DE10333343A1

DE10333343A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs

Info

Publication number: DE10333343A1
Application number: DE10333343A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr. Boll; Conrad Dipl.-Ing. Rössel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs in einem System mit zumindest zwei miteinander verbundenen Energiespeichern. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Beseitigung von Ladezustandsabweichungen zwischen Einzelzellen. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen wird ein zweiter Energiespeicher (2) mittels Bremsenergierekuperation bis zu einem vorbestimmten hohen Prozentsatz der Nennladung geladen. Das Laden des verbleibenden geringen Prozentsatzes der Nennladung erfolgt dann entweder durch einen ersten Energiespeicher (1) oder einen Teil des zweiten Energiespeichers (2) selbst. Anschließend wird zum Erreichen eines Ladezustandsausgleichs zwischen Einzelzellen des zweiten Energiespeichers (2) über Wechselrichter (3, 4) abwechselnd ein geringer Prozentsatz der Nennladung in den ersten Energiespeicher (1) bzw. einen anderen Teil des zweiten Energiespeichers (2) rückgespeichert und anschließend der zweite Energiespeicher (2) wieder auf 100% der Nennladung aufgeladen. Durch diesen Vorgang kann ein Ausgleich der Zellen untereinander erzielt werden. DOLLAR A Weiterhin offenbart die vorliegende Erfindung entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs.

Angesichts verschärfter Umweltgesetzgebungen nimmt die Bedeutung von Hybridfahrzeugen zu. Derartige Fahrzeug verfügen neben einem Kraftstofftank noch über einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der elektrischen Antriebsaggregate, nämlich der Traktionsbatterie.

Im Fahrbetrieb kommt diesem zusätzlichen Energiespeicher eine viel zentralere Rolle zu als bei konventionellen Fahrzeugen. So soll er Funktionen wie eine Bremsenergierekuperation, elektrisches Fahren, Boostbetrieb und den Antrieb elektrischer Nebenaggregate bei einem Motorstillstand und einen Motorstart ermöglichen.

Die hohen Anforderungen, die diese Funktionen an die zusätzlichen Energiespeicher stellen, machen den Einsatz von Hochleistungsbatterien erforderlich. Diese zusätzlichen Energiespeicher von Hybridfahrzeugen sind nämlich spezifisch hoch belastet, d.h. sie werden bei kleiner Masse ständig mit hohen Leistungen be- und entladen.

Bedingt durch die Serienstreuung sowie unterschiedliche Temperaturverhältnisse abhängig von der Lage im Batterietrog driften die Ladungszustände der einzelnen Zellen des zusätzlichen Energiespeichers, d.h. der Traktionsbatterie im Laufe der Zeit auseinander.

Während beim Elektrofahrzeug regelmäßig eine Nachladung des Zellverbandes erfolgt, bei dem auch automatisch ein innerer Ladezustandsausgleich stattfindet, soll ein Hybridfahrzeug ohne eine externe Ladeeinrichtung bzw. eine Steckdose auskommen.

Der Ladezustandsausgleich muss hier daher auf andere Weise stattfinden.

Es sind Verfahren zum Ladezustandsausgleich bekannt, bei denen der Ladezustandsausgleich während der Fahrt erfolgt, indem die Batterie von einer Batteriesteuereinrichtung auf einen 100%-Ladezustand gebracht wird und dort längere Zeit mit einem schwachen Ladestrom beaufschlagt wird, bei dem die vollgeladenen Zellen kaum gasen und die teilgeladenen Zellen dennoch an den 100%-Ladezustand herangeführt werden.

Dieses Verfahren ist jedoch dahingehend problematisch, dass während der Ladezustandsausgleichsphase keine Bremsenergierückgewinnung möglich ist. Außerdem ist nicht sichergestellt, dass auf kurzen Fahrstrecken der Ladezustandsausgleich abgeschlossen werden kann, so dass gegebenenfalls das Ladezustandsausgleichverfahren immer wieder neu gestartet werden muss.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs bereitzustellen, bei denen ein Ladezu standsausgleich nicht aufgrund von Kurzstreckenfahrten immer wieder neu gestartet werden muss und die sicherstellen, dass eine Bremsenergierückgewinnung jederzeit während der Fahrt möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 8 bzw. 10 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs mit den Merkmalen nach Anspruch 13 bzw. 16 bzw. 17 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Aufgrund der Tatsache, dass die erfindungsgemäßen Verfahren sowie die erfindungsgemäßen Vorrichtungen einen Ladezustandsausgleich während einer Ruhephase des Fahrzeugs stattfinden lässt, wird eine Rückgewinnung von Bremsenergie nicht beeinträchtigt. Zudem ist ein wiederholter Neustart wegen vorzeitiger Beendigung des Ladezustandsausgleichs aufgrund von Kurzstreckenfahrten nicht mehr erforderlich, da der Ladezustandsausgleich in einer Ruhephase des Fahrzeugs erfolgt.

Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Dabei zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Energiespeichers,
2 mit den 2A und 2B ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs unter Verwendung eines zweigeteilten zweiten Energiespeichers,
3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs unter Verwendung eines ersten und zweiten Energiespeichers und
4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs unter Verwendung eines zweigeteilten zweiten Energiespeichers.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs findet der Ladezustandsausgleich während einer Ruhephase des Fahrzeugs statt.
Das Grundprinzip beruht darauf, dass über elektronische Wechselrichter Strom aus einem Energiespeicher entnommen wird und in einen anderen Energiespeicher eingespeist wird, wobei während dieses Vorgangs ein Ladezustandsausgleich zwischen Einzelzellen innerhalb des anderen Energiespeichers stattfindet.
Nachfolgend werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, die verschiedene Ausführungsformen des vorstehend genannten Grundprinzips darstellen, beschrieben.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs genauer beschrieben.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einem ersten Schritt S1 eine Überprüfung, ob ein erster Energiespeicher, der beispielsweise eine 12V-Lichtbatterie sein kann, deren Kapazität bei ca. 15 bis 25 % der Energie eines zweiten Energiespeichers 2, beispielsweise einer Traktionsbatterie liegt, voll geladen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt S2 der erste Energiespeicher 1 geladen und anschließend zum Schritt S1 zurückgekehrt. Eine Volladung des ersten Energiespeichers 1 im normalen Fahrbetrieb kann in Schritt S2 z.B. dadurch erfolgen, dass eine 12V-Entnahme aus dem Bordnetz vorwiegend über einen DC/DC-Wandler aus der Traktionsspannung erfolgt.
Wenn hingegen in Schritt S1 ermittelt wird, dass der erste Energiespeicher voll geladen ist, erfolgt in Schritt S3 eine Überprüfung, ob der zweite Energiespeicher 2 auf 90 bis 95% seiner Nennkapazität geladen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der zweite Energiespeicher 2 in Schritt S4 über Bremsenergierekuperation geladen und zu Schritt S1 zurückgekehrt. Wenn in Schritt S3 festgestellt wird, dass der Energiespeicher 2 auf 90 bis 95% der Nennkapazität geladen ist, wird zu einem optionalen Schritt S5 fortgeschritten, in dem eine Überprüfung erfolgt, ob ein Ladezustandsausgleich zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers 2 erforderlich ist. Die Erkennung einer Notwendigkeit eines Ladezustandsausgleichs und verschiedene Verfahren der (situationsbedingten) Einleitung eines Ladezustandsausgleichs durch eine Batteriesteuereinrichtung sind bereits Stand der Technik, so dass sie dem Fachmann bekannt sind und daher hier nicht weiter erläutert werden.
Wenn in dem optionalen Schritt S5 ermittelt wird, dass kein Ladezustandsausgleich erforderlich ist, kehrt der Ablauf zum Anfang zurück. Wird jedoch in Schritt S5 ermittelt, dass ein Ladezustandsausgleich zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers 2 erforderlich ist, wird zu Schritt S6 fortgeschritten. Bei Weglassen von Schritt S5 wird direkt zu Schritt S6 fortgeschritten. In Schritt S6 liefert dann der erste Energiespeicher 1 einen kleinen Dauerstrom, bis der zweite Energiespeicher 2 eine "Nennladung" von 100% erhalten hat. Dies ist gleichbedeutend damit, dass in diesem Ziel-Ladezustandsbereich die Zelle mit dem höchsten Ausgangs- bzw. Anfangsladezustand einen Ladezustand von 100% erreicht hat.
In Schritt S7 wird nachfolgend überprüft, ob der Ladezustand der zweiten Energiespeichers 2 tatsächlich 100% beträgt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zu Schritt S6 zurückgekehrt, ansonsten wird zu Schritt S8 fortgeschritten. In Schritt S8 erfolgt dann ein Rückspeisen eines vorbestimmten Prozentsatzes, beispielsweise ca. 5 bis 10%, der Ladung des zweiten Energiespeichers 2 in den ersten Energiespeicher 1. Anschließend erfolgt in Schritt S9 ein erneutes Aufladen des zweiten Energiespeichers 2 durch den ersten Energiespeicher 1 auf 100% der Nennladung. Nachfolgend wird in Schritt S10 überprüft, ob der Ladezustand der Zellen des zweiten Energiespeichers 2 nun ausgeglichen ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt der Ablauf zu Schritt S8 zurück. Ansonsten kehrt der Ablauf zum Beginn zurück.
In der Regel werden die Schritte S8 und S9, d.h. das Laden des zweiten Energiespeichers 2 durch den ersten Energiespeicher 1 sowie das Rückspeisen von Energie vom zweiten Energiespeicher 2 zum ersten Energiespeicher 1 wird mehrmals wiederholt. Da "überladene" Zellen des zweiten Energiespeichers 2, d.h. Zellen im Bereich der 100%-Ladung unwirtschaftlicher mit diesem Energiewechsel umgehen, wird sich der Ladezustand der teilgeladenen Zellen des zweiten Energiespeichers 2 schnell angleichen.
Es ist nicht erforderlich, bei erfindungsgemäßen Verfahren auch einen Ladezustandsausgleich der Zellen des ersten Energiespeichers 1 durchzuführen, da diese ohnehin durch eine Spannungsregeleinrichtung immer wieder bei 14,5 V normalisiert werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anstelle der Verwendung des ersten Energiespeichers 1 der zweiten Energiespeicher 2 in zwei oder mehr Teile mit jeweils mindestens zwei Zellen aufgeteilt, ohne dass diese Teile voneinander wirklich galvanisch getrennt sind. Im beschriebenen Ausführungsbeispiels wird der Einfachheit halber angenommen, dass eine Aufteilung in zwei Teile 2' und 2'' mit jeweils 4 Zellen erfolgt; jedoch kann auch eine Aufteilung in eine größere Anzahl von Teilen erfolgen, dann müssen lediglich die Abläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen allen Teilen erfolgen. Der Teil 2' übernimmt dann die Rolle des ersten Energiespeichers 1 aus dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und lädt den Teil 2'' auf 100% Ladezustand auf. Anschließend erfolgt ein Dauerausgleichsladen bzw. ein Wechselausgleichsladen nach dem vorstehend bereits beschriebenen Verfahren.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs mit dem Fall eines Dauerausgleichsladens unter Bezugnahme auf 2 mit den 2A und 2B genauer beschrieben.
In einem ersten Schritt S20 wird überprüft, ob der zweite Energiespeicher 2 auf 90 bis 95% der Nennkapazität aufgeladen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt S21 der zweite Energiespeicher 2 über Bremsenergierekuperation gela den und wieder zum Beginn zurückgekehrt. Wenn der zweite Energiespeicher 2 auf 90 bis 95% der Nennkapazität aufgeladen ist, wird zu einem optionalen Schritt S22 fortgeschritten, in dem überprüft wird, ob ein Ladezustandsausgleich zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers 2 erforderlich ist. Wenn Schritt S22 weggelassen wird, wird direkt zu Schritt S23 fortgeschritten.
Wenn kein Ladezustandsausgleich erforderlich ist, kehrt der Ablauf zum Beginn zurück. Wenn jedoch in Schritt S22 festgestellt wird, dass ein Ladezustandsausgleich erforderlich ist, wird in einem Schritt S23 ein zweiter Teil 2'' des zweiten Energiespeichers 2 bis zum Nennladung gleich 100% durch einen ersten Teil 2' geladen. Danach wird in einem Schritt S24 überprüft, ob die Nennladung des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 gleich 100% ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zu Schritt S23 zurückgekehrt. Wenn jedoch in Schritt S24 erkannt wird, dass die Nennladung des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 ist, wird in einem Schritt S25 ein vorbestimmter Prozentsatz, beispielsweise 5 bis 10%, von Energie vom zweiten Teil 2'' der zweiten Energiespeichers 2 zum ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 rückgespeichert. nachfolgend erfolgt in Schritt S26 ein erneutes Aufladen des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2' auf 100% Nennladung durch den ersten Teil 2' der zweiten Energiespeichers 2.
Darauffolgend wird in Schritt S27 überprüft, ob der Ladezustand des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 ausgeglichen ist. Wenn dies noch nicht der Fall ist, wird zu Schritt S25 zurückgekehrt. Wenn der Ladezustand des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 ausgeglichen ist, wird zu einem Schritt S28 fortgeschritten, in dem der erste Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 bis zur Nennladung gleich 100% durch den zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers geladen. Wenn eine Überprüfung in Schritt S29 ergibt, dass die Nennladung des ersten Teils 2' des zweiten Energiespeichers 2 nicht gleich 100% ist, wird zu Schritt S28 zurückgekehrt. Wenn die Nennladung des ersten Teils 2' des zweiten Energiespeichers 2 hingegen gleich 100% ist, wird in einem nachfolgenden Schritt S30 ein vorbestimmter Prozentsatz, beispielsweise 5 bis 10%, von Energie vom ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 zum zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers 2 rückgespeichert. Anschließend erfolgt in Schritt S31 ein erneutes Aufladen des ersten Teils 2' des zweiten Energiespeichers 2 auf 100% der Nennladung durch den zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers. Wenn in Schritt S32 eine Überprüfung ergibt, dass ein Ladezustand des ersten Teils 2' des zweiten Energiespeichers 2 nicht ausgeglichen ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S30 zurück. Ansonsten erfolgt in Schritt S33 eine Ladebilanzmessung und anschließend in Schritt S34 ein Ladezustandsausgleich zwischen dem ersten Teil 2' und dem zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers über einen Wechselrichter, nicht über einen "selbsttätigen" Ausgleich. Anschließend kehrt der Ablauf zum Beginn zurück.
Somit erfolgt in dem Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zunächst eine Normalisierung des Ladezustands des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 durch den ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 und anschließend umgekehrt, d.h. der zweite Teil 2'' des zweiten Energiespeichers 2 normalisiert den ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2.
Die Normalisierung kann auch ständig, d.h. durch Wechselausgleichsladen erfolgen, indem zunächst der erste Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 den zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers 2 auf 100% lädt und anschließend sofort der zweite Teil 2'' des zweiten Energiespeichers 2 wieder den ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers auf 100% Ladezustand bringt. Dieser Ablauf wird mehrfach wiederholt; im Vergleich zum Verfahren gemäß 2 werden die Schritt S25, 27, S30 und S32 weggelassen.
Nun wird auf den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 genauer eingegangen.
In 3 ist mit 1 ein erster Energiespeicher bezeichnet, der beispielsweise durch eine 12V-Lichtbatterie gebildet sein kann. 2 bezeichnet einen zweiten Energiespeicher, in der Regel eine Traktionsbatterie. Der erste Energiespeicher 1 weist eine Kapazität von 15 bis 25% der Kapazität des zweiten Energiespeichers 2 auf. Der erste sowie der zweite Energiespeicher 1 und 2 sind auf zwei voneinander getrennten Pfaden mittels zweier entgegensetzt gerichteter Wechselrichter 3 und 4 miteinander verbunden. Die erste bzw. zweite Wechselrichter 3 bzw. 4 sind durch eine Batteriesteuereinrichtung 6 ansteuerbar. Dabei dient der zweite Wechselrichter 4 einer Zuführung eines kleinen Dauerstroms vom ersten Energiespeicher 1 zum zweiten Energiespeicher 2 und der erste Wechselrichter 3 zur Rückspeisung von Energie, in der Regel 5 bis 10% der Ladung des zweiten Energiespeichers 2, vom zweiten Energiespeicher 2 zum ersten Energiespeicher 1. Die Batteriesteuereinrichtung 6 dient zur Erkennung, ob der erste Energiespeicher 1 vollständig geladen ist sowie zur Erkennung einer Notwendigkeit eines Ladezustandsausgleichs zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers 2. Dazu sind jeweils gestrichelt gezeigte Überwachungswege ausgebildet. Bei Erkennung einer Notwendigkeit ei nes Ladezustandsausgleichs zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers 2 durch die Batteriesteuereinrichtung 6 veranlasst die Batteriesteuereinrichtung 6 zunächst ein Laden des zweiten Energiespeichers 2 durch den ersten Energiespeicher 1 von einer Nennladung von 90 bis 95% bis zu einer Nennladung von 100% durch einen kleinen Dauerstrom und anschließend, wenn dies erfolgt ist, ein abwechselndes Rückspeisen von Energie aus dem zweiten Energiespeicher 2 zum ersten Energiespeicher 1 sowie ein erneutes Laden des ersten Energiespeichers 1 durch den zweiten Energiespeicher 2 bis zur Nennladung von 100%, wodurch es aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens von vollständig geladenen Zellen im Vergleich zu teilweise geladenen Zellen bei diesem Energiewechsel zu einem Ausgleich des Ladezustands der Zellen des zweiten Energiespeichers 2 kommt.
Eine anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer automatischen Ladezustandsausgleichs ist in 4 gezeigt. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Verwendung des ersten Energiespeichers 1 nicht erforderlich. Dafür wird der zweite Energiespeicher in zumindest zwei Teile mit zumindest jeweils zwei Zellen aufgeteilt, im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel ist der zweite Energiespeicher 2 in einer ersten Teil 2' und einen zweiten Teil 2'' aufgeteilt, die jeweils 4 Zellen aufweisen. Dabei sind die beiden Teile des zweiten Energiespeichers 2 jedoch nicht galvanisch voneinander getrennt. Die Zellen jedes Teils 2' bzw. 2'' des zweiten Energiespeichers 2 sind jeweils in Reihe verbunden. Ebenfalls sind die Teile 2' und 2'' des zweiten Energiespeichers 2 in Reihe verbunden. An dieser Verbindung der ersten Teils 2' und des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers ist in zwei Zweigen über bidirektionale Wechselrichter 7 bzw. 8 eine Batteriesteuereinrichtung 6 angeschlossen, die einen Ladeausgleichszustand so wie ein wechselseitiges Laden und Rückführen von Energie der Teile 2' und 2'' des zweiten Energiespeichers 2 überwacht und steuert. Die Batteriesteuereinrichtung 6 ist ausgebildet, dass sie entweder ein Dauerausgleichsladen oder ein Wechselausgleichsladen der beiden Teile 2' und 2'' des zweiten Energiespeichers ansteuern kann. Beim Dauerausgleichsladen erfolgt zunächst immer abwechselnd ein Aufladen des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 durch den ersten Teil 2' des zweiten Energiespeichers 2 auf 100% Nennladung und anschließend ein Rückspeisen eines vorbestimmten Prozentsatzes von beispielsweise 5 bis 10% der Nennladung des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 in den ersten Teil 2' des Energiespeichers 2, bis der Ladezustand der Zellen des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 untereinander ausgeglichen ist, anschließend erfolgt dasselbe umgekehrt herum, bis der Ladezustand der Zellen des ersten Teils 2' des zweiten Energiespeichers 2' untereinander ausgeglichen ist. Außerdem kann die Batteriesteuereinrichtung 6 eine Ladebilanzmessung durchführen, die nach einem Ladezustandsausgleich innerhalb des ersten Teils 2' und des zweiten Teils 2'' des zweiten Energiespeichers 2 stattfinden kann und auf deren Ergebnis hin die Batteriesteuereinrichtung 6 einen Ladungsausgleich zwischen dem ersten Teil 2' und dem zweiten Teil 2'' des zweiten Energiespeichers herbeiführen kann.
Alternativ kann die Batteriesteuereinrichtung 6 auch derart ausgebildet sein, dass sie ein Wechselausgleichsladen durchführt, wobei ständig wechselnd ein Aufladen des ersten bzw. des zweiten Teils 2' und 2'' des zweiten Energiespeichers 2 erfolgt, ohne dass ein "normales" Rückspeisen eines vorbestimmten Prozentsatzes von Energie erfolgt, bis ein Ladezustandsausgleich innerhalb der Zellen beider Teile des zweiten Energiespeichers 2 erreicht ist.
Somit kann durch die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs auf einfache Weise, in einem Fall sogar ohne Beteiligung eines weiteren Energiespeichers, der Ladezustand von Zellen einer Traktionsbatterie, im Ruhezustand und ohne Beeinträchtigung einer Rückgewinnung von Bremsenergie bzw. das Erfordernis eines häufigen Neustarts eines Ladezustandsausgleichs aufgrund von vorzeitiger Beendigung ausgeglichen werden.

Claims

Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs bei einem System mit zwei Energiespeichern (1, 2), mit den Schritten Laden eines zweiten Energiespeichers (2) aus einem ersten Energiespeicher (1) auf 100% der Nennladung (S3, S6), Rückspeichern von einem vorbestimmten Prozentsatz der Energie im zweiten Energiespeicher (2) in den ersten Energiespeicher (S8), erneutes Laden des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% Nennladung (S9), Wiederholen der Schritte Rückspeichern und erneut Laden, bis der Ladezustand aller Zellen des zweiten Energiespeichers (2) ausgeglichen ist (S10, S8, S9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (2) durch Bremsenergierekuperation zuerst mit einem großen Strom auf einen vorgegebenen, hohen Prozentsatz der Nennladung aufgeladen wird (S3) und anschließend durch den ersten Energiespeicher (1) mit einem kleinen Dauerstrom auf 100% der Nennladung aufgeladen wird (S6).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden des zweiten Energiespeichers (2) mit einem kleinen Dauerstrom von dem vorgegebenen, hohen Prozentsatz der Nennladung auf 100% der Nennladung (S6) nur stattfindet, wenn festgestellt wird, dass ein Ladezustandsausgleich (S5) des zweiten Energiespeichers (2) erforderlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Prozentsatz der Energie 5 bis 10% der Nennladung beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur abläuft, wenn der erste Energiespeicher (1) voll geladen ist (S1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung des Ladezustandsausgleichs für den zweiten Energiespeicher (2) überprüft wird, ob ein Ladezustandsausgleich der Zellen des zweiten Energiespeichers (2) erforderlich ist (S5).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überprüfen, ob ein Ladezustandsausgleich erforderlich ist, vor oder nach dem Laden des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% der Nennladung erfolgen kann.
Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs in einem System mit zwei Energiespeichern (1, 2), wobei der zweite Energiespeicher (2) in zwei Teile (2', 2'') aufgeteilt ist, die aber nicht galvanisch voneinander getrennt sind, mit den Schritten: Laden von beiden Teile des zweiten Energiespeichers (2) auf einen vorgegebenen, hohen Prozentsatz der Nennladung mittels Bremsenergierekuperation (S20), Laden eines zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) aus einem ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% der Nennladung (S23), Rückspeichern von einem vorbestimmten Prozentsatz der Energie im zweiten Teil (2'') des zweiten Energiespeichers (2) in den ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (S25), erneutes Laden des zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) aus dem ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% Nennladung (S26), Wiederholen der Schritte Rückspeichern und erneut Laden, bis der Ladezustand aller Zellen des zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) ausgeglichen ist (S27, 525, S26), Laden eines ersten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) aus einem zweiten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% der Nennladung (S28), Rückspeichern von einem vorbestimmten Prozentsatz der Energie im ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) in den zweiten Teil (2'') des zweiten Energiespeichers (S30), erneutes Laden des ersten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) aus dem zweiten Teil (2'') des zweiten Ener giespeichers (2) auf 100 Nennladung (S31), Wiederholen der Schritte Rückspeichern und erneut Laden, bis der Ladezustand aller Zellen des ersten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) ausgeglichen ist (S32, S30, S31), Ermitteln einer Ladebilanz des ersten und zweiten Teils (2', 2') des zweiten Energiespeichers (2) und Ausgleichen des Ladezustands der ersten und zweiten Teils (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Prozentsatz der Energie 5 bis 10% der Nennladung beträgt.
Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs in einem System mit zwei Energiespeichern (1, 2), wobei der zweite Energiespeicher (2) in zwei Teile (2', 2'') aufgeteilt ist, die aber nicht galvanisch voneinander getrennt sind, mit den Schritten: Laden von beiden Teilen des zweiten Energiespeichers (2) auf einen vorgegebenen, hohen Prozentsatz der Nennladung mittels Bremsenergierekuperation, Laden eines zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) aus einem ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% der Nennladung, Laden des ersten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) aus einem zweiten Teil (2'') des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% der Nennladung, Wiederholen der Schritte Laden eines zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) und Laden eines ersten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) bis der Ladezustand aller Zellen des ersten und des zweiten Teils (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) ausgeglichen ist, Ermitteln einer Ladebilanz des ersten und zweiten Teils (2', 2') des zweiten Energiespeichers (2) und Ausgleichen des Ladezustands der ersten und zweiten Teils (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung des Ladezustandausgleichs und nach dem Laden des zweiten Energiespeichers (2) auf den vorgegebenen, hohen Prozentsatz der Nennladung für den zweiten Energiespeicher (2) überprüft wird, ob ein Ladezustandsausgleich der Zellen des zweiten Energiespeichers (2) erforderlich ist (S5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene, hohe Prozentsatz der Nennladung 90 bis 95% der Nennladung beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs, mit: einem ersten Energiespeicher (1), einem zweiten Energiespeicher (2), der durch den ersten Energiespeicher (1) geladen werden kann, einem ersten und einem zweiten Wechselrichter (3, 4), die in parallelen Pfaden ausgebildet, entgegengesetzt zueinander gerichtet sind und den ersten und den zweiten Energiespeicher (1, 2) miteinander verbinden, wobei der erste Wechselrichter (3) zur Rückspeisung von Energie vom zweiten Energiespeicher (2) zum ersten Energiespeicher (1) und der zweite Wechselrichter (4) zur Zuführung eines kleinen Dauerstroms vom ersten Energiespeicher (1) zum zweiten Energiespeicher (2) dient, einer Batteriesteuereinrichtung (6) zur Ansteuerung der Wechselrichter (3, 4) derart, dass zunächst der zweite Energiespeicher (2) durch den ersten Energiespeicher (1) bis zu einer Nennladung von 100% durch einen kleinen Dauerstrom geladen wird und anschließend ein abwechselndes Rückspeisen eines vorbestimmten Prozentsatzes der Energie aus dem zweiten Energiespeicher (2) zum ersten Energiespeicher (1) sowie ein erneutes Laden des zweiten Energiespeichers (2) durch den ersten Energiespeicher (1) bis zur Nennladung von 100 erfolgt, bis ein Ladezustandsausgleich der Zellen des zweiten Energiespeichers (2) erfolgt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesteuereinrichtung (6) erkennen kann, ob der erste Energiespeicher (1) vollständig geladen ist, und ein Laden des zweiten Energiespeichers (2) auf 100% nur zulässt, wenn der erste Energiespeicher (1) vollständig geladen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Prozentsatz von rückgespeister Energie 5 bis 10% der Nennladung des zweiten Energiespeichers (2) beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs, mit: einem ersten Energiespeicher (1), einem zweiten Energiespeicher (2), der durch den ersten E nergiespeicher (1) geladen werden kann und in mindestens einen ersten und einen zweiten, nicht galvanisch voneinander getrennten Teil (2', 2') aufgeteilt ist, zumindest einem ersten und einem zweiten bidirektionalen Wechselrichter (7, 8), die derart ausgebildet sind, dass sie jeweils den ersten bzw. den zweiten Teil (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) mit einer Batteriesteuereinrichtung verbinden, wobei die Batteriesteuereinrichtung (6) die Wechselrichter (7, 8) derart ansteuern kann, dass zunächst der zweite Teil (2'') des zweiten Energiespeichers (2) durch den ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) bis zu einer Nennladung von 100% durch einen kleinen Dauerstrom geladen wird und anschließend ein abwechselndes Rückspeisen eines vorbestimmten Prozentsatzes der Energie aus dem zweiten Teil (2'') des zweiten Energiespeichers (2) zum ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) sowie ein erneutes Laden des zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) durch den ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (1) bis zur Nennladung von 100% erfolgt, bis ein Ladezustandsausgleich der Zellen des zweiten Teils (2') des zweiten Energiespeichers (2) erfolgt ist und dies nachfolgend genauso für den ersten Teil (2') des zweiten Energiespeichers (2) unter zu Hilfenahme des zweiten Teils (2'') des zweiten Energiespeichers (2) erfolgt, und abschließend unter Verwendung einer durch die Batteriesteuereinrichtung (6) ermittelten Ladebilanz ein Ladezustandsausgleich zwischen dem ersten und zweiten Teil (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines automatischen Ladezustandsausgleichs, mit: einem ersten Energiespeicher (1), einem zweiten Energiespeicher (2), der durch den ersten E nergiespeicher (1) geladen werden kann und in mindestens einen ersten und einen zweiten, nicht galvanisch voneinander getrennten Teil (2', 2') aufgeteilt ist, zumindest einem ersten und einem zweiten bidirektionalen Wechselrichter (7, 8), die derart ausgebildet sind, dass sie jeweils der ersten bzw. den zweiten Teil (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) mit einer Batteriesteuereinrichtung verbinden, wobei die Batteriesteuereinrichtung (6) die Wechselrichter (7, 8) derart ansteuern kann, dass abwechselnd der ersten und der zweite Teil (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) durch den jeweils anderen Teil (2'', 2') des zweiten Energiespeichers (2) bis zu einer Nennladung von 100% durch einen kleinen Dauerstrom geladen wird, bis ein Ladezustandsausgleich der Zellen des ersten und des zweiten Teils (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) erfolgt ist, und abschließend unter Verwendung einer durch die Batteriesteuereinrichtung (6) ermittelten Ladebilanz ein Ladezustandsausgleich zwischen dem ersten und zweiten Teil (2', 2'') des zweiten Energiespeichers (2) durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesteuereinrichtung erkennen kann, ob ein Ladezustandsausgleich zwischen Zellen des zweiten Energiespeichers (2) erforderlich ist und dann die Wechselrichter (3, 4; 7, 8) entsprechend ansteuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (1) eine wesentlich geringere Kapazität als der zweite Energiespeicher (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (1) 15 bis 25% der Kapazität des zweiten Energiespeichers (2) aufweist.