DE102017200898A1 - Method for operating a battery system - Google Patents

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Benjamin Lechner
Daniel Raichle
Til Obes
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (2) mit mehreren Batteriemodulen (4) umfassend mehrere Batteriezellen (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) im Entladebetrieb parallel geschaltet werden und im Ladebetrieb seriell geschaltet werden.Darüber hinaus werden ein Batteriesystem (2) und ein Kraftfahrzeug angegeben.The invention relates to a method for operating a battery system (2) having a plurality of battery modules (4) comprising a plurality of battery cells (8), characterized in that the battery modules (4) are connected in parallel in the discharge operation and are connected in series in the charging mode Battery system (2) and a motor vehicle specified.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen.The invention relates to a method for operating a battery system with a plurality of battery cells.

Weiterhin wird ein Batteriesystem angegeben, welches insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.Furthermore, a battery system is specified, which is set up in particular for carrying out the method.

US 2014/0184142 offenbart ein Batteriepack mit einer Vielzahl von Batteriemodulen für ein Hybridfahrzeug, wobei das Batteriepack einen Stromkreis aufweist, in dem die Batteriemodule in Serie geschaltet werden und einen weiteren Stromkreis, bei dem die Batteriemodule parallel geschaltet werden. Das Batteriepack weist einen Ladeschalter auf, welcher die Batteriemodule zum Laden an- oder ausschalten kann. Zum Laden werden die Batteriemodule parallel geschaltet. US 2014/0184142 discloses a battery pack having a plurality of battery modules for a hybrid vehicle, the battery pack having a circuit in which the battery modules are connected in series and another circuit in which the battery modules are connected in parallel. The battery pack has a charging switch which can turn the battery modules on or off for charging. For charging, the battery modules are connected in parallel.

WO 2011/105794 offenbart ein hybrides Batteriezellensystem, welches eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, die umschaltbar parallel und seriell miteinander verbunden betrieben werden. Beim Laden werden die Batteriezellen parallel geschaltet. WO 2011/105794 discloses a hybrid battery cell system having a plurality of battery cells that are switchably operated in parallel and serially connected. When charging the battery cells are connected in parallel.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriemodulen umfassend mehrere Batteriezellen ist vorgesehen, dass die Batteriemodule im Entladebetrieb, z. B. im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs, parallel geschaltet werden und im Ladebetrieb, insbesondere Schnellladebetrieb, seriell geschaltet werden.In a method according to the invention for operating a battery system with a plurality of battery modules comprising a plurality of battery cells is provided that the battery modules in the unloading operation, for. B. while driving a motor vehicle, are connected in parallel and in the charging mode, in particular fast charging, are connected in series.

Vorteilhaft erfolgt in dem erfindungsgemäßen Batteriesystem der Ladebetrieb mit seriell verschalteten Batteriemodulen, so dass sich ein höheres Spannungsniveau einstellt als beim Entladebetrieb, d. h. beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Batteriemodule, mit parallel verschalteten Batteriemodulen.In the battery system according to the invention, the charging operation is advantageously carried out with battery modules connected in series, so that a higher voltage level is established than during the discharging operation, ie. H. when using the battery modules as intended, with battery modules connected in parallel.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Batteriesystem genau zwei Batteriemodule, die derartig betrieben werden. Hierdurch werden die Leistungsaufnahme des Batteriesystems beim Laden und die Leistungsabgabe des Batteriesystems beim Entladen optimiert.According to a preferred embodiment, the battery system comprises exactly two battery modules which are operated in this way. This optimizes the power consumption of the battery system during charging and the power output of the battery system during discharge.

Bevorzugt umfasst jedes Batteriemodul mehr als 50, weiter bevorzugt mehr als 100 Batteriezellen, z. B. 104 Batteriezellen.Preferably, each battery module comprises more than 50, more preferably more than 100 battery cells, for. B. 104 battery cells.

Die Begriffe „Batterie“ und „Batteriezelle“ werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatorzelle verwendet.The terms "battery" and "battery cell" are used in the present description, the usual parlance used for battery or accumulator cell.

Die Batteriezellen können z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen, Lithium-Schwefel-Batteriezellen, Lithium-Luft-Batteriezellen, Magnesium-Batteriezellen oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezellen sein.The battery cells can z. B. lithium-ion battery cells, lithium-sulfur battery cells, lithium-air battery cells, magnesium battery cells or nickel-metal hydride battery cells.

Insbesondere können die Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen sein, die sich typischerweise durch besonders hohe Energiedichte, thermische Stabilität und geringe Selbstentladung auszeichnen. Lithium-Ionen-Batteriezellen können beispielsweise kathodische Aktivmaterialien umfassen, die Li(NixCoyMnz)O2, LiNiCoAlO2, LiCoO2, LiMn2O4 oder LiFePO4 oder Mischungen oder Schichtfolgen daraus aufweisen. Als Anoden werden bevorzugt Interkalationsanoden eingesetzt, insbesondere Graphit, Carbon Nanotubes oder Buckyballs. Alternativ können Konversionsanoden, z. B. Si, Sn, verwendet werden. Die Batteriezellen haben ihrer chemisch-physikalischen Natur nach einen Spannungsbereich von 2,8 Volt bis 4,2 Volt. Wenn die Batteriezellen voll aufgeladen sind, was einem SOC von 100 % entspricht (SOC, state of charge) dann beträgt ihre Leerlaufspannung üblicherweise 4,2 V.In particular, the battery cells can be lithium-ion battery cells, which are typically characterized by particularly high energy density, thermal stability and low self-discharge. Lithium-ion battery cells may, for example, comprise cathodic active materials which comprise Li (Ni x Co y Mn z ) O 2 , LiNiCoAlO 2 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 or LiFePO 4 or mixtures or layer sequences thereof. Intercalation anodes are preferably used as anodes, in particular graphite, carbon nanotubes or buckyballs. Alternatively, conversion anodes, e.g. As Si, Sn can be used. The battery cells have a chemical-physical nature of a voltage range of 2.8 volts to 4.2 volts. When the battery cells are fully charged, which corresponds to an SOC of 100% (SOC, state of charge), their open circuit voltage is usually 4.2V.

Die Batteriezellen können z. B. als Pouchzellen, Hardcase-Zellen, insbesondere prismatische Hardcase-Zellen, BEV, Nutshell-Zellen oder Mikrozellen ausgeführt sein.The battery cells can z. B. as pouch cells, hardcase cells, in particular prismatic hardcase cells BEV, Nutshell cells or microcells.

Die Batteriezellen können jelly rolls aufweisen, d.h. Wickel, in denen Anode, Separator und Kathode schichtweise und in aufgewickelter Form in ein Zellgehäuse eingebracht sind. Die Wickel werden im Zellinneren metallisch kontaktiert und über die Anschlusspole aus dem Zellgehäuse herausgeführt. Alternative Ausführungsformen umfassen z. B. stacks, d.h. Schichtstapel. Bei Batteriezellen größerer Nennkapazität ist es üblich, intern in einem Gehäuse mehrere jelly rolls oder stacks parallel zu schalten, um die gewünschten Energie- und Leistungsdaten zu erreichen.The battery cells may have jelly rolls, i. Windings in which the anode, separator and cathode are introduced in layers and in wound-up form into a cell housing. The coils are contacted metallically in the cell interior and led out via the connection poles from the cell housing. Alternative embodiments include, for. Stacks, i. Layer stack. In the case of battery cells of larger nominal capacity, it is customary to switch several jellyrolls or stacks in parallel in an internal housing in order to achieve the desired energy and performance data.

In dem Batteriemodul sind die Batteriezellen vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel verschaltet, um die geforderte Leistung bereitzustellen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Batteriemodule eine gleiche Anzahl von gleichartig verschalteten Batteriezellen aufweisen. Beispielsweise sind die Batteriezellen im Batteriemodul ausschließlich seriell verschaltet.In the battery module, the battery cells are preferably spatially combined and interconnected by circuitry, for example, connected in series or in parallel to provide the required power. It is preferably provided that the battery modules have an equal number of identically connected battery cells. For example, the battery cells in the battery module are connected only serially.

Durch den seriell geschalteten Betrieb der Batteriemodule stellt sich ein hohes Spannungsniveau beim Laden ein. Bevorzugt ist das Spannungsniveau im Ladebetrieb, d. h. die Ladespannung, 800 V oder mehr.The serially connected operation of the battery modules sets a high voltage level during charging. Preferably, the voltage level in the charging mode, d. H. the charging voltage, 800 V or more.

Durch den parallel geschalteten Betrieb der Batteriemodule stellt sich ein niedrigeres Spannungsniveau beim Entladen, d. h. beim Gebrauchen der Batterien ein. Bevorzugt ist das Spannungsniveau im Entlade- bzw. Fahrbetrieb, d. h. die Entladespannung, 500 V oder weniger. The parallel operation of the battery modules sets a lower voltage level when discharging, ie when using the batteries. The voltage level in the discharging or driving operation, ie the discharge voltage, is preferably 500 V or less.

Bevorzugt erfolgt das Laden bei einer Nennladeleistung von 150 kW und mehr, weiter bevorzugt bei 250 kW oder mehr. 150 kW wird beispielsweise bei 440 V Spannung und 350 A Strom erreicht. 250 kW wird beispielsweise bei 800 V Spannung und 350 A Strom erreicht.The charging preferably takes place at a nominal charging power of 150 kW and more, more preferably at 250 kW or more. For example, 150 kW is achieved at 440 V and 350 A current. For example, 250 kW is achieved at 800 V voltage and 350 A current.

Die Anzahl der verschaltbaren Batteriemodule sind nicht beschränkt. Es können zum Beispiel auch drei Batteriemodule mit einer Maximalspannung von 1200 V sein. Dadurch ist das Verfahren für zukünftige Standards anpassbar.The number of interconnectable battery modules are not limited. For example, there may be three battery modules with a maximum voltage of 1200V. This makes the method customizable for future standards.

Das Verfahren wird bevorzugt bei Traktionsbatteriesystemen für Fahrzeuge durchgeführt. Traktionsbatteriesysteme sind mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden. Das Verfahren kann bei Elektrofahrzeugbatterien, bei Hybridfahrzeugbatterien oder allgemein bei Batteriesystemen angewendet werden, die modular aufgebaut sind und als Energiespeicher eingesetzt werden.The method is preferably performed on traction battery systems for vehicles. Traction battery systems are connectable or connected to a drive system of a motor vehicle. The method can be applied to electric vehicle batteries, to hybrid vehicle batteries or generally to battery systems that are modular and used as energy storage.

Mehrere derartige Batteriemodule oder Batteriesysteme können dabei sogenannte Batteriedirektkonverter (BDC, Battery Direct Converter) bilden und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).Several such battery modules or battery systems can thereby form so-called battery direct converters (BDC, Battery Direct Converter) and several battery direct converters form a battery direct inverter (BDI, Battery Direct Inverter).

Bevorzugt wird das Laden an Ladesäulen durchgeführt, insbesondere an Schnellladesäulen, z. B. Ladesäulen gemäß CCS-Standard, GB/T-Standard, CHAdeMO-Standard, insbesondere Ultraschnell-Ladesäulen.The charging is preferably carried out at charging stations, in particular at fast charging stations, eg. B. Charging columns according to CCS standard, GB / T standard, CHAdeMO standard, especially ultra-fast charging stations.

Die Entscheidung über die Verschaltung der Batteriemodule kann zentral im Batteriemanagementsystem erfolgen, beispielsweise durch Erkennen des Ladezustands.The decision on the interconnection of the battery modules can be done centrally in the battery management system, for example by detecting the state of charge.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriesystem mit mehreren Batteriemodulen umfassend mehrere Batteriezellen und einem Batteriemanagementsystem bereitgestellt, wobei das Batteriemanagementsystem eingerichtet ist, die Batteriemodule im Entladebetrieb parallel zu schalten und im Ladebetrieb seriell zu schalten.According to the invention, a battery system with a plurality of battery modules comprising a plurality of battery cells and a battery management system is also provided, wherein the battery management system is set up to switch the battery modules in parallel during the discharge operation and to connect them serially in the charging mode.

Die Einheiten des Batteriemanagementsystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Einheiten des Batteriemanagementsystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software auf einem Steuergerät implementiert sind. Die Einheiten des Batteriemanagementsystems können auch in Hardware-Bausteinen implementiert sein, beispielsweise durch Sensoreinheiten und anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC, Application Specific Circuit), sowie als Microcontroller.The units of the battery management system are to be understood as functional units that are not necessarily physically separated from each other. Thus, multiple units of the battery management system may be implemented in a single physical unit, such as when multiple functions are implemented in software on a controller. The units of the battery management system can also be implemented in hardware components, for example by sensor units and application-specific integrated circuits (ASIC, Application Specific Circuit), and as a microcontroller.

Die Schaltfunktion kann durch einen aufwandsarm realisierbaren zentralen Schalter der Hauptsteuereinheit per Verkabelung der Batteriemodule umgesetzt werden.The switching function can be implemented by a low-cost realizable central switch of the main control unit by wiring the battery modules.

Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuereinheit und mehrere Modulsteuereinheiten aufweist, welche über einen Steuerkanal miteinander in Verbindung stehen, wobei jede Modulsteuereinheit einem Batteriemodul zugeordnet ist und ausgebildet und eingerichtet ist, um das zugeordnete Batteriemodul parallel oder in Reihe zu schalten. Alternativ kann dann die Schaltfunktion als ein Steuerbefehl von der Hauptsteuereinheit über eine uni- oder bidirektionale Schnittstelle an Modulsteuereinheiten umgesetzt werden, wobei die Vorgabe des Schaltzustands von der Hauptsteuereinheit als nur eine einzige Nachricht an die Modulsteuereinheiten gesendet werden kann. Die Modulsteuereinheiten empfangen diese Nachricht und schalten entsprechend der Vorgabe.It can be provided that the battery management system comprises a main control unit and a plurality of module control units which communicate with each other via a control channel, each module control unit being associated with a battery module and configured and arranged to switch the associated battery module in parallel or in series. Alternatively, the switching function can then be implemented as a control command from the main control unit via a unidirectional or bi-directional interface to module control units, wherein the default of the switching state of the main control unit can be sent as a single message to the module control units. The module control units receive this message and switch according to the specification.

Das Batteriesystem kann weitere Steuersysteme umfassen, die Untereinheiten des Batteriemoduls bis hin zu Zellsteuersystemen umfassen, z.B. zur Erzeugung einer geringeren Gesamtausgangsspannung des Batteriesystems. Hierzu kann das Batteriemanagementsystem beispielsweise einzelne Batteriezellen aus der Reihenschaltung zuschalten oder wegschalten. Für den Fall, dass die Batteriezellen weggeschaltet werden, werden sie von der Reihenschaltung getrennt und die Anschlussklemmen der zugehörigen Zellelektronik elektrisch verbunden, so dass sich ein Zustand „überbrückt“ einstellt.The battery system may include other control systems, including subunits of the battery module through to cell control systems, e.g. to produce a lower total output voltage of the battery system. For this purpose, the battery management system, for example, connect or disconnect individual battery cells from the series circuit. In the event that the battery cells are switched off, they are disconnected from the series circuit and electrically connected to the terminals of the associated cell electronics, so that a state "bridged" sets.

Besonders bevorzugt ist das Batteriesystem kompatibel mit Standards für die Ladung von Kraftfahrzeugen an Schnellladesäulen, z. B. Ladesäulen gemäß ISO 15118 , CCS-Standard, GB/T-Standard, CHAdeMO-Standard, insbesondere Ultraschnell-Ladesäulen. Die Kompatibilität bezieht sich dabei sowohl auf das Kommunikationsprotokoll als auch auf die Stecker, wobei die Standards der IEC 61851-23 und IEC 61851-24 gültig am 8.12.2016 gelten sollen. Beispielsweise ist das Batteriesystem kompatibel mit CCS-Steckern wie Stecker Typ 2 nach DIN EN 62196-2 oder Combo 2 DIN EN 62196-3 gültig am 8.12.2016.Most preferably, the battery system is compatible with standards for charging automobiles to fast-charging stations, e.g. B. charging stations according to ISO 15118 , CCS standard, GB / T standard, CHAdeMO standard, especially ultra-fast charging stations. Compatibility applies to both the communication protocol and the connectors, with the standards of IEC 61851-23 and IEC 61851-24 valid on 8 December 2016. For example, the battery system is compatible with CCS connectors such as Type 2 connectors DIN EN 62196-2 or combo 2 DIN EN 62196-3 valid on 8.12.2016.

Das Batteriesystem umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.The battery system comprises in a preferred embodiment a traction battery of a motor vehicle.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie des Batteriesystems mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst. In einigen Varianten kann vorgesehen sein, dass die Batterie des Hybridfahrzeugs intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden kann. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen. According to the invention, a motor vehicle with such a battery system is also provided, wherein the battery of the battery system is connected to a drive system of the motor vehicle. The motor vehicle may be configured as a pure electric vehicle and exclusively comprise an electric drive system. Alternatively, the motor vehicle may be configured as a hybrid vehicle comprising an electric drive system and an internal combustion engine. In some variants it can be provided that the battery of the hybrid vehicle can be charged internally via a generator with excess energy of the internal combustion engine. Externally rechargeable hybrid vehicles (PHEV) also provide the option of charging the battery via the external power grid.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bewirken, dass eines der zuvor beschriebenen Batteriemanagementsysteme oder Subsysteme die entsprechenden Schritte eines der zuvor beschriebenen Verfahren ausführt. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln.According to the invention, a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device. The computer program includes instructions that cause one of the battery management systems or subsystems described above to perform the corresponding steps of one of the methods described above. For example, the computer program may be a module for implementing a battery management system or subsystem thereof in a vehicle.

Die Erfindung umfasst auch ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium, auf einer CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc oder einem USB-Stick gespeichert sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Computing-System zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.The invention also includes a computer readable medium on which the computer program is stored. The computer program can be stored, for example, on a permanent or rewritable storage medium, on a CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc or a USB stick. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device such as a server or a cloud computing system, e.g. via a data network such as the Internet, or a communication connection such as a telephone line or a wireless connection.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren definiert, das ein Schnellladen einer typischen Traktionsbatterie mit höherer Spannungslage ermöglicht.The present invention defines a method that enables fast charging of a typical higher voltage traction battery.

Hierzu wird die Batterie in zwei gleiche Teile aufgetrennt, die im Ladebetrieb seriell und im Fahrbetrieb parallel zusammengeschaltet werden.For this purpose, the battery is separated into two equal parts, which are connected in parallel in the loading mode and while driving.

Das Verfahren kann kostengünstig implementiert werden, da es eine einfache Umschaltung der Verschaltung der Batteriemodule umfasst.The method can be implemented cost-effectively, since it comprises a simple switchover of the interconnection of the battery modules.

Größere Kabelquerschnitte zur Erzielung einer höheren Ladegeschwindigkeit sind somit nicht erforderlich, zudem kann auf die sonst notwendige Kühlung der Ladeverbindung zur Batterie verzichtet werden.Larger cable cross-sections to achieve a higher charging speed are therefore not required, also can be dispensed with the otherwise necessary cooling of the charging connection to the battery.

Ein weiterer Vorteil ist die Nutzung der höheren Effizienz der Standard IGBT bei ~450 V bei Möglichkeit der Ultraschnellladung bei 850 V.Another advantage is the use of the higher efficiency of the standard IGBT at ~ 450 V with possibility of ultra-fast charging at 850 V.

Außerdem genügt diese Art der Verschaltung sehr gut der Anforderung nach einer kurzen Ladedauer im Vergleich zur längeren Fahrzeit.In addition, this type of interconnection satisfies very well the requirement for a short charging time compared to the longer driving time.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
  • 2 eine schematische Darstellung erfindungsgemäßer Batteriemodule in einem ersten Zustand und
  • 3 eine schematische Darstellung erfindungsgemäßer Batteriemodule in einem zweiten Zustand.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it
  • 1 a schematic representation of a battery system according to the invention,
  • 2 a schematic representation of battery modules according to the invention in a first state and
  • 3 a schematic representation of battery modules according to the invention in a second state.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar components and elements are denoted by the same or similar reference numerals, wherein a repeated description of these components or elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 2 mit zwei Batteriemodulen 4. Jedes Batteriemodul 4 umfasst mehrere in Serie geschaltete Batteriezellen 8. Zwischen den Batteriemodulen 4 ist ein Modulverbinder 12 angeordnet, der von einem Batteriemanagementsystem 6 gesteuert wird. Über den Modulverbinder 12 können zwei Schaltzustände eingestellt werden, nämlich ein erster, bei dem die Batteriemodule 4 parallel zueinander geschaltet sind und ein zweiter, bei dem die Batteriemodule 4 parallel zueinander geschaltet sind. 1 shows an example of a battery system according to the invention 2 with two battery modules 4 , Every battery module 4 includes several series connected battery cells 8th , Between the battery modules 4 is a module connector 12 Arranged by a battery management system 6 is controlled. About the module connector 12 two switching states can be set, namely a first, in which the battery modules 4 are connected in parallel with each other and a second, in which the battery modules 4 are connected in parallel to each other.

Die kleinste Einheit des Batteriesystems 2 bildet die Batteriezelle 8. Um eine hohe Spannung, üblicherweise im Bereich von ca. 400 V zu generieren, welche für Hybridfahrzeug- und Elektrofahrzeugantriebe benötigt wird, sind die Batteriezellen 8 verschaltet, z. B. seriell. Die Verschaltung von mehreren Batteriezellen 8 bildet ein Batteriemodul 4. Beispielsweise sind 104 Batteriezellen 8 in Serie geschaltet, um das Batteriemodul 4 zu bilden.The smallest unit of the battery system 2 forms the battery cell 8th , In order to generate a high voltage, usually in the range of approximately 400 V, which is required for hybrid vehicle and electric vehicle drives, the battery cells 8th interconnected, z. For example, serial. The interconnection of several battery cells 8th forms a battery module 4 , For example, 104 battery cells 8 are connected in series to the battery module 4 to build.

Mehrere Batteriemodule 4, hier beispielsweise genau zwei Batteriemodule 4, bilden ein Batteriepack 14. Das Batteriepack 14 stellt an Anschlüssen 10 eine Ausgangsspannung bereit, z. B. für den Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.Several battery modules 4 , here for example exactly two battery modules 4 , make a battery pack 14 , The battery pack 14 puts on connections 10 an output voltage ready, z. B. for driving an electric or hybrid vehicle.

Das Batteriesystem 2 weist ein Batteriemanagementsystem 6 mit einer Hauptsteuereinheit auf, welches auch als CCU (central control unit) bezeichnet wird. Das Batteriemanagementsystem 6 ist ausgebildet und eingerichtet, die Batteriemodule 4 des Batteriepacks 14 in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung zu bringen.The battery system 2 has a battery management system 6 with a main control unit, which is also referred to as CCU (central control unit). The battery management system 6 is designed and set up, the battery modules 4 of the battery pack 14 to be connected in series or in parallel.

Die Erfindung ist dabei nicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform beschränkt. So können etwa auch drei oder mehr Batteriemodule 4 vorgesehen sein, die vom Batteriemanagementsystem 6 parallel und seriell miteinander zusammenschaltbar sind. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Schaltung über Modulsteuergeräte erfolgt, die von der Hauptsteuereinheit des Batteriemanagementsystems 6 angesteuert werden.The invention is not limited to the in 1 illustrated embodiment limited. For example, you can have three or more battery modules 4 be provided by the battery management system 6 parallel and serially interconnected. In addition, it can be provided that the circuit takes place via module control units, which are provided by the main control unit of the battery management system 6 be controlled.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Batteriepacks 14 mit zwei Batteriemodulen 4 in einem ersten Zustand. Die Batteriemodule 4 sind zum Entladen, d. h. z. B. im Fahrbetrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, parallel geschaltet. Bevorzugt sind die Batteriemodule 4 auch beim Rekuperieren von Energie parallel geschaltet. 2 shows a schematic representation of the battery pack 14 with two battery modules 4 in a first state. The battery modules 4 are for unloading, ie, for example, when driving an electric or hybrid vehicle, connected in parallel. The battery modules are preferred 4 also connected in parallel when recuperating energy.

3 zeigt eine schematische Darstellung des Batteriepacks 14 mit zwei Batteriemodulen 4 in einem zweiten Zustand. Die Batteriemodule 4 sind im Ladebetrieb in Reihe geschaltet. 3 shows a schematic representation of the battery pack 14 with two battery modules 4 in a second state. The battery modules 4 are connected in series during charging.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2014/0184142 [0003]US 2014/0184142 [0003]
  • WO 2011/105794 [0004]WO 2011/105794 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 15118 [0028]ISO 15118 [0028]
  • DIN EN 62196-2 [0028]DIN EN 62196-2 [0028]
  • DIN EN 62196-3 [0028]DIN EN 62196-3 [0028]

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (2) mit mehreren Batteriemodulen (4) umfassend mehrere Batteriezellen (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) im Entladebetrieb parallel geschaltet werden und im Ladebetrieb seriell geschaltet werden.Method for operating a battery system (2) having a plurality of battery modules (4) comprising a plurality of battery cells (8), characterized in that the battery modules (4) are connected in parallel in the discharge operation and are connected in series in the charging mode. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (2) genau zwei Batteriemodule (4) aufweist.Method according to Claim 1 , characterized in that the battery system (2) has exactly two battery modules (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) eine gleiche Anzahl von gleichartig verschalteten Batteriezellen (8) aufweisen, insbesondere von seriell verschalteten Batteriezellen (8).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the battery modules (4) have an equal number of identically interconnected battery cells (8), in particular of serially connected battery cells (8). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entladespannung 500 V oder weniger ist und/oder dass eine Ladespannung 800 V oder mehr ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a discharge voltage is 500 V or less and / or that a charging voltage is 800 V or more. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden mit 150 kW oder mehr erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging takes place with 150 kW or more. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (2) eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the battery system (2) comprises a traction battery of a motor vehicle. Batteriesystem (2) mit mehreren Batteriemodulen (4) umfassend mehrere Batteriezellen (8) und einem Batteriemanagementsystem (6), wobei das Batteriemanagementsystem (6) eingerichtet ist, die Batteriemodule (4) im Entladebetrieb parallel zu schalten und im Ladebetrieb seriell zu schalten.Battery system (2) with a plurality of battery modules (4) comprising a plurality of battery cells (8) and a battery management system (6), wherein the battery management system (6) is arranged to switch the battery modules (4) in the discharge operation in parallel and to switch in the charging mode in series. Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem (2) nach Anspruch 7.Motor vehicle with a battery system (2) according to Claim 7 , Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.Computer program for performing one of the methods according to one of Claims 1 to 6 wherein the computer program is executed on a programmable computer device. Computerlesbares Medium, aufweisend ein Computerprogramm nach Anspruch 9.Computer readable medium, having a computer program after Claim 9 ,
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