为能量供应装置充电的方法、以及包括能量供应装置和充电装置的系统与流程

本发明涉及一种用于通过充电装置对能量供应装置充电的方法，其中，该能量供应装置具有一排储能电芯以及具有控制电子单元(cms)。在第二方面，本发明涉及一种用于执行该充电方法的系统，其中，该系统包括能量供应装置和充电装置。该能量供应装置的控制电子单元被配置为监测该能量供应装置和/或其储能电芯的电流和/或电压，并且与充电装置通信。在提议的充电方法的过程中，选择储能电芯，其中，基于所选择的储能电芯的电压发起从充电过程的第一充电阶段到第二充电阶段的过渡。当达到能量供应装置的储能电芯之一的最小电流时，该能量供应装置的控制电子单元结束该能量供应装置的充电过程。

背景技术：

1、本发明属于可充电能量供应装置的技术领域。在现有技术中，用于这种类型的可充电能量供应装置的充电方法是已知的，然而，使用这些方法，能量供应装置在很多情况下不能以最佳方式充电。换句话说，通过对充电方法进行优化改进，可以达到更高的充满水平。

2、新的能量供应装置交付后，其通常可以充电到100％的满容量。参考能量供应装置的100％荷电状态(soc)。然而，随着时间的推移，老化现象出现，并且由于能量供应装置没有以适当的方式充电，该能量供应装置的充电容量可能会降低。这降低了能量供应装置的所谓的健康状态(soh)。例如，通过将变旧的能量供应装置的满容量与处于新的或交付状态中的能量供应装置的满容量彼此相关，可以确定该变旧的能量供应装置的当前健康状态。

3、在常规的充电方法中，如从现有技术已知的，即使能量供应装置的储能电芯尚未充满电，不利的是，充电方法也可能结束。特别地，这可能在能量供应装置的储能电芯具有不相等的荷电状态或充电历史时发生。当其中一个电芯与能量供应装置的其他电芯相比电压太高以至于必须防止进一步充电时，通常会发生充电方法的不期望的过早结束。这种情况特别地可能发生在相对较旧的能量供应装置中。

4、因此，本发明的目的是克服现有技术的上述短板和缺点，并且提供一种改进的充电方法以及一种由能量供应装置和充电装置组成的用于执行该充电方法的对应的系统。本发明的目的是使得充电方法完成后的能量供应装置的充满水平比现有技术中当前可能的充满水平更高。

5、该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了根据本发明的主题的有利实施例。

技术实现思路

1、在第一方面，该目的通过一种用于通过充电装置对能量供应装置充电的方法来实现，其中，该能量供应装置具有一排储能电芯以及具有控制电子单元。该方法的特征在于以下方法步骤：

2、a)将能量供应装置连接到充电装置，以便对能量供应装置充电，

3、b)以第一充电阶段启动充电过程，

4、c)通过能量供应装置的控制电子单元基于储能电芯的电压确定选择的储能电芯，

5、d)通过控制电子单元基于先前选择的储能电芯的电压确定能量供应装置的充电电流，

6、e)将先前确定的充电电流从控制电子单元传输到充电装置，

7、f)在第一充电阶段中用该先前确定的充电电流对能量供应装置充电，

8、g)当已经达到储能电芯之一的最大电压时，从该第一充电阶段过渡到该充电过程的第二充电阶段。

9、在这种情况下，从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡是通过能量供应装置的控制电子单元向充电装置的控制命令来发起的。

10、所提议的方法使得能够将能量供应装置的各个储能电芯(“电芯”)充电到相对高的充满水平。这使得可以显著地增加通过充电过程传递到能量供应装置的能量的量，从而使得能量供应装置的工作范围有利地增加。能量供应装置可以优选地用于动力工具中，以便为动力工具供应电能。对于每个充电过程，如果在能量供应装置中有更多的能量可用，则会有利地增加各个充电过程之间的时间段，并且能够以更高效且省时的方式执行利用动力工具的工作。特别地，本发明允许能量供应装置至少充电到最弱电芯的最大容量。在本发明的上下文中，优选的是在充电过程的第一充电阶段开始时具有最低(即最小)电压的储能电芯被视为“最弱的储能电芯”。因此，有利的是，达到了比常规的充电方法更高的能量供应装置的充满水平。

11、在本发明的上下文中，优选的是考虑在充电方法的第一充电阶段中具有最低电压的储能电芯。如果储能电芯已经被非常深度地放电，则优选地可以用减小的电流对其进行充电。例如，最弱的储能电芯可以是可以储存或占用最少量电荷的储能电芯。

12、已经表明，如果能量供应装置的控制电子单元向充电装置传输用于转换的控制命令，则可以特别简单地实现从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡。因此，能量供应装置可以有利地取得对充电装置和充电过程的控制。此外，因此充电装置不需要知道能量供应装置的各个储能电芯的单独电压和/或阈值。优选地，独立于所提议的方法来确定能量供应装置的储能电芯的电压，使得它们在能量供应装置中原本可用。在本发明的上下文中，能量供应装置可以决定充电电压相对于在储能电芯处确定的阈值保持基本上恒定。第二充电阶段优选地以通过这种方式保持恒定的充电电压开始。本发明具有使用该充电装置可以对不同类型的能量供应装置进行充电的优点。在这种情况下，对于不同类型的能量供应装置，充电过程的各个阶段之间的转换可以单独发生，也就是说，取决于相应能量供应装置内的储能电芯的确定电压。因此，根据电芯类型，可以针对各个电芯电压实施不同的阈值。能量供应装置的控制电子单元可以通过所谓的电芯管理系统(cms)形成。控制电子单元是能量供应装置的一部分并且具有不同的功能。举例来说，能量供应装置的控制电子单元被配置为监测能量供应装置和/或其储能电芯的电流和/或电压。为此，能量供应装置的控制电子单元可以具有对应的传感器或测量点，这些传感器或测量点检测各个电芯或能量供应装置整体的电流和/或电压。这种检测可以基本上连续地或以确定的(例如预定义的)测量频率进行。可以记录和/或存储所检测的电流和/或电压数据，其中，为此目的，能量供应装置可以优选地具有数据存储器。所检测的电流和/或电压数据特别地可以用于基于储能电芯的电压确定能量供应装置的最弱的储能电芯。换句话说，能量供应装置的控制电子单元能够基于储能电芯的电压确定能量供应装置的最弱的储能电芯。在本发明的上下文中，非常特别优选的是对于能量供应装置的控制电子单元，在充电过程的第一充电阶段，将在第一充电阶段开始时具有最低电压的电芯定义为“最弱电芯”。

13、在本发明的上下文中，优选的是空储能电芯以低压表征，而满储能电芯以高压表征。在本发明的上下文中，优选的是以定期的间隔监测各个电芯的电压，其中，典型的查询间隔可以为例如100毫秒(ms)。已经证明这种定期监测是特别有利的，特别是当储能电芯的电压在容许范围的下端和/或上端处时。

14、本发明基于使充电方法适应能量供应装置的最弱的储能电芯的需要和要求的基本概念。在所提议的方法的过程中确定该最弱的储能电芯。发明人已经认识到，当对能量供应装置充电时，因此可以达到与从现有技术中已知的常规的充电方法的情况相比更高的充满水平。根据充电过程的充电阶段，能量供应装置的不同的储能电芯可以被确定是“最弱电芯”，其中，该确定是基于储能电芯的电压来执行的。在本发明的上下文中，如果能量供应装置中的电压比是相等的，则也可以优选地将同一个电芯视为两个充电阶段中的最弱电芯。在这种情况下，该一个电芯在充电过程的第一充电阶段开始时是电芯中电压最低的，并且在第二充电阶段开始时是能量供应装置的储能电芯中电压最高的。

15、当监测能量供应装置的储能电芯的电压时，如果明显注意到某个电芯与其他电芯相比具有不同电压，那么能量供应装置的控制电子单元因此将该电芯视为本发明的上下文中的“最弱电芯”。在充电过程的第一充电阶段开始时，具有最低电压并且因此具有最低充满水平的电芯可以被视为本发明的上下文中的“最弱电芯”。在本发明的上下文中，优选的是具有最低健康状态(soh)的电芯在其放电结束时，是能量供应装置的储能电芯中电压最低的。在充电过程期间，该“最弱电芯”优选地特征在于其具有最大的电压增加。在本发明的上下文中，优选的是该“最弱电芯”在充电过程结束时也是能量供应装置的储能电芯中电压最高的。

16、另外，该能量供应装置的控制电子单元能够与充电装置通信。优选地，在能量供应装置与充电装置之间可以有通信连接部，经由该通信连接部可以在能量供应装置与充电装置之间交换电流数据、电压数据和/或控制命令。通信连接部可以是有线或无线的，其中，在本发明的上下文中，能量供应装置与充电装置之间的有线通信是优选的。举例来说，能量供应装置的控制电子单元可以向充电装置发送查询，以便发现能量供应装置的电流值。举例来说，能量供应装置的控制电子单元可以查询在充电过程期间从充电装置流入能量供应装置的总电流。在本发明的上下文中，优选的是在并联连接的电芯的情况下，将该总电流分配到能量供应装置的各个线路上。

17、在本发明的替代性配置中，能量供应装置的控制电子单元可以通过其自身的测量结果来确定能量供应装置的电流值。

18、在能量供应装置与充电装置之间交换的控制命令的内容可以是：例如，能量供应装置的控制电子单元向充电装置指示结束充电过程。该控制命令特别是当达到能量供应装置的储能电芯之一的最小电流时而从能量供应装置的控制电子单元发送到充电装置的。然而，在本发明的上下文中，还可以优选仅测量和传输以上引入的总电流。另外，当充电过程应当从第一充电阶段过渡到第二充电阶段时，从能量供应装置的控制电子单元向充电装置发送控制命令。换句话说，能量供应装置的控制电子单元被配置为当已经达到最弱的储能电芯的最大电压时，实现从充电过程的第一充电阶段到第二充电阶段的过渡。充电过程的第一充电阶段优选地特征在于充电电流基本上恒定，而在充电过程的第二充电阶段中，充电电压基本上恒定。对本领域技术人员而言，措辞“基本上恒定”并不表示不清楚的措辞，因为本领域技术人员知悉，这种措辞不仅旨在包括在数学上准确相等的电流值或电压值，而且还旨在包括微小的偏差或变化，例如在+/-5％的范围内。在本发明的上下文中，优选的是充电电压对应于最弱储能电芯的最大电压。

19、在第一充电阶段中，能量供应装置或其控制电子单元优选地根据所选择的或最弱的储能电芯或其电压、并且以针对该能量供应装置的该选择的和/或最弱的储能电芯进行优化的方式定义充电电流。在本上下文中，可以基于最弱的储能电芯的电压确定用于能量供应装置的充电电流，其中，该充电电流的确定由能量供应装置的控制电子单元执行。

20、特别地，充电电流是根据能量供应装置的储能电芯的电压确定的。在这种情况下，最低电芯电压(即，“最弱电芯”的电压)优选地确定为能量供应装置充电的充电电流或可以为能量供应装置充电的充电电流，以免损坏储能电芯。在各个电芯已经非常深度地放电的情况下，优选的是，在本发明的上下文中使这些电芯特别地经受特别温和的初始充电。根据使用能量供应装置的控制电子单元检测的储能电芯的电压，可以从充电装置要求对应的充电电流。充电装置优选地被配置为设定并提供能量供应装置所要求的充电电流。

21、然后，由能量供应装置的控制电子单元确定的充电电流可以被传输到充电装置。在本发明的上下文中，非常特别优选的是使充电电流在充电过程的第一充电阶段中保持基本上恒定，其中，充电电流优选地对应于最弱电芯的最大电流值。

22、如果达到能量供应装置的第一电芯的电压最大值，则充电阶段变化或者充电过程从第一充电阶段过渡到第二充电阶段。在本发明的上下文中，从第一充电阶段到第二充电阶段的这种过渡也可以优选地称为转换。在第二充电阶段中，优选地使电压保持基本上恒定。在本发明的上下文中，优选的是将能量供应装置的储能电芯串联连接(串联连接)，使得这些储能电芯的电压优选地相加在一起。这些电芯的电压可以优选地通过维持能量供应装置的第一电芯达到其电压最大值时的总电压值来保持恒定。在本发明的上下文中，优选的是在能量供应装置的总电压保持基本上恒定的情况下使得各个储能电芯的电压基本上不再发生变化。

23、在本发明的上下文中，优选的是，在充电过程的第二充电阶段中，将具有最高电压的储能电芯视为最弱的储能电芯。这也可以是在充电过程的第一充电阶段中也被视为最弱电芯的同一个电芯。在本发明的上下文中，优选的是可以储存最少能量的电芯是在放电期间第一个基本上放空的电芯，其中，空电芯优选地具有非常低的电压。在充电期间，该电芯优选地是第一个达到“完全”充满水平或充电状态的电芯。因此，优选地，该电芯具有比其他电芯更高的电压。到第二充电阶段的转换可以优选地通过从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡中保持充电装置的电压基本上恒定来实现。例如，这可以由能量供应装置经由通信连接部传送到充电装置。充电过程的第一充电阶段与第二充电阶段之间的转换点可以优选地是最大电芯电压的n倍，其中，“n”是能量供应装置中的储能电芯的数量。该值优选地对应于所有单独电芯电压的总和的测量值。充电过程的第一充电阶段与第二充电阶段之间的转换点可以优选地选择为使得其在能量供应装置的连接部处的总电压的测量值处。测量时间优选地是具有最大电压的储能电芯达到其指定的充电电压的时间。在第二充电阶段中，能量供应装置优选地在电压调节模式下充电。在电芯电压差异很大的情况下，可以优选的是，在本发明的上下文中使充电过程的第一充电阶段与第二充电阶段之间的过渡(即在不同调节模式之间的转换)更早发生。

24、当达到能量供应装置的第一电芯的电压最大值时，能量供应装置的控制电子单元向充电装置传输控制命令，使得充电装置相应地调节、调整或设定电流和/或电压。在本发明的上下文中，优选的是通过能量供应装置的控制电子单元向充电装置的控制命令来发起从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡。能量供应装置的控制电子单元特别地将用于调节充电电流的控制命令传输到充电装置，其中，在从充电过程的第一充电阶段到第二充电阶段的过渡期间，存在从具有基本上恒定的充电电流的充电阶段到具有基本上恒定的充电电压的充电阶段的转换。

25、在本发明的上下文中，优选的是当达到能量供应装置的储能电芯之一的最小电流时结束该充电过程。特别地当达到能量供应装置的总充电电流时，可以通过该能量供应装置的控制电子单元结束充电过程。然后，能量供应装置的控制电子单元向充电装置传输对应的控制命令。然后，能量供应装置可以从充电装置移除或从充电装置解耦，并且例如可以连接到动力工具，以便在动力工具的操作期间向该动力工具供应电能。

26、在本发明的上下文中，优选的是通过能量供应装置的控制电子单元来监测储能电芯和/或能量供应装置的电压。这优选地使得可以确立何时达到了储能电芯的最大电压。

27、在本发明的上下文中，优选的是在第一充电阶段中以第一基本上恒定的部分充电电流并且以第二基本上恒定的部分充电电流为能量供应装置充电。换句话说，第一充电阶段可以被分成例如两个部分充电阶段，其中，每个部分充电阶段的特征在于不同的部分充电电流。第二部分充电电流可以优选地高于或大于第一部分充电电流。具有较低第一部分充电电流的第一部分充电阶段可以优选地被称为初始充电，而在此之后，可以在第二部分充电阶段中以第二部分充电电流进一步为能量供应装置充电。

28、另外，第一充电阶段中的恒定充电电流的值还可以根据温度变化来调整。这种调整可以优选地分阶段发生，其中，充电电流的值一般在变化后相对长的时间内保持恒定。

29、优选地，可以在能量供应装置与充电装置之间交换电流和/或电压数据，其中，在所提议的充电方法的过程中，可以在能量供应装置与充电装置之间交换绝对和/或相对电流值和/或电压值。在本发明的上下文中，优选地，这意指可以从能量供应装置向充电装置传输绝对电流值(比如1安培(a)、4.05a或2.33a)和/或绝对电压值(比如1伏特(v)、4.05v或2.33v)。然而，替代地或附加地，也可以在能量供应装置与充电装置之间交换相对电流值和/或电压值。在本发明的上下文中，优选地，这意指电流值和/或电压值是相对于参考值(例如标称电压或预定义的电流值)来表示的。例如，相对电流值和/或电压值可以表示为百分比(％)或比例。

30、在本发明的上下文中，优选的是还通过能量供应装置的控制电子单元来监测能量供应装置的温度。因此，除了监测能量供应装置或其储能电芯的电流和电压之外，能量供应装置的控制电子单元还被配置为监测能量供应装置或其储能电芯的温度。这使得能够确保能量供应装置的温度处于为此设置的范围中，从而有效地避免能量供应装置的过热或热损坏。

31、在第二方面，本发明涉及一种系统，该系统包括能量供应装置和用于对该能量供应装置充电的充电装置，其中，该能量供应装置具有一排储能电芯以及具有控制电子单元。该系统的特征在于，该能量供应装置的控制电子单元被配置为监测该能量供应装置和/或其储能电芯的电流和/或电压，并且被配置为在能量供应装置与充电装置之间交换电流数据、电压数据和/或控制命令的意义上与充电装置通信。另外，该能量供应装置的控制电子单元被配置为基于储能电芯的电压来确定该能量供应装置的所选择的储能电芯，并且当已经达到这些储能电芯之一的最大电压时实现从充电过程的第一充电阶段到第二充电阶段的过渡。该控制电子单元被配置为基于先前选择的储能电芯的电压确定用于能量供应装置的充电电流，并且将因此确定的充电电流传输到充电装置，其中，该能量供应装置在第一充电阶段中是以先前确定的充电电流被充电的，其中，该能量供应装置的控制电子单元还被配置为向充电装置传输用于从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡的控制命令。对于所提议的充电方法所描述的定义、技术效果和优点类似地适用于由能量供应装置和充电装置组成的系统。特别地，该系统被配置为执行以上所述的充电方法。因此，该系统可以被称为“用于执行所提议的充电方法的系统”。在本发明的上下文中，基于能量供应装置内的不同储能电芯的电压来确定所选择的储能电芯优选地也被称为“选择储能电芯”。

32、在本发明的上下文中，优选的是在充电过程的第一充电阶段开始时具有最低电压的储能电芯被视为最弱的储能电芯，而在第二充电阶段中，具有最高电压的储能电芯被称为最弱电芯。另外，该能量供应装置的控制电子单元被配置为当达到该能量供应装置的这些储能电芯之一的最小电流时结束该能量供应装置的充电过程。能量供应装置和充电装置可以交换电流数据、电压数据和/或控制命令，其中，控制命令特别地从该能量供应装置的控制电子单元传输到该充电装置。举例来说，该能量供应装置的控制电子单元向该充电装置传输用于从第一充电阶段到第二充电阶段的过渡的控制命令。该能量供应装置的控制电子单元也可以被配置为监测该能量供应装置的温度，以便确保该能量供应装置的电芯总是处于对它们所允许的温度范围内。为了检测温度，能量供应装置可以包括适当的传感器和评估单元。如果能量供应装置检测到电芯之一或者该能量供应装置作为整体具有在所允许的温度范围之外的温度，则能量供应装置可以优选地中断充电过程。为此，该能量供应装置的控制电子单元可以将对应的控制命令传输到充电装置。在本发明的上下文中，优选的是充电电流在充电过程的第一充电阶段中是基本上恒定的，并且充电电压在充电过程的第二充电阶段中是基本上恒定的。

33、进一步的优点将从以下对附图的描述中变得明显。附图中示出了本发明的示例性实施例。附图、说明书和权利要求中包含许多组合的特征。本领域技术人员也会方便地单独考虑这些特征并将它们组合来产生有用的另外的组合。