CN106232414B - 用于增加电动行驶里程的多电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车(10)，该机动车具有：高压车载电网(19)和包括多个蓄能器(12、13)的多电池系统(11)，用于给驱动电机供给能量。本发明致力于以低成本的方式增加机动车(10)的电行驶里程。为此每个蓄能器都能通过自身的切换单元与高压车载电网(19)连接，并且控制装置(20)探测每个蓄能器的荷电状态，并且根据蓄能器的荷电状态即使在行驶过程中也选择性地将蓄能器接通至高压车载电网(19)和/或与高压车载电网断开。

Description

用于增加电动行驶里程的多电池系统
技术领域
本发明涉及一种具有电机、高压车载电网和多个蓄能器、例如高压电池的机动车，所述多个蓄能器形成了多电池系统并起到为驱动电机供给能量的作用，其中所述多电池系统通过切换单元与控制电机的逆变器连接。在此，该切换单元使该多电池系统与高压车载电网电分离。本发明还涉及一种用于操纵机动车的方法。
背景技术
高压车载电网和高压蓄能器/蓄电池通常用于电动车辆中，例如混合动力车辆或电池驱动的车辆中。
电动车辆和混合动力车辆中的高压电池具有存储容量(安培小时)和高压电压(这在此被理解为是大于60伏，尤其是大于100伏的电压)，由存储容量和电压的乘积得出能量并从而得出利用该电池所能实现的行驶里程。最高电压受到功率电子件中的半导体器件的限制，容量由单电池容量限制。单电池容量的进一步增加会使其更具潜在危险。另一解决方案是在电池中将单电池并联并由此提高容量。
该现有技术被视作不利的是，单电池的并联会造成并联的单电池之间的补偿电流并由此造成能量损失。因此这种连接并不理想。
文献DE 10 2009 042 001 A1说明了一种具有电驱动器和电池的车辆，该车辆具有用于第二电池的容纳装置，并且即能够通过所述电池、又能够通过另一电池进行电驱动器的能量供给。这两个电池分别可以通过控制装置充电和放电。中心控制单元确定目的地期望信号，其借助于导航系统和驾驶员的目的地输入求得行驶路程。在这些数据和电池控制装置所传递的电池的剩余蓄能容量的基础上，中心控制单元决定选择使用这两个电池中的哪个电池来运行该行驶路程。
文献DE 10 2010 038 886 A1公开了一种用于机动车的分区的电池系统，其中使用至少两个空间分隔的电池模块和用于进行监控的中央的电池控制器。
但上述电池系统的缺点是，在一个行驶周期中只有一个电池可供使用，也就是说，在行驶开始前必须做出选择，哪个电池具有足够到达目的地的所需荷电状态。与之相应，为该行驶分配这两个电池中的一个电池。如果这两个电池中的任一个都不具有用于到达目的地的足够的容量，则中心控制装置作出在充电站或电池更换站停车的规划。如果中央控制器不清楚行驶路程的长度，则自动使用具有更大存储容量的电池。因此驾驶员必须要为了将行驶运行从一个电池切换到另一电池而将车辆停下。
文献DE 10 2010 062 249 A1公开了一种用于应用在具有至少两个电池系统的机动车的电驱动系统中的装置，所述电池系统的载荷输出端集合为一共同的载荷输出端。在此，每一电池系统的载荷输出端都能够利用在共同的载荷输出端处的一个预充开关接通或断开。
发明内容
本发明的任务是，增加机动车的、尤其是电动车辆或混合动力车辆的电动行驶里程。
该任务根据本发明由一种机动车以及一种方法实现。根据本发明的机动车具有：高压车载电网以及包括多个蓄能器的多电池系统，该多电池系统用于给驱动电机供给能量。
根据本发明的机动车具有高压车载电网，其上能够通过切换装置连接多个电池。该高压车载电网含有逆变器，其控制驱动电机。根据本发明规定，每个电池都通过自身的切换单元与高压车载电网连接，并且控制单元被设置用于探测电池的荷电状态，即使在行驶过程中也选择性地将电池接通至高压车载电网或与之断开。其中每个切换单元包括接触器，该接触器将相应的蓄电器在阳极侧和阴极侧上与高压车载电网断开，并且多个蓄能器中的每个蓄能器的仅阳极侧、或者仅阴极侧具有被布置用于在载荷大于最小载荷时接通的接触器，而另一侧则具有只满足比最低载荷小的载荷要求的接触器。
由此得到的优点是，驾驶员能够在一次行驶中使用多个电池。此外无需提前给出行驶路程。
此外，所述将电池与高压车载电网连接的切换装置包括接触器/继电器。接触器将每个电池的阳极侧和阴极侧与高压车载电网分开，其中每个电池的接触器中只有一个被布置用于在载荷状态下、也就是在驱动电流大于最低电流期间进行切换。在此将最低电流理解为至少1安培、尤其至少10安培的电流。由此得到的优点是，驾驶员无需停车来将车辆切换到在电池和高压车载电网之间无电流流过的状态，以便然后使电池与高压车载电网断开，并将其它电池接通到高压车载电网上。该接触器优选以已知的方式被设置用于还在载荷状态下进行切换，而并不在此例如产生电弧或流过有可能造成结构件损坏的突然的高电流。
在载荷大于由上述最低电流规定的最低载荷时切换的接触器在下面被称作是特殊接触器。其它线路的接触器相反则是仅满足较小的载荷要求的接触器，在下面被称作是简单的接触器。换而言之，这意味着只有电池的阳极的线路配有特殊接触器，而阴极线路通过简单接触器与高压车载电网连接。简单的接触器仅用于在车辆静止时使高压车载电网与电池系统完全断开。由于在车辆静止时没有驱动电流流动，所以该接触器只被布置成在电流小于给出的最低电流时切换。由此产生的优点是，能够部分地通过低成本的、简单的接触器替换昂贵的特殊接触器。
证实特别有利的是，所述多个可供使用的电池中只有一个电池直接与高压车载电网持续连接。换而言之，这意味着决不会有两个或多个电池并联来为驱动系供给电能。由此得到的优点是，避免了在并联电池之间由于不同的荷电状态或电势水平造成的高的补偿电流。由此减少了能量损失。
特别优选的是，控制装置等同于原则上控制驱动电机的逆变器。由此得到的优点是，不必在机动车中装入额外的电子件。此外能够简单确定当前的载荷要求。
特别优选的是，控制装置被布置用于在行驶过程中探测运行状态，在该运行状态中存在载荷要求小于规定阈值的情况。换而言之，这意味着即使在行驶过程中也存在如下运行状态，在其中没有或只有非常小的驱动电流流动。不存在载荷要求的状态也被称为“滑行”。
在此也在滑行过程中进行切换过程，也就是电池从高压车载电网断开，其它电池与高压车载电网接通。由此得到的优点是，不使用特殊接触器，而只使用简单接触器，由此节约成本。
还可以规定，电池位于共同的壳体中或者分散在车辆中。换而言之，本发明在车辆中的布置具有高度灵活性。
还可以规定，电池具有不同的功率数据。例如，所述多个电池中的一个电池能够被设计得充电快速，但为此具有较小的存储容量，而其它电池具有高容量，但为此则充电速度较小。由此得到的优点是，能够根据载荷要求可以选择多个电池中的一个电池。换句话说，可以根据电池类型和驾驶模式选择电池，其中例如在驾驶模式中区分具有恢复阶段的城市行驶和具有均匀放电和大量耗能的长距行驶。例如快速充电的电池可以非常有效地用于短途路程或者具有恢复运行的城市交通中，而具有高存储容量的电池则优选用于均匀行驶情况下的较长路程。
根据本发明的方法规定，控制装置识别蓄能器的荷电状态并且根据该荷电状态选择性地将多个蓄能器中的一个与高压车载电网连接或者再使其断开，其中该相应的蓄能器在阳极侧和阴极侧通过接触器与高压车载电网断开，并且多个蓄能器中的每个蓄能器仅仅或者阳极侧、或者阴极侧具有被布置用于在载荷大于最小载荷时接通的接触器，而另一侧则具有只满足比最低载荷小的载荷要求的接触器。但控制单元此外也能够确定当前的载荷要求，例如识别上面所述的“滑行”，以便在无载荷要求的状态中完成切换过程。在此情况下可以不提供特殊接触器，而提供简单的接触器。
根据该方法的一种实施方式可以规定，通过输出装置、例如信号灯或声音信号要求驾驶员停车进行切换过程。一旦控制装置确定当前连接到高压车载电网上的电池的荷电状态小于限值，则要求驾驶员停车，以便完成切换过程，即例如完成将行驶中放空电的电池从车载电网断开并且将另一充满电的电池连接到高压车载电网上。由此得到的优点是，无需特殊接触器并进而节约了成本。
借助于根据本发明的机动车所介绍的优选实施方式及其优点相应也适用于根据本发明的方法。
附图说明
下面借助优选实施例以及参照附图对本发明加以详细说明。
唯一的附图(图1)示出了根据本发明的、具有高压车载电网和多电池系统的机动车的实施形式的概略示意图。
具体实施方式
下面所述的实施例涉及本发明的优选实施形式。但在该实施例中，该实施形式的所述各部分分别示出了本发明的各单独的、要被彼此独立看待的特征，这些特征也分别彼此独立地对本发明作出改进并因此单独地或在不同于所示组合的其它组合中也要被视作是本发明的组成部分。此外，所述实施形式还能够由本发明的所述特征中的其它特征加以补充。
在唯一的附图(图1)中示出了机动车10，其具有包括控制装置20和驱动电机20的高压车载电网19和包括两个电池12和13的多电池系统11，其中该多电池系统11与控制装置20通过切换单元16连接。切换单元16具有多个接触器14和15，其中电池的正极通过相应的接触器14与线路17连接，负极通过相应的接触器15与的线路18连接。线路17和18此外与控制装置20导电连接。控制装置20例如可以是控制驱动电机21的逆变器。该控制装置20此时探测电池12和13的荷电状态，并且在电池12的荷电状态比电池13大时，通过闭合电池12的接触器14和15而使电池12连接到高压车载电网19上。电池13的接触器14和15保持断开。如果电池13的荷电状态更大，则相应地使电池13的接触器闭合，而电池12的接触器保持断开。如果控制装置20此时在行驶过程中探测到当前接通的电池、例如电池12的荷电状态下降到规定的临界值之下时，则断开电池12与高压车载电网的连接并将电池13与该高压车载电网连接。该切换过程能够在行驶过程中在有载荷的情况下、即在驱动电流大于最低电流时进行。那么所述接触器14和15也就被实施为上面所述的特殊接触器。但也可以在上面所述的“滑行”期间或者在车辆10停止时进行切换操作。那么所述保护价14和15也就被实施为简单接触器。
还可以规定，每个电池的接触器15在车辆运行中都保持持续闭合，由此线路17与高压车载电网19长期连接，而只闭合一个接触器14，由此将相应的电池与高压车载电网19连接。在此情况下，接触器14是特殊接触器，接触器15是简单接触器。
在此实施例中，多电池系统11包括两个电池12和13。但也可以设置有多于两个的电池。
电动车辆和混合动力车辆的电池在断开状态下通常通过正极侧和负极侧的接触器与高压车载电网断开。因此可以将多个电池连接在这种高压车载电网上并通过接触器选择性地接通或断开。为此不必将电池或单电池并联和不必设置极高的电压水平来增加行驶里程。
在车辆中安装多个牵引电池。这些牵引电池利用高压连接端通过连接的接触器全都位于相同的高压车载电网上，高压车载电网通过电力电子件为驱动机供电。所使用的电池应具有相同的单电池数目。但也可以略有差别，因为这些单电池并不并联使用和必须仅位于电力电子件的工作区域内。同样也无需使电池具有相同的额定容量。但理想的是相同的功率数据。可以通过电力电子件进行接触器的中央控制。如果电池1的容量耗尽，则将该电池与电网断开，而电池2被接通。
在此的挑战是切换本身。接触器当前在无电流状态下被切换，也就是说，在车辆起动(激活高压系统)或在车辆停车时被切换。所述转换意味着在载荷条件下的切换。对此存在多种解决方案。一个是可以使用对此合适的特殊接触器。这使得成本增加。而相当简单的解决方案则是，要求驾驶员暂时停车。智能的解决方案是在驾驶过程中在无载荷要求(“滑行”)的运行状态下实施切换。还有利的是，通过电力电子件进行控制。
原则上，如果阳极或阴极与高压系统长期连接并且在切换时使用相应的另外的连接端，则所述解决方案也能够利用仅一个接触器实现。这也适用于所提到的特殊接触器。该特殊接触器可以仅在一极上是必须的。在另一极则可以使用简单的接触器，其只起到在车辆静止时完全停用的作用。
在此所示的电池可以原则上还位于共同的电池壳中，但也可以分散在车辆中。
整体而言通过所述示例还示出了多电池系统如何提高电动行驶里程。

Claims (7)

1.一种机动车(10)，该机动车具有：
-高压车载电网(19)，
-包括多个蓄能器(12、13)的多电池系统(11)，用于给驱动电机(21)供给能量，
其特征在于，
每个蓄能器都通过自身的切换单元与高压车载电网(19)连接，并且控制装置(20)被设置用于探测每个蓄能器的荷电状态，即使在行驶过程中也根据蓄能器的荷电状态而选择性地将蓄能器接通至高压车载电网(19)或与高压车载电网断开，其中每个切换单元(16)包括接触器(14、15)，该接触器将相应的蓄电器在阳极侧(17)和阴极侧(18)上与高压车载电网(19)断开，并且多个蓄能器中的每个蓄能器的仅阳极侧(17)、或者仅阴极侧(18)具有被布置用于在载荷大于最小载荷时接通的接触器，而另一侧则具有只满足比最低载荷小的载荷要求的接触器。
2.根据权利要求1所述的机动车(10)，其特征在于，最多只有一个蓄能器直接与高压车载电网(19)连接。
3.根据权利要求1或2所述的机动车(10)，其特征在于，所述控制装置(20)等同于驱动电机(21)的逆变器。
4.根据权利要求1或2所述的机动车(10)，其特征在于，所述控制装置(20)被布置用于在行驶过程中探测如下运行状态，在其中存在小于规定阈值的载荷要求。
5.根据权利要求1或2所述的机动车(10)，其特征在于，所述蓄能器位于共同的壳体中或者分散布置在车辆中。
6.根据权利要求1或2所述的机动车(10)，其特征在于，所述蓄能器具有不同的功率数据。
7.一种用于运行根据上述权利要求之一所述的机动车(10)的方法，其特征在于，
控制装置识别蓄能器(12、13)的荷电状态并且根据该荷电状态——即使在载荷条件下、在有驱动电流流动时——选择性地将多个蓄能器(12、13)中的一个蓄能器与高压车载电网(19)连接并使蓄能器(12、13)中的另一个蓄能器与高压车载电网(19)断开，其中每个蓄能器相应在阳极侧(17)和阴极侧(18)通过接触器(14、15)与高压车载电网(19)断开，并且其中，多个蓄能器中的每个蓄能器的仅阳极侧(17)、或者阴极侧(18)具有被布置用于在载荷大于最小载荷时接通的接触器，而另一侧则具有只满足比最低载荷小的载荷要求的接触器。
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