用于控制电气的蓄能器的充电过程的方法和充电设备

摘要

本发明涉及一种用于在充电设备(20)上控制电气的蓄能器的充电过程的方法，其中，所述充电设备(20)具有调温系统，并且所述蓄能器具有调温系统，所述方法至少包括以下步骤：在所述充电设备(20)和蓄能器之间传输电能(S10)；在所述充电设备(20)的调温系统和所述蓄能器的调温系统之间传输热能(S20)。在此规定，所述方法包括以下步骤：将配属于充电设备(20)的计算单元(130)的至少一个第一信息传输给配属于蓄能器的计算单元(140)(S30)，和/或将配属于蓄能器的计算单元(140)的至少一个第二信息传输给配属于充电设备(20)的计算单元(130)(S40)。本发明还涉及一种用于电气的蓄能器的充电设备(20)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制电气的蓄能器的充电过程的方法以及一种充电设备。

背景技术

电气化交通工具具有蓄电池，用于提供用于交通工具的驱动装置的电能。在大多数情况下，蓄电池可以通过外部接口充电。尤其在快速充电过程中比在行驶运行中出现蓄电池的更剧烈的升温。因此，在充电过程中比在行驶期间产生更高的冷却需要。在现有技术中规定，通过在充电过程中由充电设备额外地提供冷却功率来满足较高的冷却需求。

在此，文献DE 10 2012 213 855 A1公开了一种充电站和一种布置在交通工具中的蓄电池，其中，该交通工具可通过充电线和调温管路连接到充电站上。充电站还包括调温体。

此外，文献DE 11 2012 003 109 T5公开了一种用于为具有蓄电池的电动交通工具充电的方法。其中，充电包括尤其针对100至300kW之间的充电功率向电动交通工具输送冷却剂，以便在充电过程中冷却蓄电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是至少部分地改善已知的现有技术。

所述技术问题通过按照本发明的方法以及按照本发明的充电设备解决。在说明书中单独提及的特征能够以技术上有意义的方式相互结合并且可以通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节补充，其中示出本发明的其它实施变型。

根据本发明的方法涉及一种用于在充电设备上控制电气的蓄能器的充电过程的方法，其中，所述充电设备具有调温系统，并且所述蓄能器具有调温系统，所述方法至少包括以下步骤：

-在所述充电设备和蓄能器之间传输电能，

-在所述充电设备的调温系统和所述蓄能器的调温系统之间传输热能，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将配属于充电设备的计算单元的至少一个第一信息传输给配属于蓄能器的计算单元，和/或将配属于蓄能器的计算单元的至少一个第二信息传输给配属于充电设备的计算单元。

至少一个第一和/或第二信息的传输尤其

-经由电气接口借助PWM(脉冲宽度调制)信号进行，和/或

-经由电气接口借助于叠加的信号进行，和/或

-经由无线电接口借助云和/或WLAN协议和/或蓝牙协议进行。

优选地，电气接口在此集成在用于传输电能的第二接口中。

通过传输第一和/或第二信息，电能和热能的传输可以特别好地适应于充电设备和蓄能器的技术特性。

充电过程应当理解为电能在充电设备和蓄能器之间传输。这包括借助充电设备侧的电能、例如来自配电网和/或发电机单元的电能对蓄能器充电。但这也包括蓄能器通过充电设备的放电、例如向配电网和/或另外的蓄能器放电。

充电设备优选是充电桩，该充电桩可以尤其借助于充电线和充电插头向电气的蓄能器传输电能。目前，该充电桩与大多数电气化交通工具兼容。但也可以是充电站，该充电站可以借助感应板向与蓄能器电连接的感应板传输能量。该充电站的优点是，充电过程可以无接触地进行，尤其不必插塞插头。

在一些实施方式中，充电设备从配电网获取用于给电气的蓄能器充电的电能。这实现了电能的较大的可用性。在另外的实施方式中，充电设备从另外的电气的蓄能器、例如布置在充电设备中的电气的蓄能器获取用于给电气的蓄能器充电的电能。在一些实施方式中还规定，充电设备从发电机单元、即例如从燃料电池和/或由内燃机驱动的发电机中获取电能。最后提到的实施方式的优点是，其可以建造在任何地方并且不依赖于供电基础设施地被设立。

在此，在充电设备和蓄能器之间的电能传输借助相应的接口进行。用于传输充电设备的电能的接口能够与用于传输电气的蓄能器的电能的接口相连接。在此，连接不需要强制性地是直接的。还可以是间接的连接。例如，可连接的接口可以是电气化交通工具的与待充电的蓄能器进行电连接的接口。重要的仅是，可连接的接口适合用于在充电设备与电气的蓄能器之间传输电能。在此，传输既可以传导式地、即例如借助电线和/或汇流排进行，也可以感应式地进行。优选地，可插塞的传导式连接装置、即例如具有插头的电线可以插入其中的插座用作接口，该电线又具有相对于待充电的蓄能器的电连接装置和/或能够与待充电的蓄能器形成电连接。当然，电线也可以与充电设备固定连接。在这种情况下，电线在不与充电设备连接的端部上具有插头，该插头能够与待充电的蓄能器形成电连接。如果是电气化交通工具的蓄能器，则该交通工具通常具有与该蓄能器电连接的插座。

在充电设备和蓄能器之间的热能传输同样借助相应的接口进行。用于传输充电设备的热能的接口同样能够与用于传输待充电的蓄能器的热能的接口相连接。在此，该连接同样不需要强制性地是直接的。该接口仅需要能够实现在充电设备和蓄能器之间的热能传输。在一些实施方式中，热能的传输借助导热的固体进行。但优选地，热能的传输借助流体、特别优选借助液体、例如水基冷却剂来传输。在一些实施方式中，使用在充电过程之外还用于调节蓄能器的温度的流体。如果例如是电气化交通工具的牵引用蓄电池，该电气化交通工具规定用于通过确定的冷却剂来调节蓄电池的温度的调温系统，则同一种冷却剂可以用于在充电设备和蓄电池之间传输热能。这有利地减少传输热能所需的部件的数量。热能的传输优选还借助热交换器进行。在这种情况下，对充电设备直接调温的调温剂、即例如冷却流体、尤其冷却液与对电气的蓄能器直接调温的调温剂在物质上通过热交换器分隔。由此，充电设备和蓄能器的调温剂可以彼此独立地选择。

在此，电气的蓄能器应当理解为任何适合用于存储电能的装置。这可以例如是电容器和/或优选是蓄电池、特别优选是锂离子蓄电池。此外优选是牵引用蓄电池、即提供用于驱动电气化交通工具的电能的蓄电池。特别优选是具有至少100、200或400伏的标称电压的蓄电池。这类蓄电池的优点是，它们特别有效率地存储电能。在此，电气化交通工具尤其是纯电动交通工具。但也可以是混合动力交通工具或氢动力交通工具。此外优选是陆上交通工具、特别优选是不在轨道上行驶的陆上交通工具。

所述充电设备还具有调温系统。调温系统包含充电设备的热管理所需的部件。调温系统用于在充电设备的热接口和另外的部件之间传输尤其被控制和/或调节的热传递和/或流体。另外的部件优选是针对外部空气和/或另外的冷却剂循环和/或制冷剂循环的热交换器。调温系统中的热传递优选借助调温剂要么在一个调温剂循环系统中进行要么在通过热交换器和/或阀共同起作用的多个调温剂循环系统中进行。

蓄能器同样具有调温系统。该调温系统也包含其热管理所需的部件。调温系统用于在充电设备的热接口和另外的部件之间传输尤其被控制和/或调节的热传递和/或流体。另外的部件优选是针对外部空气和/或另外的冷却剂循环和/或制冷剂循环的热交换器。另外的部件尤其是交通工具的热管理所需的另外的部件、如制冷剂循环系统，所述制冷剂循环系统在一些实施方式中同时用于调节交通工具的内部空间的温度。调温系统中的热传递优选借助调温剂、优选借助冷却剂要么在一个调温剂循环系统中进行要么在通过热交换器共同起作用的多个调温剂循环系统中进行。

在此，优选考虑充电设备的调温系统和/或蓄能器的调温系统的另外的部件的效率对充电设备的调温系统和/或蓄能器的调温系统进行控制和/或调节。控制和/或调节可以附加地和/或仅仅影响、尤其控制和/或调节经由用于传输电能的接口传输的充电功率。

在一些实施方式中，制冷剂循环系统的配属于充电设备的调温系统的针对外部空气的热交换器和/或配属于充电设备的冷凝器布置在充电设备上方、尤其垂直地和/或呈V形地布置。这是特别节省空间的实施方式。

如果另外的热交换器用于在充电设备和蓄能器之间的热传递，并且充电设备和/或蓄能器的调温系统另外具有制冷剂循环系统，则在一些实施方式中，制冷剂循环系统也集成在另外的热交换器中，从而产生具有两个冷却剂循环系统和至少一个制冷剂循环系统的集成的热交换器。

在一些实施方式中，这些部件至少部分地布置在土壤中。在该实施方式中，冷却介质可以直接穿过土壤导引，这对效率有积极的影响。在一些这样的实施方式中，热泵与土壤中的热交换器结合使用。

优选规定，所述第一信息和/或第二信息表示用于实施根据本发明的方法的技术设备的存在。尤其表示，是否存在传输热能所需的设备。优选也表示这些设备的详细说明、例如技术标准。特别优选地，随后比较第一信息和第二信息。如果它们不一致，例如如果它们不符合同一标准，则所述方法不实施或中止。这确保了蓄能器和充电设备的系统是兼容的，从而所述方法有效率且无缺陷地实施。

在该方法的一些实施方式中规定，所述第一信息和/或第二信息提供用于供应流和/或回流的技术上允许的压力水平。由此可以在蓄能器的调温系统上优化用于冷却的体积流，该体积流与供应流和/或回流的压力水平相关。

在一些实施方式中还规定，所述第二信息提供额定供应流温度。在另外的实施方式中规定，所述第二信息提供额定制冷功率。这些实施方式可以实现，通过充电设备的热管理特别准确地调节蓄能器的冷却需求或加热需求。

同样可以规定，所述第一信息提供可提供的供应流温度。此外，所述第一信息提供可提供的制冷功率。因此，配属于蓄能器的计算单元获得关于充电设备侧可提供的冷却功率和/或加热功率的信息并且可以进行对蓄能器的调温系统的定向控制。

优选地，所述第一信息和/或第二信息还提供在所述蓄能器的调温系统中当前的压力损失和/或在所述充电设备的调温系统中当前的压力损失。特别优选地，所述第一信息和/或第二信息提供用于传输热能的冷却介质的技术特性、例如热容量和/或化学成分和/或耐热性。这能够特别有效率地调节在充电设备和蓄能器之间传输的冷却流体。

在该方法的另外的一组实施方式中还规定，所述第一信息和/或第二信息提供充电过程的预计时长和/或预计结束时刻。这使得能够根据充电过程的进度来调整在充电设备和蓄能器之间传输的热能。

本发明还涉及一种用于电气的蓄能器的充电设备，所述充电设备具有：

-至少一个用于传输电能的第一接口，

-至少一个用于传输热能的第二接口，

-至少一个第三接口，用于传输按照本发明的信息，

-计算单元(130)，其设计用于实施按照本发明的方法，

在此，所述第三接口还设计

-作为附加的电气接口，所述信息能够经由所述附加的电气接口借助PWM信号传输，和/或

-作为第一电气接口，所述信息能够经由所述第一电气接口借助叠加的信号传输，和/或

-作为无线电接口，所述信息能够经由所述无线电接口借助云和/或借助WLAN协议和/或借助蓝牙协议传输，和/或

-作为集成在第一接口中的附加的电气接口。

所述计算单元例如是布置在充电设备上或充电设备中的控制器。但优选是虚拟的、基于云的计算单元，该计算单元通过无线电连接或电线连接与充电设备相联系。

附图说明

本发明的另外的优点和有利的实施方式和扩展设计借助后续参照附图的说明示出。在附图中详细地：

图1示出根据本发明的充电设备的示例性的结构；

图2示出根据本发明的方法的示例性的流程图。

具体实施方式

参照附图示出本发明的实施方式。

图1示出根据本发明的充电设备20的示例性结构。充电设备20通过电气接口40以及由冷却剂供应流80和冷却剂回流90构成的热接口与交通工具10连接。在此，借助于冷却剂-冷却剂热交换器50在充电桩20的调温系统和交通工具10的调温系统之间传输热能。因此，在这些调温系统之间发生冷却剂交换。在热接口80、90中使用的冷却剂此处对应于在交通工具10的调温系统中使用的冷却剂。

在该实施例中，充电设备20还包括蓄热器30。该蓄热器集成在充电桩10的调温系统中。该蓄热器可以在充电过程之前被冷却或加热。随后，如此存储的热容量或冷容量可以在充电过程中补充地用于调节蓄能器的温度。

在此，充电桩10的调温系统包括冷却剂-冷却剂热交换器50、冷却剂-制冷剂热交换器60和冷却剂-空气热交换器70以及另外的用于将这些热交换器彼此连接和用于与交通工具10和蓄热器30连接需要的软管布线、管道布线、调节元件和连接元件。该调温系统设计为，使得在所有热交换器50、60、70之间的热能交换是可能的并且可以适宜地调节。冷却剂-制冷剂热交换器60设计为通过制冷装置100传输热能并且可以用于调节蓄热器30的温度。

充电设备20还具有计算单元130，该计算单元设计为实施根据本发明的方法和控制调温系统。该控制需要的传感装置和执行装置此处未示出。该计算单元还具有针对配属于交通工具10的计算单元140的数据接口150。该数据接口优选设计为无线电接口、例如WLAN或移动通信连接装置。

图2示出根据本发明的方法的示例性的流程图。在第一步骤S10中，开始在充电设备和蓄能器之间的电能传输，在该情况下，该蓄能器设计为电气化交通工具的牵引用蓄电池。通常，该步骤在将充电设备的电气接口与蓄能器的电气接口连接之后立即进行。优选的是，使用者将与充电设备连接的充电线的充电插头插入使用者的电气化交通工具的充电插座中。接着在第二方法步骤S20中开始在充电设备和蓄能器之间的热能传输。这是方法步骤的优选顺序。但在所述方法的一些设计方案中，这些方法步骤也同时或以相反的顺序进行。此外，该顺序仅涉及传输过程的开始。当然，可以在充电设备和蓄能器之间同时传输电能和热能。在另外的步骤S30中，配属于交通工具10的计算单元140借助于移动通信连接装置150从配属于充电设备20的计算单元130获得信息，该信息包括可以由充电设备20提供的最大冷却功率。接着，配属于交通工具10的计算单元中的优化算法确定用于剩余的充电过程S10的最佳的供应流温度80并且在方法步骤S40中将该最佳的供应流温度作为额定供应流温度经由接口150传输至配属于充电设备20的计算单元130。

附图标记列表

10 交通工具

20 充电桩

30 蓄热器

40 电气接口

50 冷却剂-冷却剂热交换器

60 冷却剂-制冷剂热交换器

70 冷却剂-空气热交换器

80 冷却剂供应流

90 冷却剂回流

100 制冷装置

110 制冷剂供应流

120 制冷剂回流

130 计算单元

140 计算单元

150 数据接口

S10 方法步骤1

S20 方法步骤2

S30 方法步骤3

S40 方法步骤4