DE102013110955A1

DE102013110955A1 - Verfahren zum Laden einer Batterie

Info

Publication number: DE102013110955A1
Application number: DE201310110955
Authority: DE
Inventors: Christian Fischer; Hans-Georg Brauer; Nils von Thienen
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Verfahren zum Laden einer Batterie, die zwei oder mehr Stacks aufweist, welche jeweils eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen aufweisen, wobei mindestens ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung einer oder mehrerer zugeordneter Batteriezellen vorgesehen ist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen einer Spannung für jeden der Stacks, – Auswählen eines oder mehrerer Stacks mit der niedrigsten Spannung, – Laden des oder der ausgewählten Stacks, bis deren Spannung einen Wert erreicht, der der nächsthöheren Spannung eines oder mehrerer Stacks entspricht, – zusätzliches Auswählen der Stacks mit der nächsthöheren Spannung und gemeinsames Laden aller ausgewählter Stacks, bis deren Spannung einen Wert erreicht hat, der der höheren Spannung eines oder mehrerer Stacks entspricht und – Wiederholen des schrittweisen Auswählens und Ladens, bis alle Stacks eine vorbestimmte Ladespannung erreicht haben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Batterie, insbesondere einer Sekundär-Batterie mit ab- oder zuschaltbaren Stacks, die zu einem Einsatz in einem Flurförderzeug vorgesehen ist. Die Sekundär-Batterie besteht aus zwei oder mehr Stacks, die parallel zueinander verschaltet sind. Jeder Stack besteht bekanntlich aus einer Serienschaltung von Batteriezellen und ist mit einem Batteriemanagement ausgestattet.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass vor einem Ladevorgang einer Sekundär-Batterie mit parallel verschalteter Stack-Anordnung ein Ladungsausgleich durchgeführt werden muss, wenn die einzelnen Stacks nicht gleiche Spannung besitzen. Dies ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien von besonderer Bedeutung. Unterschiedliche Stackspannungen während des Zusammenschaltens der Batteriestacks sind zu vermeiden, da sonst zwischen den Stacks Ströme fließen können, die die Stacks und ihre Batteriezellen beschädigen oder zerstören können.
Im Zuge des Ladungsausgleichs zwischen den Stacks werden alle Stacks der Batterie auf ein gleiches Spannungspotential gebracht. Dies kann beispielsweise durch einen Ladungsausgleich über eine Last erfolgen. Allerdings ist ein solcher Spannungsausgleich über eine Last sehr zeitintensiv und beinhaltet Energieverluste.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Batterien mit parallel verschalteten Stacks möglichst schnell und mit geringem Energieverlust einen Ladevorgang durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen und bestimmt zum Laden einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, die beispielsweise für ein Flurförderzeug vorgesehen ist. Die Lithium-Ionen-Batterie weist zwei oder mehr Stacks auf, die parallel zueinander geschaltet sind. Jeder der Stacks besitzt eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen und ein Batteriemanagementsystem, das die Batteriezellen überwacht. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einem ersten Schritt vor, eine Spannung für jeden Stack zu messen. Aus den gemessenen Spannungswerten werden ein oder mehrere Stacks ausgewählt, die die niedrigste Spannung aller Stacks besitzen. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt das Laden des oder der ausgewählten Stacks, bis deren Spannung einen Wert erreicht hat, der der nächsthöheren Spannung eines oder mehrerer der Stacks entspricht. Das zusätzliche Auswählen der Stacks mit der nächsthöheren Spannung und ein gemeinsames Laden aller ausgewählter Stacks erfolgt, bis deren Spannung einen Wert erreicht hat, der der nächsthöheren Spannung eines oder mehrerer Stacks entspricht. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass stets nur Stacks gemeinsam geladen werden, die eine gleiche Spannung besitzen. Diese Vorgehensweise, ausgehend von einem oder mehreren Stacks mit der niedrigsten Spannung, schrittweise die Stacks mit der nächsthöheren Spannung auszuwählen und diese dann den bereits ladenden Stacks hinzuzufügen, sobald deren Spannung bis zu dem Niveau des zuzuschaltenden Stacks angehoben wurde, wird wiederholt, bis alle Stacks geladen und eine vorbestimmte Spannung für die Stacks bzw. für die Batterie erreicht wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren mit der sukzessiven Hinzunahme von Stacks zu dem Ladevorgang erlaubt es, auf einen Ladungsausgleich zwischen den Stacks zu verzichten. Da die Stacks untereinander beim Ladevorgang stets die gleiche Spannung besitzen, können zwischen den Stacks keine Ausgleichsströme, die die Stacks oder Batteriezellen beschädigen können, auftreten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt vor der zusätzlichen Auswahl erneut eine Vermessung aller noch nicht geladener Stacks. Durch diese erneut durchgeführte Messung kann sichergestellt werden, dass stets aktuell derjenige oder diejenigen Stacks zugeschaltet werden, die aktuell eine Spannung besitzen, die der bereits erreichten Spannung der ladenden Stacks entspricht.
Ebenfalls ist möglich, zu Beginn des Ladevorgangs die gemessenen Spannungswerte für alle Stacks zu speichern und die zusätzliche Auswahl anhand der gespeicherten Werte vorzunehmen. Bei diesem Verfahren entfällt der zusätzliche Messvorgang und die Reihenfolge beim Zuschalten der Stacks wird direkt zu Beginn des Ladevorgangs festgelegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird fortlaufend der Spannungswert der ladenden Stacks gemessen. Die laufende Messung, die kontinuierlich oder intermittierend erfolgen kann, erlaubt es, den Zeitpunkt, an dem ein oder mehrere weitere Stacks zugeschaltet werden können, genau zu bestimmen.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Ansicht eine Batterie 10 mit drei Stacks S₁, S₂, S₃, die jeweils als einzelnen Batteriezellen Z bestehen. Jeder der Stacks S₁, S₂, S₃ verfügt über einen steuerbaren Schalter 12, 14 und 16, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Anschlüsse 18, 20 der Batterie 10 sind an ein Ladegerät 22 angeschlossen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zu Beginn die Spannung U₁ bis U₃ der Stacks S₁ bis S₃ gemessen. Der besseren Übersicht halber sei nachfolgend angenommen, dass U₁ < U₂ < U₃ sei. Zu Beginn des Ladeverfahrens wird dann zunächst der Schalter 12 geschlossen und der Stack S₁ geladen. Wenn die geladene Spannung des Stacks S₁ den Wert U₂ erreicht hat, wird zusätzlich der Schalter 14 geschlossen und die beiden Stacks S₁ und S₂ werden gleichmäßig weiter geladen. Wenn die Spannung der Stacks S₁ und S₂ den Wert U₃ erreicht hat, wird der Schalter 16 geschlossen und alle Stacks werden gleichmäßig von dem Ladegerät 22 geladen. Der Ladevorgang setzt sich dann fort, bis sämtliche Stacks die gewünschte Spannung besitzen.
Wenn bei der anfänglichen Messung der Spannungen zwei Stacks die gleiche Spannung besitzen und nur ein Stack eine abweichende Spannung aufweist, so wird der beschriebene Ladevorgang zunächst mit dem oder den Stacks begonnen, die die niedrigere Spannung besitzen. Beispielsweise sei bei der beginnenden Messung U₁ < U₂ = U₃, so erfolgt der Ladevorgang zunächst durch Schließen des Schalters 12 bei geöffneten Schaltern 14 und 16 solange, bis U₁ den Wert von U₂ und U₃ erreicht hat. Nachfolgend werden dann die Schalter 14 und 16 zusätzlich geschlossen, so dass alle drei Stacks gemeinsam geladen werden.

Claims

Verfahren zum Laden einer Batterie, die zwei oder mehr Stacks (S₁, S₂, S₃) aufweist, welche jeweils eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen (Z) aufweisen, wobei mindestens ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung einer oder mehrerer zugeordneter Batteriezellen vorgesehen ist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen einer Spannung für jeden der Stacks (S₁, S₂, S₃), – Auswählen eines oder mehrerer Stacks (S₁, S₂, S₃) mit der niedrigsten Spannung, – Laden des oder der ausgewählten Stacks, bis deren Spannung einen Wert erreicht, der der nächsthöheren Spannung eines oder mehrerer Stacks entspricht, – zusätzliches Auswählen der Stacks mit der nächsthöheren Spannung und gemeinsames Laden aller ausgewählter Stacks, bis deren Spannung einen Wert erreicht hat, der der höheren Spannung eines oder mehrerer Stacks entspricht und – Wiederholen des schrittweisen Auswählens und Ladens, bis alle Stacks eine vorbestimmte Ladespannung erreicht haben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der zusätzlichen Auswahl erneut alle noch nicht geladenen Stacks gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Ladeverfahrens die gemessenen Spannungswerte für alle Stacks gespeichert und die zusätzliche Auswahl anhand der gespeicherten Werte erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass fortlaufend der Wert der Spannung des oder der ladenden Stacks gemessen wird.