CN105914804A - 具有不同电池类型的电池组储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有不同电池类型的电池组储能系统。用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统（10）包括至少一个蓄能模块（11）和至少一个与蓄能模块（11）串联接线的功率存储模块（13）。蓄能模块（11）包括至少一个第一类型的电池组电池（12），而功率存储模块（13）包括至少一个第二类型的电池组电池（14），该第二类型区别于第一类型。可由蓄能模块（11）或者由蓄能模块（11）和功率存储模块（13）提供的中间电路电压（U_DC）与电池组电池（12、14）的充电状态无关地而可保持恒定。此外，本发明还涉及一种用于单独地适配用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统（10）的功率含量和能含量的方法。

Description

具有不同电池类型的电池组储能系统

技术领域

本发明涉及用于在电池组电动（batterieelektrisch）车辆系统中使用的电池组储能系统（Batteriespeichersystem），并且尤其是涉及具有不同电池类型的电池组储能系统。

背景技术

具有有工作能力的可再充电的电池组模块的电池组储能系统是例如电动车辆技术和混合动力车辆技术的重要部件。电池组模块通常由多个彼此电接线的电池组电池组成。在此，各个电池组电池可以串联地并且部分附加地彼此并联地接线，以便提供所需的功率和能量。对此，通常采用单个电池类型的电池组电池，例如以便将成本保持得尽可能小。可是，通过采用单个类型的电池组电池，电池组储能系统的工作能力和内能彼此被联系在一起。此外，利用这样一个电池组储能系统不可能提供例如确定的输出电压、与该输出电压无关的确定的至少要保证的输出功率和与输出电压无关的最小容量。为了可以在各种电池组储能系统中设置能量与功率的不同的比例，或者各种电池组电池类型是必需的，或者对这两个量之一（即能量或者功率）确定过大尺寸（Ueberdimensionierung）是必需的。根据现有技术，这两者都是提高成本的（kostentreibend）。

从DE 10 2009 031 295 A1中例如公知一种蓄能设备，所述蓄能设备尝试通过将功率存储器和蓄能器混合来规避这个问题。在所描述的存储器系统的并联的情况下，该系统的每个支路都已经达到所希望的中间电路电压。这在应用在车辆系统的情况下常常不被满足。此外，从电网侧吸收的全部能量通过升压/降压转换器被引导到该蓄能设备中，这不利地损害了该系统的效率。

从DE 10 2009 046 565 A1中公知具有不同电池类型的电池组模块。该电池组模块具有两个带有不同输出电压的蓄能器，所述两个带有不同输出电压的蓄能器通过二极管彼此接线。第二蓄能器这里似乎当作自动接入的（zugeschaltet）附加蓄能器用，所述附加蓄能器用来截取（abfangen）特别高的功率要求。

发明内容

在该背景下，本发明的任务是提供一种电池组储能系统，在所述电池组储能系统中，功率内容和内能（Leistungs- und Energieinhalt）可单独地被适配。

为了解决该任务，建议一种用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统和一种用于单独地适配用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统的功率含量和能含量（Leistungs- und Energiegehalte）的方法。

与此相对应地，本发明设置了一种用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统，所述电池组储能系统包括至少一个蓄能模块和至少一个与蓄能模块串联接线的功率存储模块（Leistungsspeichermodul）。该蓄能模块具有至少一个第一类型的电池组电池，而该功率存储模块具有至少一个第二类型的电池组电池，该第二类型区别于第一类型。可由该蓄能模块或者由该蓄能模块和该功率存储模块提供的中间电路电压与电池组电池的充电状态（Ladezustand）无关地而可保持恒定。

按照本发明的电池组储能系统相对于现有技术给予可以采用标准充电设备的优点，这例如导致成本减少。此外，功率存储模块在余热利用（Rekuperieren）时可以被充电，这提高了再生制动的工作能力和电池组储能系统的效率。

提供了一种电池组储能系统，在所述电池组储能系统中，功率内容和内能基于两个固定的电池组模块类型（即蓄能模块和功率存储模块）而可单独地被适配。尤其是，即使名义上的能含量不同，名义上的中间电路电压也可以摆脱各种系统而被保持恒定。这允许以简单的方式提供具有不同的能含量的电池组储能系统，在所述电池组储能系统中可以保持系统中的所有其它的量和部件恒定。

在本发明的有利的构建方案中设置有：蓄能模块和功率存储模块与DC-DC转换器接线，其中该DC-DC转换器根据中间电路电压产生更高的系统输出电压。

在本发明的另一有利的构建方案中设置有：DC-DC转换器在与蓄能模块相连的蓄能部分中具有升压变换器，所述升压变换器包括扼流圈、二极管和晶体管。

按照本发明的优选的构建方案设置有：在蓄能模块和功率存储模块之间的分接头（Abgriff）被引导到扼流圈上。

按照本发明的另一优选的构建方案设置有：DC-DC转换器在与功率存储模块相连的功率部分中具有输出扼流圈和电容器。

本发明的另一有利的构建方案设置：功率存储模块通过开关与输出扼流圈相连，其中该功率存储模块利用该开关可活性地或者惰性地（aktiv oder passiv）被切换。

本发明的另一有利的构建方案设置：可采用多个蓄能模块和/或多个功率存储模块。

本发明的另一有利的构建方案设置：在部分负载范围（Teillastbereich）中，中间电路电压是可降低的。

由此，可以减少例如在所连接的逆变器和/或电机中的损耗。可以借助于在部分负载范围中的中间电路电压的降低来优化电池组储能系统的效率。

本发明的另一有利的构建方案设置：功率存储模块在余热利用时是可再充电的。

此外，为了解决开始时所提到的任务，还建议了一种用于单独地适配用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统的功率含量和能含量的方法。该电池组储能系统包括至少一个蓄能模块和至少一个与蓄能模块串联接线的功率存储模块。该蓄能模块被装备有至少一个第一类型的电池组电池，而该功率存储模块被装备有至少一个第二类型的电池组电池，该第二类型区别于第一类型。在车辆系统要求低功率的情况下，该功率存储模块惰性地被切换，使得功率单独地由蓄能模块提供。在车辆系统要求较高的功率的情况下，该功率存储模块活性地被切换，使得功率由蓄能模块和功率存储模块提供。

附图说明

本发明的其它有利的细节、特征和构建方案详情与在附图中所示出的实施例相关地进一步被阐明。在此：

图1以示意图示出了按照本发明的电池组储能系统的实施例。

具体实施方式

在图1中示出了根据一实施形式的电池组储能系统10的原理电路图。该电池组储能系统10根据一实施形式包括蓄能模块11和功率存储模块13的串联。在此，可以使用至少一个或者多个彼此接线的蓄能模块11和至少一个或者多个彼此接线的功率存储模块13。蓄能模块11具有至少一个电池组电池12，然而也可以由多个彼此接线的电池组电池12构造。功率存储模块13具有至少一个电池组电池14，然而也可以由多个彼此接线的电池组电池14构造。电池组电池14在其类型方面区别于电池组电池12。除了这些电池组电池14以外也可以采用根据现有技术所公知的针对电能的其它存储器。这些蓄能模块11通常有比这些功率存储模块13更高的内阻。

具有电池组电池12的蓄能模块11构成了针对电池组储能系统10的蓄能部分的基础。具有电池组电池14的功率存储模块13构成了针对电池组储能系统10的功率部分的基础。

蓄能模块11和功率存储模块13与DC-DC转换器15接线。DC-DC转换器也被称作直流电压转换器或者斩波器（Gleichstromsteller）。该DC-DC转换器15被构造为根据由蓄能模块11和功率存储模块13提供的中间电路电压U_DC（蓄能模块11的电压U_E或者蓄能模块11的电压U_E和功率存储模块13的电压U_P的总和）产生更高的系统输出电压U_dc。该转化通常借助于周期性地工作的电子开关和多个蓄能器、即蓄能模块11和功率存储模块13进行。

DC-DC转换器15在蓄能部分具有升压变换器17，所述升压变换器17包括扼流圈16、二极管21和晶体管22。晶体管22根据一实施形式是具有绝缘栅电极的双极晶体管。具有绝缘栅电极的双极晶体管是在功率电子学中使用的半导体器件，因为它结合了双极晶体管的优点（良好的正向特性曲线、高截止电压、稳健性）和场效应晶体管的优点（近似无功率的激励）。相对于短路的一定的稳健性也是有利的，因为所述具有绝缘栅电极的双极晶体管限制了负载电流。

DC-DC转换器15在功率部分中具有输出扼流圈19。晶体管22根据一实施形式是具有绝缘栅电极的双极晶体管。代替输出扼流圈19可以采用用于进行电流限制或电压稳定化的可替换的可能方案。

此外，DC-DC转换器15在功率部分中还具有电容器23，所述电容器23可以例如以塑料薄膜电容器的形式被实施。由于电压峰值，优选地采用具有低串联电阻和足够的电压储备（Spannungsreserve）的电容器类型。可替换地，通过多个电解电容器的并联可以减小串联电阻。

在蓄能部分和功率部分之间（和因此在蓄能模块11和功率存储模块13之间的）分接头被引导到是升压变换器17的组成部分的扼流圈16上。扼流圈16优选地是用于减少在电线路上的高频电流的低欧姆的线圈。升压变换器17是如下升压转换器（Aufwaertswandler）：所述升压转换器将其电压增添到输入电压上，使得其大于或者在临界情况下等于输入电压。利用该转换器类型可实现高的总效率。升压变换器17优选地多相地被实施。

在电池组储能系统10的功率部分中，根据一实施形式采用在输出侧具有半桥的功率存储模块13。功率存储模块13通过开关18与输出扼流圈19相连。

如果只要求低功率，那么功率存储模块13惰性地被切换，使得功率单独地由电池组储能系统10的蓄能部分来提供，并且因此由蓄能模块11来提供。在这种情况下，中间电路电压U_DC与蓄能模块11的电压U_E相对应。中间电路电压U_DC是附在DC-DC转换器15上的输入电压。借助于升压变换器17，系统输出电压U_dc可以可变地并且大于或者等于蓄能模块11的电压U_E地被设置。

如果比电池组储能系统10的蓄能部分（并且因此蓄能模块11可以提供或者吸收的）更高的功率是必要的，那么功率存储模块13被接通。与此相对应地，功率存储模块13可以活性地被切换。这可以例如借助于开关18来实现。现在，中间电路电压U_DC与蓄能模块11的电压U_E和功率存储模块13的电压U_P的总和相对应。在这种情况下，升压变换器17通常可以被停用。如果蓄能模块11和功率存储模块13的载流能力（Stromtragfaehigkeit）彼此偏离，那么然而也可以继续使所述升压变换器17运行。

因此，提供电池组储能系统10，在所述电池组储能系统10中，功率内容和内能基于两个固定的电池组模块类型、即蓄能模块11和功率存储模块13可单独地被适配。中间电路电压U_DC可以与电池组电池12和电池组电池14的充电状态无关地被保持恒定。尤其是，即使名义上的能含量不同，名义上的中间电路电压U_DC也可以摆脱各种系统而被保持恒定。这允许以简单的方式提供具有不同的能含量的电池组储能系统，在所述电池组储能系统中可以保持系统中的所有其它的量和部件恒定。

此外能够实现的是，可以在部分负载范围中降低中间电路电压U_DC，这减少例如在所连接的逆变器和/或电机中的损耗。可以借助于在部分负载范围中的中间电路电压U_DC的降低来优化电池组储能系统10的效率。

按照本发明的电池组储能系统10的优点是，可以采用标准充电设备，这例如导致成本减少。此外，功率存储模块13在余热利用时可以被充电，这提高了再生制动的工作能力和电池组储能系统10的效率。

在附图中所示出的并且与所述附图相关地被阐明的实施例有利于阐明本发明并且对于本发明不是限制性的。

Claims (10)

1.用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统（10），其包括至少一个蓄能模块（11）和至少一个与蓄能模块（11）串联接线的功率存储模块（13），其特征在于，蓄能模块（11）包括至少一个第一类型的电池组电池（12），而功率存储模块（13）包括至少一个第二类型的电池组电池（14），该第二类型区别于第一类型，其中能由蓄能模块（11）或者由蓄能模块（11）和功率存储模块（13）提供的中间电路电压（U_DC）与电池组电池（12、14）的充电状态无关地能被保持恒定。

2.根据权利要求1所述的电池组储能系统（10），其特征在于，所述蓄能模块（11）和所述功率存储模块（13）与DC-DC转换器（15）接线，其中所述DC-DC转换器（15）根据中间电路电压（U_DC）产生更高的系统输出电压（U_dc）。

3.根据权利要求2所述的电池组储能系统（10），其特征在于，所述DC-DC转换器（15）在与蓄能模块（11）相连的蓄能部分中具有升压变换器（17），所述升压变换器（17）包括扼流圈（16）、二极管（21）和晶体管（22）。

4.根据权利要求3所述的电池组储能系统（10），其特征在于，在蓄能模块（11）和功率存储模块（13）之间的分接头被引导到扼流圈（16）上。

5.根据权利要求2所述的电池组储能系统（10），其特征在于，所述DC-DC转换器（15）在与功率存储模块（13）相连的功率部分中具有输出扼流圈（19）和电容器（23）。

6.根据权利要求5所述的电池组储能系统（10），其特征在于，所述功率存储模块（13）通过开关（18）与输出扼流圈（19）相连，其中功率存储模块（13）利用所述开关（18）能活性地或者惰性地被切换。

7.根据上述权利要求之一所述的电池组储能系统（10），其特征在于，多个蓄能模块（11）和/或多个功率存储模块（13）能被采用。

8.根据上述权利要求之一所述的电池组储能系统（10），其特征在于，在部分负载范围中，所述中间电路电压（U_DC）能被降低。

9.根据上述权利要求之一所述的电池组储能系统（10），其特征在于，所述功率存储模块（13）在余热利用时能被再充电。

10.用于单独地适配用于在电池组电动车辆系统中使用的电池组储能系统（10）的功率含量和能含量的方法，所述电池组储能系统（10）包括至少一个蓄能模块（11）和至少一个与蓄能模块（11）串联接线的功率存储模块（13），其特征在于，蓄能模块（11）被装备有至少一个第一类型的电池组电池（12），而功率存储模块（13）被装备有至少一个第二类型的电池组电池（14），该第二类型区别于第一类型，其中在车辆系统要求低功率的情况下，功率存储模块（13）惰性地被切换，使得功率单独地由蓄能模块（11）提供，并且其中在车辆系统要求更高的功率的情况下，功率存储模块（13）活性地被切换，使得功率由蓄能模块（11）和功率存储模块（13）提供。