SE526219C2 - Metod och anordning för batteriladdning - Google Patents

Description

0 4 ut lill O O O O I 0 0 0 I 0 OO lill 000 0 000: 0005 I I 0 I I I OO IOI I 0 O OI ÖO O 10 15 20 25 30 är batteriets laddningstillstånd och batteriets temperatur.

Vid t.ex. kallt väder då batteriernas temperatur är låg så krävs en högre laddningsspänning för att ladda batterierna. optimalt. Ett 'vanligt sätt att. kompensera till temperaturen är att använda en temperaturkompenserande laddningsregulator. Denna har en laddningskarakteristik som ger en högre utspänning vid lägre temperatur.

Nackdelen med en sådan laddningsregulator är dels att systemspänningen vilket andra komponenter pà fordonet. T.ex. så är lampors livslängd väldigt spänningsberoende. Ytterligare en nackdel är att laddningsregulatorn är integrerad i generatorn, vilket innebär att den temperatur kompenserar laddningsspänningen batterierna beroende pà varierar påverkar som laddningsregulatorn för är motorrumstemperaturen och inte temperatur. Eftersom batterierna oftast sitter placerade på fordonets ram på tunga fordon medför detta att batterierna inte laddas på ett optimalt sätt. batterierna REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med uppfinningen är därför att åstadkomma en metod och en anordning för att ladda seriekopplade batterier som gör det upjligt att ladda varje enskilt batteri optimalt med bibehållen systemspänning.

Den uppfinningsenliga lösningen till denna uppgift är beskriven i den kännetecknande delen i patentkrav 1 avseende anordningen och genom särdragen i patentkrav 8 avseende metoden. innehåller fördelaktiga utbildningar och vidareutvecklingar av det uppfinningsenliga De övriga patentkraven kombinationsinstrumentet uppfinningsenliga metoden. samt den 0 annans 0 co n 0 0 0 0 0 coon caucus I O ooonno nu oroa n n o o: 0000 con :ao o o o o oo con 10 15 20 25 30 526 219 p 3 Med en anordning för att ladda seriekopplade batterier, där den totala alla batterierna utgör en fördefinierad systemspänning, löses att spänningen över seriekopplade uppgiften av uppfinningen genom anordningen »innefattar medel för att styra spänningen. över 'varje batteri överskrides. separat, sa att systemspänningen inte Den för att ladda uppgiften genom att laddningsspänningen över ett av batterierna är högre än spänningen över varje enskilt annat batteri samtidigt som den totala alla batterierna understiger ett fördefinierat värde uppfinningsmässiga metoden seriekopplade batterier löser spänningen över seriekopplade Genom denna första utformning av den uppfinningsenliga anordningen så kan laddningsspänningen över varje enskilt batteri styras separat. Fördelen med detta är att batterierna pà t.ex. en lastbil kan laddas optimalt även vid kall väderlek. vid en den fördelaktig av uppfinningsenliga anordningen sà kan. anordningen även mäta spänningen över varje enskilt batteri. Fördelen med detta är att laddningsförloppet kan kontrolleras bättre. vidareutveckling Vid fördelaktig den uppfinningsenliga anordningen sà kan. anordningen även mäta strömmen till varje enskilt batteri. Fördelen med detta är att laddningsförloppet kan kontrolleras bättre. en vidareutveckling av Vid en fördelaktig vidareutveckling av den uppfinningsenliga anordningen så kan. anordningen även 00 0000 0 0 0 0 00 0000 an: 00 0 0 0 I 00 QIO 10 15 20 25 30 526 219 4 bestämma laddningstillstàndet hos varje enskilt batteri.

Fördelen med detta är att batteriernas livslängd kan optimeras.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med till pà de bifogade ritningarna, varvid hänvisning utföringsexempel som visas Fig. 1 visar önskad laddningsspänning som funktion av temperatur och Fig. 2 visar schematiskt en anordning enligt uppfinningen.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXENIPEL De följande beskrivna utföringsexemplen av uppfinningen med vidareutvecklingar skall ses enbart som exempel och skall pà intet vis vara begränsande för patentkravens skyddsomfáng. I de här beskrivna utföringsexemplen sá används blybatteri som exempel pà batterier. Dessa batterier är vanliga i fordonssarnmanhang. Det skal dock förstås att även andra typer av batterier, där den önskade laddningsspänningen är temperaturberoende kan komma i fråga .

Fig . 1 visar förhållandet mellan önskvärd laddningsspänning och batteri temperatur för ett batteri sys tem med tvá blybatteri er . Eftersom laddningsspärmingen samtidigt utgör fordonets systemspänning är det viktigt att den inte tilläts bli för hög. Detta exempel gäller ett typiskt batterisystem för ett tungt fordon, sásom en lastbil. De här visade siffrorna skall endast ses som ett exempel och de kan variera beroende pá t.ex. typ av batterier och fordon.

I I 000 I 0 I OO 10 15 20 25 30 526 219 5 Ur fig. 1 framgár att den önskade laddningsspänningen vid, 25°C är 28,8 volt och 'vid -20°C är den. önskade laddningsspänningen ungefär 32 volt. 32 volt är en vanlig gräns för den maximalt tillàtna systemspänningen hos tunga tvà seriekopplade fordon, som använder blybatterier.

Den maximalt tillåtna systemspänningen är den spänning som alla komponenter skall tàla utan att de gär sönder.

Styrenheter och andra elektroniska enheter dimensioneras med den maximalt tillåtna systemspänningen som övre spänningsgräns. För vissa komponenter minskar dock livslängden med ökad spänning. För t.ex. glödlampor så minskar livslängden med ungefär 50% dä spänningen stiger med 10%. Det är därför önskvärt att systemspänningen. Detta kan antingen göras genom att begränsa lata laddningsregulatorn leverera en utspänning som tilläts variera sà att den högsta spänningen ligger under bestämd att begränsa systemspänningen till en fast spänning. Fördelen med att begränsa systemspänningen till en fast spänning är att spänningen till fordonets komponenter är känd och därmed en nivà eller kan t.ex. livslängden för glödlampor' beräknas pá ett tillförlitligt sätt. Nackdelen med att begränsa systemspänningen till en fast spänning är att laddningsspänningen till batterierna då det är kallt inte blir sä hög som önskvärt vilket medför att batterierna inte laddas optimalt då det är kallt. En typisk systemspänning kan t.ex. vara begränsad till 28,3 volt.

Teoretiskt ligger det därmed en spänning pá 14,15 volt över varje batteri. Denna spänning är normalt högre än batteriets vilopänning varvid en laddning av batterierna 10 15 20 25 30 526 219 6 uppnås. Vid låg temperatur är det däremot önskvärt med Den Ett en högre laddningsspänning över varje batteri. önskade laddningsspärmingen är temperaturberoende. typiskt förhållande mellan önskad laddningsspänning temperatur visas i figur 1. och Fig. 2 visar ett första utföringsexempel av en laddningsanordning 1 enligt uppfinningen. Anordningen 1 är ansluten till två batterier 2 och 3. Spänningen över båda batterierna kallas U1 och spänningen över varje batteri 2 och 3 kallas U; respektive U3. Batterierna är anslutna till fordonet via en jordanslutning 4 och en systernspänsningsanslutning 5. är ansluten till jord 4, till en generator 6 med inbyggd Vidare anordningen laddningsregulator via ledning 7 och till generatorns utgång via ledning ll, som även är ansluten till systemspärmingsanslutningen 5. Ledning 7 används till att så att utspänning erhålles från generatorn. Anordningen har en återkoppla . önskad laddningsregulatorn styringång 8 för styrning av anordningen. styringång 8 är ansluten till fordonets styrsystem, antingen via en databuss till andra styrenheter eller till en speciell styrenhet. Signalen till styringång 8 kan vara analog eller digital. Då styringång 8 är en databussanslutning så kan den även användas som en utgång då behov finns att skicka data och/eller status till andra anslutna styrenheter. Anordningen kan förstås även vara utrustad med flera både analoga och digitala ut- och ingångar vid behov .

Laddningsanordningen 1 innefattar två reglerenheter 9, 10 som är anslutna till batterierna 2 respektive 3. är yttertemperatur kan reglerenheterna Dessa reglerenheter styrbara via styringång 8.

Beroende på t . ex . 000000 0 0 000000 10 15 20 25 30 526 219 Ilšï- 7 variera spänningen över respektive batteri sa att en optimal individuell laddning av batterierna erhålles.

I ett normaltillstand, t.ex. vid varm väderlek eller da batterierna är full-laddade, sa halls spänningen över batterierna lika stor av reglerenheterna 9, 10. Da behov föreligger, da batterierna behöver laddas vid kallt väder sa kan reglerenheterna reglera spänningen över batterierna individuellt, t.ex. sa att spänningen över varje batteri kan vara olika stor.

Detta sker genom att anordningen 1 far en signal via ingång 8 om att yttertemperaturen är lag och att batterierna behöver laddas. Anordningen styr da t.ex. reglerenhet 9 att halla en spänning pa 16 volt över batteri 2 som reglerenhet 10 haller en spänning batteri 3 sa att systemspänningen bibehalles till 28,3 volt. Da batteri 2 är full-laddat sa styr anordningen 1 reglerenhet 10 att halla en spänning pa 16 volt över batteri 3 samtidigt som reglerenhet 9 haller en spänning över batteri 2 sa att systemspänningen är 28,3 volt tills även batteri 3 är full-laddat. Därefter atergar reglerenheterna 9, 10 att halla samma spänning över batteri 2 resp. 3. samtidigt över Det enklaste sättet att styra laddningen av batterierna är att, utgående fran uppskattat laddningsbehov, ladda batterierna under en viss tid. Efter denna tid anses batterierna vara full-laddade. därefter vid behov.

Detta förlopp upprepas Reglerenheterna 9, kraf thalvledare , Transistor) . 10 är fördelaktigt utformade med en t.ex. nagon form av FET (Field Effect Reglerenheterna 9 , 10 och andra 00 0 0 00 0000 000 I Û 0 0 0 0 0 0 0 0 DIGI C000 O I 00 00 0000 0 0 I 0 0 0 10 15 20 25 30 526 219 i 8 ingángsskydd, kommunikationskomponenter mm är fördelaktigt integrerade i en tät enhet, kontaktdon. komponenter, sàsom ut- och anpassad för fordonsbruk, med lämpliga också möjligt att anordningen i en större enhet, t.ex. en annan styrenhet.

Det är integrera I ett första utföringsexempel av den uppfinningsenliga anordningen innefattar anordningen medel för att mäta batteriernas spänning. Syftet med att mäta spänningen över batterierna är att laddningsförloppet kan övervakas pà ett noggrannare sätt. Detta medför att batteriernas polspänning mätas laddningsförloppet. Laddningsförloppet kan därmed styras kan kontinuerligt under och övervakas pà ett noggrant sätt.

I ett andra utföringsexempel av den uppfinningsenliga anordningen innefattar anordningen medel för att även mäta laddningsströmrnen till batterierna. Syftet med att mäta laddningsströmmen till batterierna tillsammans med laddningsspänningen är att den totala tillförda energin kan bestämmas. Detta ökar laddningens precision. I kombination med mätning av förbrukad ström pà fordonet, t.ex. genom att mäta strömmen genom fordonets matning, kan batteriets energiinnehåll bestämmas med ännu högre noggrannhet.

För att inte batterierna skall överladdas sà är det fördelaktigt att ta hänsyn till laddningstillstánd under laddningen. Detta kan göras pá flera sätt. Ett sätt är att mäta polspänningen pà batteriet och, beroende pà yttertemperaturen, bedöma laddningstillstàndet. Ett annat sätt är att mäta (State Of Charge) och SOH (State Of och med hjälp av detta bestämma batteriernas batteriernas batteri ernas SOC Health) tool I O 000 O 0 0 0 I I I 0000 I Oo 0000 OO 000 OC I 0 I 0 0 I G I 0 O oo II OI O I O 10 15 20 25 30 laddningsbehov. kända för fackmannen och berörs ej närmare.

Sätten att bestämma dessa tillstànd är I den för att ladda seriekopplade batterier ástadkommes en optimal laddning uppfinningsenliga metoden av varje batteri genom att spänningen över batterierna osymmetrisk. ett första batteri ökas tillfälligt för' att ladda det batteriet optimalt samtidigt som spänningen över ett andra batteri minskas så att systemspänningen bibehålls. Dà det första batteriet är full-laddat minskas spänningen över det batteriet samtidigt som spänningen över det andra batteriet ökas. Dà bàda batterierna är full-laddade sá styrs spänningen över batterierna så att spänningen över varje batteri är lika stor. kan göras Spänningen över Ett uppfinningsenligt datorprogram innefattar programkod för att, med en laddningsanordning enligt uppfinningen, ladda seriekopplade batterier optimalt när* programmet exekveras av en processor integrerad i anordningen eller i en annan i fordonet integrerad styrenhet.

Det uppfinningsenliga datorprogramet kan vara lagrat pà läsbart ett i integrerat datorsystem. Detta medium kan vara t.ex. en datadiskett, en minnesmodul, en CD eller liknande. Detta kan vara fördelaktigt t.ex. då programet skall laddas ner i fordonet i produktion och/eller då programmet i ett medium som är av anordningen fordonet skall uppdateras. Uppdateringen av programvara kan ske t.ex. vid fasta servicetillfällen eller, är önskvärt, programvara kan också göras via en uppkoppling, om sá direkt av en kund. Uppdateringen av t.ex. med internet, mot en server där programet finns lagrat. n I 0 como anoula U nunnan 0000 0 0000 III 0 000 II 0 0 I OO I OQO I O I DO 526 219 10 Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad ytterligare varianter och modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. T.ex. sà kan batterisystem med fler än tvà seriekopplade batterier använda den uppfinningsenliga metoden till att ladda ingående batterier pà ett optimalt sätt. Dessutom är laddningsförfarandet lämpligt även för stationära batterier som behöver laddas dá det är kallt och där en systemspänning inte får överskridas. 0 0 onuuoo 0 oo n 0 I 0 0 a 000: øunøno 0 0 nnoooo

Claims (11)

10 15 20 25 30 526 219 ll 14704krav1se.doc PATENTKRAV

1. Anordning (1) för att ladda ett flertal seriekopplade batterier (2, 3), seriekopplade där den totala spänningen över alla batterierna utgör en fördefinierad systemspänning, k ä n n e t e c k n a d därav, (1) innefattar medel (9, 10) styra spänningen över varje batteri (2, 3) att anordningen för att separat, så att är högre än att systemspänningen inte överskrides, och så spänningen över ett av batterierna (2) spänningen över varje enskilt annat batteri (3).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen (1) innefattar en funktion för att mäta spänningen över varje anslutet batteri (2, 3).

3. Anordning enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen (1) innefattar en funktion för att mäta laddningsströmmen till varje anslutet batteri (2, 3).

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen (1) innefattar en funktion för att bestämma laddningstillstàndet hos varje anslutet batteri (2, 3).

5. System för att ladda seriekopplade batterier på ett motorfordon, innefattande tvà batterier (2, 3) anslutna till en anordning (1) enligt något av kraven 1 till 4. 10 15 20 25 30 526 219 12

6. System enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att elcentral på anordningen är integrerad i en fordonet.

7. Metod för att ladda seriekopplade batterier, där laddningsspänningen över ett av batterierna styrs att vara högre än spänningen över varje enskilt annat batteri under det att den totala spänningen över alla seriekopplade batterierna bibehålles att understiga ett fördefinierat värde.

8. Metod enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att antal batterier är två och att spänningen över ett batteri att vara än halva den totala styrs högre spänningen.

9. Metod enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att metoden även innefattar steget att bestämma varje batteris laddningstillstànd.

10. Datorprogram innefattandes programkod för att utföra samtliga steg i något av kraven 7 till 9 när nämnt program exekveras av en dator.

11. Datorprogramprodukt innefattandes programkod lagrad på ett datorläsbart medium för att utföra metoden i något av kraven 7 till 9 när nämnt program exekveras av en dator.