich die Nutzungsprofile von wiederaufladbaren Batterien häufig (zumindest ungefähr) wiederholen, lassen sich der Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie und der für die nächste Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand SOCNutz der Batterie aus vorherigen Nutzungsprofilen ermitteln bzw. abschätzen.To charge a rechargeable battery using the charging method of the present invention as energy efficient and life-saving, first the time t Nutz of the next use of the battery and the required for the next use of the battery state of charge SOC Nutz the battery is determined. This can be done for example by a direct input of this data by the user or by means of an adaptive method independently from the previous usage profiles of the battery. Since the user profiles frequently repeat of rechargeable batteries (at least approximately), the time can be determined or estimated t payload of the next use of the battery and the space required for the next use of the battery state of charge SOC payload of the battery from previous usage profiles.

Da in Ausnahmefällen die Batterie entgegen den vorherigen Nutzungsprofilen vollständig geladen werden muss, besteht für den Benutzer oder das Batteriesteuergerät die Möglichkeit, bei Bedarf die Daten tNutz und SOCNutz unabhängig von den vorherigen Nutzungsprofilen und den daraus ermittelten Werten für tNutz und SOCNutz einzustellen. Solche Ausnahmefälle liegen zum Beispiel vor, wenn der Benutzer eine Vollladung der Batterie wünscht, weil er beispielsweise voraussehen kann, dass im nächsten Nutzungszeitraum der Batterie eine höhere Energie als üblich zur Verfügung gestellt werden muss. Im Falle von alkalischen Batteriesystemen und Bleibatterien kann auch seitens des Batteriesteuergeräts eine Ausgleichsladung für die Batterie in Form einer moderaten Überladung der Batterie gefordert werden, weil zum Beispiel die individuellen Ladezustände der Zellen der Batterie auseinander gedriftet sind. Durch eine moderate Überladung des gesamten Batteriesystems gleichen sich die individuellen Ladezustände der Zellen wieder aneinander an. Ferner kann von dem Batteriesteuergerät eine Vollladung zum Beispiel auch gefordert werden, um die in dem Batteriesteuergerät hinterlegten Batterieparameter neu zu kalibrieren, um die Parameter beispielsweise an den Alterungszustand der Batterie anpassen zu können.Since, in exceptional cases, the battery must be completely charged contrary to the previous usage profiles, the user or the battery control unit has the option of setting the data t pay and SOC payload independently of the previous usage profiles and the resulting values for t payload and SOC payload , Such exceptional cases occur, for example, when the user desires a full charge of the battery, for example, because he can foresee that in the next period of use of the battery higher energy than usual must be provided. In the case of alkaline battery systems and lead-acid batteries, a compensation charge for the battery in the form of a moderate overcharge of the battery may also be required on the part of the battery control device because, for example, the individual charge states of the cells of the battery have drifted apart. By means of a moderate overcharging of the entire battery system, the individual states of charge of the cells are equalized again. Furthermore, the battery control unit may also require a full charge, for example, in order to recalibrate the battery parameters stored in the battery control unit in order, for example, to adapt the parameters to the aging state of the battery.

Sind die beiden Parameter tNutz und SOCNutz bekannt bzw. vorgegeben, so erfolgt der Ladevorgang der Batterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend dem in 1a) schematisch dargestellten Zeitablauf.If the two parameters t Nutz and SOC Nutz are known or predetermined, the charging process of the battery is carried out according to a first exemplary embodiment in accordance with FIG 1a) schematically illustrated timing.

In einer ersten Ladeperiode T1 wird die Batterie auf einen ersten Ladezustand geladen. Dieser erste Ladezustand beträgt vorzugsweise mehr als etwa 50% und weniger als etwa 75% der Nennkapazität der Batterie. Die Untergrenze von etwa 50% (allgemein etwa 40 bis 60%) bewirkt, dass die Batterie auch im Fall einer unvorhergesehen früheren Nutzung der Batterie eine gewisse Kapazität zur Verfügung stellt, die einen Einsatz der Batterie gewährleistet. Die Obergrenze von etwa 75% (allgemein etwa 65 bis 80%) wurde gewählt, da bis zu einem Ladezustand SOC von etwa 75% in den üblichen Temperaturbereichen der Batterie ein nur unwesentlich verminderter Ladewirkungsgrad η und eine nur unwesentliche Selbstentladerate K vorliegen (siehe 2 und 3). Je nach dem Einsatzgebiet der Batterie und den tatsächlichen vorhandenen Batterietemperaturen können die beiden genannten Grenzwerte bzw. Grenzwertbereiche natürlich angepasst werden.In a first charging period T1, the battery is charged to a first state of charge. This first state of charge is preferably more than about 50% and less than about 75% of the nominal capacity of the battery. The lower limit of about 50% (generally about 40 to 60%) causes the battery to provide a certain capacity, even in the case of an unforeseen earlier use of the battery, which ensures use of the battery. The upper limit of about 75% (generally about 65 to 80%) was chosen because up to a charge state SOC of about 75% in the usual temperature ranges of the battery only a slightly reduced charging efficiency η and an insignificant Selbstentladerate K are present (see 2 and 3 ). Depending on the field of application of the battery and the actual battery temperatures available, the two mentioned limit values or limit value ranges can, of course, be adapted.

Während der ersten Ladeperiode T1 erfolgt somit das Laden der Batterie mit einem sehr hohen Ladewirkungsgrad η, also sehr energieeffizient. An die erste Ladeperiode T1 schließt sich, wie in 1a) zu erkennen, eine Ladepause T3 an, in welcher die Batterie nicht geladen wird. Die Länge der Ladepause T3 hängt von dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie ab; gegebenenfalls muss die Ladepause T3 sogar entfallen, falls die Zeit bis zum Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung zu kurz ist. Während dieser Ladepause T3 findet nur eine sehr geringe Selbstentladung der Batterie statt, da die Selbstentladerate K bei einem Ladezustand SOC von höchstens 75% noch sehr gering ist, wie aus 3 ersichtlich.During the first charging period T1, the charging of the battery thus takes place with a very high charging efficiency η, ie very energy-efficient. The first loading period T1 closes as in 1a) to recognize a charge break T3, in which the battery is not charged. The length of the charge break T3 depends on the time t Nutz of the next use of the battery; where appropriate, the charge must pause T3 even be omitted if the time until time t payload the next use is too short. During this charge break T3, only a very small self-discharge of the battery takes place, since the self-discharge rate K is still very low at a charge state SOC of at most 75%, as is the case 3 seen.

Rechtzeitig vor dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie erfolgt nach der Ladepause T3 eine zweite Ladeperiode T2, in welcher die Batterie auf einen zweiten Ladezustand geladen wird, der größer als der erste Ladezustand ist. Im allgemeinen, d. h. außer in den oben beschriebenen Ausnahmefällen und dergleichen, entspricht der zweite Ladezustand dem bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand SOCNutz. Der Ladevorgang der Batterie wird dabei nach der Ladepause möglichst so wiederaufgenommen, dass das Ende der zweiten Ladeperiode T2 unmittelbar vor dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie liegt. Da die Ladung der Batterie auf den Ladezustand SOCNutz unmittelbar vor der Nutzung der Batterie erfolgt, wird die Selbstentladung der Batterie minimiert, welche ansonsten bei den Ladezuständen oberhalb etwa 80% in Zeiten der Nichtnutzung der Batterie stattfinden würde (siehe 3).Just before the point in time t Nutz the next use of the battery is carried out after the charge break T3, a second charging period T2, in which the battery is charged to a second state of charge, which is greater than the first state of charge. In general, ie, except in the exceptional cases described above and the like, the second state of charge corresponds to the required state of charge when the battery is next used SOC Nutz . The charging process of the battery is resumed as possible after the charge break so that the end of the second charging period T2 is immediately before the time t benefit of the next use of the battery. Since the charge of the battery to the state of charge SOC Nutz takes place immediately before the use of the battery, the self-discharge of the battery is minimized, which would otherwise take place at the charge states above about 80% in times of non-use of the battery (see 3 ).

Auf diese Weise ist über die gesamte Dauer des Ladevorgangs, d. h. insbesondere während der ersten und der zweiten Ladeperiode T1, T2 ein hoher Ladewirkungsgrad gewährleistet, und während der nutzungsfreien Zeit, d. h. insbesondere während der Ladepause T3 ist ein geringer Energieverlust gewährleistet. Eine Energieeinsparung und eine Schonung der Batterie wird außerdem dadurch erzielt, dass die Batterie nur bis zu einem Ladezustand SOCNutz aufgeladen wird, d. h. nicht unnötig hoch aufgeladen oder sogar überladen wird, der für die nächste Nutzung benötigt ist. Diese Energieeinsparung ist umso deutlicher, da der Ladewirkungsgrad bei höheren Ladezuständen bis hin zur Vollladung der Batterie insbesondere bei alkalischen Batteriesystemen deutlich abnimmt.In this way, a high charging efficiency is ensured over the entire duration of the charging process, ie in particular during the first and the second charging period T1, T2, and during the non-useful period, ie in particular during the charging break T3, a low energy loss is ensured. An energy saving and a conservation of the battery is also achieved in that the battery is charged only to a state of charge SOC Nutz , that is not unnecessarily high charged or even overloaded, which is needed for the next use. This energy saving is all the clearer, since the charging efficiency at higher states of charge up to the full charge of the battery, especially in alkaline battery systems significantly decreases.

Es wird an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Ladeverfahren der Erfindung grundsätzlich unabhängig von dem angewendeten Ladeprinzip (zum Beispiel Konstantstromladung, Konstantspannungsladung, Pulsladung, Reflex®-Ladeprinzip und dergleichen) einsetzbar ist und seine Vorteile entfaltet. Ferner ist das Ladeverfahren der Erfindung prinzipiell auch von der Stärke des Ladestroms bzw. der Ladeleistung unabhängig. Selbstverständlich ist es aber von Vorteil, den Ladestrom bzw. die Ladeleistung unter energetischen und/oder lebensdauerschonenden Gesichtspunkten geeignet zu wählen. Außerdem weisen Batterien bei den normalerweise langsamen Ladevorgängen im allgemeinen bei höheren Ladeströmen auch einen höheren Ladewirkungsgrad auf, sodass insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen mit dem maximal möglichen Ladestrom geladen werden sollte.It is expressly pointed out at this point that the charging method of the invention is basically independent of the applied charging principle (for example, constant current charge, constant voltage charge, pulse charging, Reflex ® charging principle and the like) can be used and its advantages unfolds. Furthermore, the charging method of the invention is in principle also independent of the strength of the charging current or the charging power. Of course, it is advantageous to choose the charging current or charging power under energetic and / or life-saving aspects suitable. In addition, batteries usually have a higher charging efficiency at the normally slow charging processes at higher charging currents, so that in particular for electric or hybrid vehicles with the maximum possible charging current should be charged.

Besteht bis zu dem Zeitpunkt tNutz der nächsten Nutzung der Batterie mehr Zeit, so kann der Ladevorgang der Batterie gemäß dem in 1b) dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Ladeverfahrens der Erfindung erfolgen.Is up to the time t of the next useful use of the battery more time, the charging of the battery can according to the in 1b) illustrated second embodiment of the charging method of the invention.

Bei dem in 1b) dargestellten Ladeverfahren wird die Batterie vor Beginn der ersten Ladeperiode T1 während einer Abkühlperiode T4 abgekühlt. Da bei höheren Batterietemperaturen der Ladewirkungsgrad η sinkt und auch die Selbstentladerate K der Batterie steigt (siehe 2 und 3), kann eine solche Abkühlperiode T4 sehr sinnvoll sein, da dann die anschließende erste Ladeperiode T1 mit einem höheren Ladewirkungsgrad η erfolgt.At the in 1b) As shown in the charging method, the battery is cooled down before the start of the first charging period T1 during a cooling-down period T4. Since at higher battery temperatures the charging efficiency η decreases and also the self-discharge rate K of the battery increases (see 2 and 3 ), such a cooling period T4 can be very useful, since then the subsequent first charging period T1 is carried out with a higher charging efficiency η.

Im Anschluss an die Abkühlperiode T4 wird der Ladevorgang der Batterie analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel von 1a) mit einer ersten Ladeperiode T1, gegebenenfalls einer Ladepause T3, und einer zweiten Ladeperiode T2 durchgeführt. Die oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemachten Erläuterungen zu den Perioden T1 bis T3 des Ladevorgangs gelten analog auch für das Ausführungsbeispiel von 1b), weshalb auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.Following the cooling period T4, the charging process of the battery is analogous to the first embodiment of 1a ) is performed with a first charging period T1, possibly a charging break T3, and a second charging period T2. The explanations given above in connection with the first exemplary embodiment for the periods T1 to T3 of the charging process apply analogously to the exemplary embodiment of FIG 1b) , which is why a further explanation is omitted.

Falls wider Erwarten zum Zeitpunkt tNutz der erwarteten nächsten Nutzung keine Batterienutzung erfolgt, so kann in beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen optional die dann vorliegende Selbstentladung der Batterie ausgeglichen werden, sodass der gewünschte Ladezustand SOC dann auch zu dem späteren tatsächlichen Nutzungszeitpunkt zur Verfügung steht. Dieser Ausgleich kann zum Beispiel durch weitere kurze Ladepulse in regelmäßigen Abständen erfolgen, wie dies in den 1a) und 1b) ganz rechts auf der Zeitachse angedeutet ist.If, contrary to expectations at time t Nutz expected next use no battery usage is, the then existing self-discharge of the battery can be balanced in both embodiments described above, optional, so the desired state of charge SOC is then available also at the later actual use of time available. This compensation can be done, for example, by further short charging pulses at regular intervals, as in the 1a) and 1b) indicated to the far right on the timeline.

Claims (18)

Ladeverfahren für eine wiederaufladbare Batterie, bei welchem der Ladevorgang der Batterie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt (tNutz) einer nächsten Nutzung der Batterie gesteuert wird.Charging method for a rechargeable battery, in which the charging of the battery is controlled in dependence on the time (t pay ) of a next use of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie durch einen Benutzer eingegeben wird.Loading method according to claim 1, characterized in that the time (t pay ) of the next use of the battery is entered by a user. Ladeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie ermittelt wird.Charging method according to claim 1, characterized in that the time (t payload) is determined the next use of the battery from previous usage profiles of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie mittels eines adaptiven Verfahrens aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie selbständig ermittelt wird.Loading method according to claim 3, characterized in that the time point (t payload ) of the next use of the battery is independently determined by means of an adaptive method from previous usage profiles of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung von den vorherigen Nutzungsprofilen der Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bei Bedarf durch einen Benutzer oder ein Batteriesteuergerät eingestellt wird.Loading method according to claim 3 or 4, characterized in that in case of a deviation from the previous usage profiles of the time (t pay ) of the next use of the battery when needed is set by a user or a battery control device. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit von dem bei einer nächsten Nutzung der Batterie erforderlichen Ladezustand (SOCNutz) der Batterie gesteuert wird.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging of the battery is additionally controlled in dependence on the required at a next use of the battery state of charge (SOC Nutz ) of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie durch einen Benutzer eingegeben wird.Charging method according to claim 6, characterized in that the charge state (SOC Nutz ) of the battery required by the next use of the battery is entered by a user. Ladeverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie ermittelt wird.Charging method according to claim 6, characterized in that the required at the next use of the battery state of charge (SOC Nutz ) of the battery from previous usage profiles of the battery is determined. Ladeverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie mittels eines adaptiven Verfahrens aus vorherigen Nutzungsprofilen der Batterie selbständig ermittelt wird.Charging method according to claim 8, characterized in that the required at the next use of the battery state of charge (SOC Nutz ) of the battery is determined automatically by means of an adaptive method from previous usage profiles of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung von den vorherigen Nutzungsprofilen der bei der nächsten Nutzung der Batterie erforderliche Ladezustand (SOCNutz) der Batterie bei Bedarf durch einen Benutzer oder ein Batteriesteuergerät eingestellt wird.Charging method according to claim 8 or 9, characterized in that, in a deviation from the previous usage profiles of the required at the next use of the battery state of charge (SOC Nutz ) of the battery is adjusted if necessary by a user or a battery control device. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gesteuert wird.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging of the battery is additionally controlled in dependence on the battery temperature. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladewirkungsgrad unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie deutlich gesunken ist.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging efficiency has fallen significantly before the next use of the battery. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang der Batterie eine erste Ladeperiode (T1), in der die Batterie bis zu einem ersten Ladezustand geladen wird, und eine zweite Ladeperiode (T2), in der die Batterie bis zu einem zweiten Ladezustand größer als der erste Ladezustand (T2 > T1) geladen wird, aufweist, wobei die zweite Ladeperiode unmittelbar vor der nächsten Nutzung der Batterie liegt.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging of the battery, a first charging period (T1), in which the battery is charged to a first state of charge, and a second charging period (T2), in which the battery to a second Charging state greater than the first state of charge (T2> T1) is loaded, wherein the second charging period is immediately before the next use of the battery. Ladeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladezustand zwischen etwa 50% der Nennkapazität der Batterie und einem Ladezustand, bei dem der Ladewirkungsgrad noch nicht merklich gesunken und die Selbstentladerate noch nicht merklich gestiegen ist, beträgt.A charging method according to claim 13, characterized in that the first state of charge between about 50% of the nominal capacity of the battery and a state of charge, in which the charging efficiency has not dropped significantly and the self-discharge rate has not increased significantly. Ladeverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Ladeperiode (T1) und der zweiten Ladeperiode (T2) eine Ladepause (T3) vorgesehen ist, in welcher kein Laden der Batterie stattfindet, wobei die Länge der Ladepause zwischen der ersten und der zweiten Ladeperiode in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt (tNutz) der nächsten Nutzung der Batterie bestimmt wird.A charging method according to claim 13 or 14, characterized in that between the first charging period (T1) and the second charging period (T2) a charge break (T3) is provided, in which no charging of the battery takes place, wherein the length of the charge break between the first and the second charging period is determined in dependence on the time (t Nutz ) of the next use of the battery. Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Ladeperiode (T1) die Batterie während einer Abkühlperiode (T4) in Abhängigkeit von der Batterietemperatur gekühlt wird.Loading method according to one of claims 13 to 15, characterized in that before the first charging period (T1), the battery is cooled during a cooling period (T4) in dependence on the battery temperature. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer später als erwartet erfolgenden nächsten Nutzung der Batterie die Selbstentladung der Batterie durch regelmäßige kurze Ladepulse ausgeglichen wird.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that in a later than expected subsequent use of the battery, the self-discharge of the battery is compensated by regular short charging pulses. Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederaufladbare Batterie eine wiederaufladbare Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs ist.Charging method according to one of the preceding claims, characterized in that the rechargeable battery is a rechargeable battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
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