CN111712965B - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种用于车辆的电池系统(3)，其包括第一电池组(1)和第二电池组(2)。第一电池组(1)比第二电池组(2)具有更大的总标称能量容量。第一电池组(1)包括一系列第一类电池单元(21)，第二电池组(2)包括一系列第二类电池单元(22)。第二类电池单元(22)比第一种电池单元(21)耐受更大的30秒最大脉冲放电电流。第一类电池单元(21)比第二类电池单元(22)具有更高的单位体积标称能量容量，并且第二电池组(2)的电池单元比第一电池组(1)的电池单元具有更好的隔热性。本公开内容还涉及一种包括这种电池系统的车辆驱动系统，一种包括这种电池系统的车辆，以及一种用于控制包括这种电池系统(3)的车辆驱动系统(30)的操作的方法。

Description

电池系统
技术领域
本公开内容涉及一种用于车辆的电池系统，电池系统包括第一电池组和第二电池组。本公开内容还涉及一种包括这种电池系统的车辆驱动系统，以及一种包括这种电池系统的车辆。此外，本公开内容涉及一种用于控制包括这种电池系统的车辆驱动系统的操作的方法。
尽管本公开内容将主要针对轿车进行描述，但本公开内容并不限于该特定车辆，而是可以可替代地安装于其他类型的交通工具中，诸如公共汽车、卡车、工作机器、越野车、铁路车辆、飞行交通工具、海上船舶、摩托车、压路机、自行车，或者类似的交通工具。
背景技术
在诸如混合动力电动车辆和电池驱动电动车辆的电力推进的车辆领域中，为了向消费者提供具有吸引力和竞争力的产品，性能、成本、重量、封装体积和寿命都是电池系统的重要参数。然而，这些参数不容易组合起来，因为它们有时会产生相互冲突的效果。
例如，就能量容量而言，相对高性能的电池系统通常需要大量电池单元，从而使得电池系统相对较大、较重且成本较高。同样，相对较高的峰值加速度和峰值再生(peak-regeneration)通常会导致电池的耐久性降低和寿命缩短。
尽管在该领域开展了许多活动，但仍存在对性能更好、成本更低、重量更轻、体积更小、寿命更长的电池系统的需求。
发明内容
本公开内容的总体目的在于提供一种用于车辆的电池系统，该电池系统能够提供改进的性能、更低的成本、更轻的重量、更小的体积和更长的使用寿命。
这一目的和其他目的至少部分地由所附的独立权利要求中限定的电池系统实现，这将在下文中变得明显。在相关的从属权利要求中描述了一些示例性实施例和其他可选特征的细节。
根据本公开内容的第一方面，提供了一种用于车辆的电池系统，所述电池系统包括第一电池组和第二电池组。第一电池组比第二电池组具有更大的总标称能量容量(瓦时[Wh])。第一电池组包括一系列第一类电池单元，而第二电池组包括一系列第二类电池单元。第二类电池单元相比第一类电池单元耐受更大的30秒脉冲放电电流。第一类电池单元比第二类电池单元具有更高的单位体积标称能量容量[Wh/litre(瓦时每升)]。最后，第二电池组的电池单元比第一电池组的电池单元具有更好的隔热性。
用于在一系列不同的相关的电池系统参数的方面实现电池系统更好的整体性能的一种方法是将电池系统分成不同的部分或不同的电池组，这些部分或电池组被设计成满足特定的个别要求，同时较少考虑其他要求。由此，至少可以部分地克服在设计包括同一类的电池单元的单个电池部分的整个电池系统时必须进行的对设计的权衡。
特别是，通过使得第二电池组的电池单元比第一电池组的电池单元具有更好的隔热性，即使在非常低的环境温度下，在车辆冷启动期间也可以保证电池系统有足够的性能，而不必浪费大量能量在冷启动前加热电池单元。并且，通过使得第一电池组的电池单元的隔热性不及第二电池组的电池单元，与使用单个隔热的电池单元相比，电池系统的总体积可以保持得较小。
此外，通过向第二电池组提供比第一电池组更小的总标称能量容量[Wh]，第二电池组的电池单元的体积被保持得相对较小。由此，整个电池系统中只有相对较小的一部分可设有相对厚的隔热层，从而将电池系统的总体积保持得相对较小。
为了进一步减小隔热性较好的第二电池组的电池单元的体积，第二电池组的电池单元被设计成能够比第一电池组的电池单元耐受更大的30秒最大脉冲放电电流。由于功率等于电压[伏特]乘以电流[安培]，因而电池单元能耐受的30秒最大脉冲放电电流是表示电池单元可以供应多少功率[瓦特]的参数。因此，高脉冲放电电流使得能够提供具有电池系统的恒定标称电压的高功率脉冲输出，尽管实际电压在高功率脉冲输出期间通常会下降。
由第二电池组的电池单元可提供的30秒最大脉冲放电电流相对较大，这意味着一旦冷启动，可立即从电池系统获得相对高的功率输出，从而在将隔热性较好的第二电池组的电池单元的体积保持得相对小的同时，能够确保相对高的性能。
另一方面，隔热性较低的第一电池组的电池单元具有较高的能量密度，即每单位体积的标称能量容量[Wh/litre]，因此，整个电池系统在冷启动后达到可接受温度水平后，仍然能够提供相对长的车辆操作范围。
在一种示例性实施方式中，第二电池组中的所有电池单元的总体积小于第一电池组中的所有电池单元总体积的40％，具体地小于其25％，更具体地小于其10％。由此，应当更好地隔热的第二电池组的体积保持得相对较小，从而使得电池系统的总封装空间被保持得小且灵活。
在另一种示例性实施方式中，第一电池组的总标称能量容量(kWh)比第二电池组至少大5倍，具体地至少大10倍，更具体地至少大20倍。考虑到第二电池组中的电池单元通常比第一电池组中的电池单元更多地被用于处理功率峰值和再生峰值，第二类电池单元的寿命通常比第一类电池单元的寿命短。因此，通过具有显著小于第一电池组的第二电池组，第二电池组的更新成本可以保持得相对低。
在另一种示例性实施方式中，第一电池组位于第一外壳中，第二电池组位于第二外壳中，其中第二外壳的热传递系数(瓦特/平方米乘以导热系数-[W/(m2K)])比第一外壳的热传递系数[W/(m2K)]至少低50％，具体地至少低75％，更具体地至少低90％。通过具有与第一外壳相比较低的热传递系数(即相对良好的隔热性)的第二外壳，将第二电池组的电池单元的温度保持在最低可接受温度水平以上所需的能量相对较低。并且，通过具有与第一外壳相比较高的热传递系数(即相对较差的隔热性)的第一外壳，可以使得电池系统的总体积保持得相对较小，由此简化了车辆中电池系统的封装。
根据另一种示例性实施方式，第二电池组包括用于加热第二电池组的电池单元的电加热装置。这可能是将第二电池组的电池单元温度即使在较低的环境温度下保持在最低可接受温度水平以上的一个有效方法。所述电加热装置可以例如是通过电阻加热过程将电转化为热量的导电线。可替代地或者结合所述电加热装置，可以通过控制在第一电池组和第二电池组之间来回流动的电流来实现对第二电池组的电池单元的加热，并由此产生热量。
在一种示例性实施方式中，第二电池组的总标称能量容量在0.5-20kWh(千瓦时)范围内，具体地在0.7-5kWh的范围内，更具体地在1-2kWh的范围内。第二电池组的总标称能量容量可根据具体应用进行选择。例如，在相对高性能的电池电动车辆中，该电池电动车辆具有总标称能量容量在60-150kWh的范围内的第一电池组并且对动力响应的要求相对高，则第二电池组的总标称能量容量可接近20kWh。另一方面，在对动力响应的要求相对低的中等性能电动车辆中，第二电池组的总标称能量容量可更接近2kWh。
在一种示例性实施方式中，第二电池组的标称输出电压在60-500伏的范围内，具体地在100-400伏的范围内。
在一种示例性实施方式中，第一电池组的标称输出电压在200-500伏的范围内，具体地在300-400伏的范围内。
使得第一电池组和第二电池组的标称电压尽可能彼此接近可能是有利的，因为由此第一电池组和第二电池组之间的功率共享得到简化。然而，由于在不均匀地加载第一电池组和第二电池组时电池单元的电压降不同，以及由于第一电池组和第二电池组的不同SoC(荷电状态)水平导致的不同电压，仍将第一电池组和第二电池组彼此连接的DC/DC转换器仍然是需要的。
此外，使得第一电池组和第二电池组的标称电压尽可能高是有利的，因为由此可以在保持电流水平的情况下提供高输出功率。
根据另一种示例性实施方式，由于第二电池组的电池单元的隔热性优于第一电池组的电池单元，在已执行以下操作后第二电池组的电池单元的工作温度比第一电池组的电池单元的工作温度至少高10℃，具体地至少高20℃，更具体地至少高30℃，所述操作为：加热第一电池组和第二电池组的电池单元直到第一电池组和第二电池组的电池单元的工作温度达到30℃，将电池系统置于-15℃的环境温度，以及等待12小时。由此，在避免整个电池系统占据大空间的隔热(spacious insulation)的同时，实现了电池系统的改进的冷启动性能。
根据本公开内容的另一个方面，提供了一种车辆驱动系统，所述车辆驱动系统包括根据上述说明的电池系统，并且所述车辆驱动系统还包括推进电动机、连接第二电池组和所述电动机的双向DC/DC转换器以及用于控制DC/DC转换器的操作的电子控制器装置，其中电子控制器装置被配置为能够在车辆驱动系统冷启动后，主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生。
冷电池单元，诸如例如锂离子电池单元，通常在低温状态下相比在温热的温度状态下的性能严重降低。因此，车辆加速和车辆再生都降低了性能。然而，通过使得第二电池组充分隔热，可将第二电池组的电池单元的温度保持得相对高，并且通过使得电子控制器装置被配置为能够在车辆驱动系统冷启动后主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生，能够避免与电动汽车冷启动有关的不佳性能。
这里的术语“主要”是指例如在第二电池组的输出功率相对于第一电池组的输出功率之间的功率分流比在60/40到100/0的范围内，具体地在75/25到100/0的范围内。
根据又一种示例性实施方式，由于第二电池组的电池单元的隔热性优于第一电池组的电池单元，在已执行以下操作后第二电池组的电池单元的工作温度比第一电池组的电池单元的工作温度至少高10℃，具体地至少高20℃，更具体地至少高30℃，所述操作为：加热第一电池组和第二电池组的电池单元直到第一电池组和第二电池组的电池单元的工作温度达到30℃，将电池系统置于-15℃的环境温度，以及等待12小时。具有功率更为优化的电池单元的较小的第二电池组具有更好的隔热性，因此使得一旦车辆冷启动后，得以实现或多或少的完全的电池性能，尤其是在电动车辆加速和再生性的制动方面。由此，与现有技术的解决方案相比，提供了显著改善的冷启动性能，同时避免了整个电池系统占据大空间的隔热。
根据又一种示例性实施方式，电子控制器装置还可被配置为能够在车辆驱动系统推进操作模式下，并且第一电池组的工作温度高于预定的最低温度水平时，主要使用第一电池组用于车辆推进，并且将第一电池组的供电功率限制在第一功率阈值水平，并自第二电池组供应所需的额外电功率。如果在高的加速过程和再生过程中暴露在过电流下，第一类电池单元可能会受到损坏，从而缩短第一类电池单元的寿命。然而，由于第二类电池单元比第一类电池能耐受更大的30秒最大脉冲放电电流，第二类电池单元可用于限制这些电流边缘，否则这些电流边缘可能对第一类电池单元造成危害。第一电池组和第二电池组之间的电流分流(即功率分流)可由DC/DC转换器控制。功率分流的具体功率限制可以是固定的，也可以是可变的。在确定合适的功率限制时要考虑的参数是第一电池组和第二电池组的电池单元特性(功率优化的电池单元或能量优化的电池单元)、第一电池组和第二电池组的标称能量容量、第一电池组和第二电池组的SOC水平、第一电池组和第二电池组的温度和/或第一电池组和第二电池组的最大峰值功率，等等。因此将有由电池组硬件设置的静态限值和由电子控制器控制的动态限值。例如，可以通过DC/DC转换器中的脉冲宽度调制(PWM)来实现对瞬时和连续可调功率分流的控制。
此外，根据又一种示例性实施方式，电子控制器装置还可被配置为能够在车辆驱动系统再生操作模式下，并且第一电池组的工作温度高于预定的最低温度水平时，主要使用第一电池组用于车辆能量再生，并将第一电池组的再生充电功率限制在第二功率阈值水平，并向第二电池组供应额外的再生充电功率。如前文讨论的，如果在高的加速过程和再生过程中暴露在大电流下，第一类电池单元可能会受到损坏，并且，为了避免向第一电池组供电或自第一电池组供电时的过度的、具有危害的大电流，可实施由DC/DC转换器控制的第一电池组和第二电池组之间的功率分流。
电子控制器的配置的更多示例性实施方式是可能的，这取决于每个具体实施方式的情况。事实上，本公开内容的基本概念在于为电池系统提供在电池单元特性和隔热水平方面具有不同配置的至少两个电池组，通过连续地控制该至少两个电池组中的每一个电池组所消耗或供应的电流的量，得以实现多种操作模式，从而实现一种车辆的电池系统，其提供了改善的性能、更低的成本、更轻的重量、更小的体积和改善的寿命。
因此，根据每个具体实施方式的情况，第一电池组和第二电池组的瞬时状态，在加速过程或再生过程中第一电池组或第二电池组之间的具体的功率分流是连续变化的，且适于提供至少和大电池组相当的高性能和长寿命。
在一种示例性实施方式中，所述驱动系统还包括加热系统，所述加热系统被配置为能够将在电动机和/或DC/DC转换器中产生的热量传递至第一电池组，用以加热第一电池组的电池单元。例如，加热系统可包括将电动机和/或DC/DC转换器与第一电池组连接的流体管，其中热传递流体被布置成在流体管道内循环以将在电动机和/或DC/DC转换器中产生的热传递至第一电池组，用于加热第一电池组的电池单元。由此，电动机和/或DC/DC转换器的热损失可被用于更快地将第一电池组的电池单元的温度升高到可接受水平，从而改善第一电池组的性能和寿命，特别是在冷启动期间。
在一种示例性实施方式中，DC/DC转换器被设计为升降压转换器，并且电子控制器装置被配置为能够通过控制升降压转换器的PWM占空比来控制第一电池组和第二电池组之间的功率共享。这样做的优点是省去了更昂贵的电隔离的DC/DC转换器的需要，这种转换器配置通常使用变压器将转换器的输出与转换器的输入电气隔离。非隔离的开关调节器，诸如PWM占空比控制的升降压变换器，代表了一种更具成本效益的解决方案，其还使得得以减小DC/DC变换器的尺寸和重量。
在一种示例性实施方式中，电子控制器装置被配置为能够当从推进电动机向第二电池组供应再生的电力充电功率时，操作升降压转换器的降压阶段。
在一种示例性实施方式中，电子控制器装置被配置为能够当从第二电池组向推进电动机和/或第一电池组供电时，操作升降压转换器的升压阶段。
根据本公开内容的另一个方面，本公开内容涉及一种包含上述电池系统的车辆，其中第一电池组和第二电池组中的每一个具有用于将电池组固定在车辆内的独立的电池组紧固系统，其中第二电池组的紧固系统能够独立于第一电池组的紧固系统操作，从而使得第二电池组能够在不必拆卸第一电池组的情况下被拆卸和/或更换。较小的第二电池组有更适于以高电流供电和充电的电池单元。这可有利地用于避免第一电池组的有危害的较大的供电流和充电电流。因此，较大的第一电池组的寿命可能比较小的第二电池组的寿命更长。由于仅更换较小的第二电池组的成本通常显著低于更换完整的单个电池组，这样具有经济效益。然而，为了快速且经济地仅更换较小的第二电池组，如果第二电池组的紧固系统能够独立于第一电池组的紧固系统操作，从而使得第二电池组可以在不必拆卸第一电池组的情况下被拆卸和/或更换，这可能是有利的。
根据本公开内容的另一个方面，本公开内容涉及一种车辆驱动系统，所述车辆驱动系统包括具有第一电池组和第二电池组的电池系统，其中第二电池组的电池单元比第一电池组的电池单元具有更好的隔热性。所述车辆驱动系统还包括推进电动机、连接第二电池组和所述电动机的双向DC/DC转换器以及用于控制DC/DC转换器操作的电子控制器装置，其中电子控制器装置被配置为能够在车辆驱动系统冷启动后，主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生。通过使得第二电池组的电池单元比第一个电池组的电池单元具有更好的隔热性，即使在非常低的环境温度下，在车辆冷启动期间，也可以确保电池组系统有足够的性能，而不必浪费大量能量在冷启动前加热电池单元，并且通过使得第一电池组的电池单元的隔热性低于第二电池组的电池单元，电池系统的总体积可以保持得较小。
根据本公开内容的另一个方面，本公开内容涉及一种控制车辆驱动系统的操作的方法，所述车辆驱动系统包括具有第一电池组和第二电池组的电池系统，其中第二电池组的电池单元比第一电池组的电池单元具有更好的隔热性，所述车辆驱动系统还包括推进电动机、连接第二电池组和所述电动机的双向DC/DC转换器以及用于控制所述驱动系统操作的电子控制器装置，所述方法包括：在检测到车辆驱动系统冷启动后，主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生。如上文所讨论的，这种布置的优点是在车辆冷启动期间提供足够的电池系统性能，同时保持电池系统的总体积较小。
在一种示例性实施方式中，所述方法还包括：当在推进操作模式下操作车辆驱动系统时，并且第一电池组的工作温度高于预定的最低温度水平时，主要使用第一电池组用于车辆推进，并将来自第一电池组的供电功率限制在第一功率阈值水平，并自第二电池组供应所需的额外电功率。
在一种示例性实施方式中，所述方法还包括：当在再生操作模式下操作车辆驱动系统时，并且第一电池组的工作温度高于预定的最低温度水平时，主要使用第一电池组用于车辆能量再生，并将第一电池组的再生充电功率限定在第二功率阈值水平，并向第二电池组供应额外的再生充电功率。如上文所讨论的，如果在高的加速过程和再生过程中暴露在高电流下，则第一类电池单元可能受到损坏，而由DC/DC转换器控制的第一电池组和第二电池组之间的功率分流可被实施，并通过限制向第一电池组供应和自第一电池组供应的电流，以避免向第一电池组供应或自第一电池组供应的任何高电流。
当研究所附权利要求和以下说明时，本公开内容的进一步特征和优点将变得明显。由于明确公开本公开内容的所有可能的特征和/或实施例的组合既不可行也不现实，因而本领域技术人员应意识到，可以组合本公开内容的各种实施例的不同特征以创造出除本公开内容中明确描述的实施例以外的其他实施例，而不脱离本公开内容的范围。
附图说明
从以下说明性和非限制性的详细描述和附图中，可以容易理解本公开内容的各种示例性实施例，其中：
图1示意性地示出了包括根据本公开内容的电池系统的示例性实施例的车辆，
图2示意性地示出了根据本公开内容的电池系统的示例性实施例的更详细视图，
图3示意性地示出了根据本公开内容的车辆驱动系统的示例性实施例的设计图，
图4示意性地示出了图3的示例性设计图，其中具有示例性的DC/DC转换器的更多细节，
图5示意性地以温度的函数示出了电池单元的典型性能，
图6-8示意性地示出了不同电池组间的功率共享的各种示例性实施例，
图9示意性地示出了根据本公开内容的示例性实施例的具有加热系统的车辆驱动系统的示例性设计图，
图10示意性地示出了根据本公开内容的示例性实施例的车辆驱动系统的另一设计图，
图11示意性地示出了第一电池组和第二电池组的第一实施例的冷却顺序，以及
图12示意性地示出了第一电池组和第二电池组的另一实施例的冷却顺序。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本公开内容，附图示出了本公开内容的示例性实施例。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。相似的附图标记在本文的描述中指代相似的元件。附图并不必然按比例绘制，而是可以放大某些特征，以更好地说明和解释本公开内容的示例性实施例，。
现在参考图1，其中以具有驾驶室4和驱动轮5的轿车的形式描绘了车辆10。车辆10例如是电池电动车辆，其具有电连接至电池系统3并用于驱动驱动轮5的一个或多个推进电动机6。或者，车辆可以是插入式或非插入式混合动力电动汽车，其具有串联或并联连接的内燃机和电动机。
车辆10具有包括第一电池组1和第二电池组2的电池系统3。第一电池组1包括位于第一外壳7内的一系列第一类电池单元，第二电池组2包括位于第二外壳8内的一系列第二类电池单元。
第二外壳8比第一外壳7具有更好的隔热性。这可以通过例如在第二外壳8的壁上设置隔热材料9并且放置一系列第二类电池单元使其被隔热材料9或多或少地包围而实现。隔热材料9可以是任何典型的隔热材料，诸如玻璃纤维、矿棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯、纤维素，等等。隔热材料9可以例如被固定或集成在第二外壳8的内壁、底部和顶部上。
第一外壳7通常由金属板或塑料材料制成，而不在第一外壳的壁上添加任何额外的隔热材料。然而，在某些实施例中，也可以在第一外壳7上设置一定量的隔热材料，但不超过隔热性比第一外壳7更好的第二外壳8。
通过壁的传热率可由q＝U*A*(ti-to)计算得出，其中U＝热传递系数或U值(W/m2K)，其中A＝垂直于热流的表面积(m2)，ti＝内部温度(K)，to＝外部温度(K)。由于较好的隔热壁相比较差的隔热壁具有更低的热传递系数，因此第二外壳的壁比第一外壳的壁具有更低的U值。
热传递系数(U值)等于：1/(壁厚[m]×壁材的热传递系数[W/m×k])。因此，壁厚和外壳壁材的导热系数都是确定热传递系数的相关参数。
使得第二电池组的电池单元相比第一电池组的电池单元具有更好的隔热性，对应于第二外壳壁的热传递系数低于第一外壳壁的热传递系数的情况。
特别地，第二外壳壁的隔热性能比第一外壳壁的热传递系数至少低50％，具体地至少低75％，更具体地至少低90％。这可以通过具有相对较厚的第二外壳壁和/或通过使得第二外壳壁由相对低的导热系数的材料制成而实现。
图1示意性地示出了电池系统10的第一布置，其中第一电池组1和第二电池组2中的每一个可以是分离且独立的电池组，第一电池组和第二电池组彼此间隔地位于电池系统3中。例如，第一电池组可集成在车辆的地板中或位于车辆的后备箱中，并且第二电池组2可位于驾驶室4内，因为驾驶室4通常是加热的，这可辅助第二电池组的保温。
图2示意性地示出了电池系统10的另一种布置，其中第二电池组2可集成到第一电池1中。由于在停止使用电池系统3后，例如在车辆停车时，第一电池组1的缓慢冷却的电池单元21随后可以帮助保持第二电池组2的电池单元22的温度高于可接受的温度限值，因而可能是有利的。在此将电池单元21、22示意性地示出为密集封装的圆柱形的电池单元。
第一电池组1和第二电池组2中的每一个都可以具有独立的电池组紧固系统(未示出)，用于将电池组1、2固定于车辆10内，其中第二电池组2的紧固系统可以是能够与第一电池组1的紧固系统分开操作的，从而使得得以在不必拆卸第一电池组1的情况下拆卸和/或更换第二电池组2。当第一电池组1和第二电池组2的预期寿命不同时，这是尤为有利的，例如可以预期相对于第一电池组1独立地单独更换第二电池组。
第一电池组1比第二电池组2具有更大的总标称能量容量(瓦时[Wh])。因此，较小的第二电池组2具有更好的隔热性，从而避免较大的第一电池组1的昂贵且不期望的大体积的隔热。
第二类电池单元22比第一类电池单元21耐受更大的30秒最大脉冲放电电流。换言之，第二类电池单元22比第一类电池单元21的功率优化程度更高，这意味着第二类电池单元更适合在例如车辆加速期间提供大电流，并在例如车辆再生期间以大电流充电。本文中的车辆再生是指电动机6作为发电机工作，以将车辆速度转换为储存在电池系统10中的电能。
30秒最大脉冲放电电流对应于电池多达30秒的脉冲放电的最大电流。此限值通常由电池制造商定义，用以防止过快的放电速率损坏电池或降低电池容量。
第一类电池单元21比第二类电池单元22具有更高的单位体积标称能量容量[Wh/litre]。换言之，第一类电池单元21比第二类电池单元22的能量优化程度更高，由此获得车辆更大的操作范围。
因此，通过将电池系统3分为电池组，即分为各部分，第一个大电池组1包括能量更为优化的电池单元21，第二个较小的电池组2包括功率更为优化的电池单元22，这样在几乎保持车辆的操作范围不变的情况下可以实现更有动力的车辆行为。
通过具有比第一类电池单元21更功率优化的第二类电池单元22，结合具有比第一电池组隔热性更好的第二电池组，即使实际上只有第二电池组2具有足够的工作温度，车辆将运转并表现地如同整个电池系统10具有足够的工作温度，并且一旦车辆冷启动直接提供最大的加速和再生性能。
如图1和图2所示，第二电池组2中的所有电池单元22的总体积显著小于第一电池组1中的所有电池单元21的总体积，具体地二者约为1:10比例。因此，应具有更好隔热性的体积被保持地较小，以避免电池系统3的体积过大。第一电池组1和第二电池组2的具体的相对尺寸当然可根据具体情况而变化。例如，第二电池组2中的所有电池单元22的总体积可小于第一电池组1中的所有电池单元21的总体积的40％。或者，第二电池组2中的所有电池单元22的总体积可以小于第一电池组1中的所有电池单元21的总体积的25％，甚至小于其10％。
相应地，由于第二类电池单元22的体积相对小且第一类电池单元21的体积相对大，第一电池组1通常比第二电池组2具有显著更大的总标称能量容量(kWh)。这不仅是因为很大的电池体积，而且还因为第一类电池单元具有更高的能量密度，即每单位体积的能量[Wh/litre]大于第二类电池单元22。例如，第一电池组1可能具有比第二电池组2至少大5倍的总标称能量容量(kWh)。或者，第一电池组1可能具有比第二电池组2至少大10倍，甚至至少大20倍的总标称能量容量(kWh)。
在实际数量中，第一电池组1和第二电池组2的总标称能量容量(kWh)将根据具体情况而变化。例如，在插电式混合动力汽车中，第一电池组和第二电池组的总标称能量容量通常约为5-20kWh，而在纯电动(全电动)车辆中，则通常约为20-100kWh。
根据一个示例性实施例，第二电池组2的总标称能量容量(kWh)在0.5-20kWh的范围内。然而，根据另一个示例性实施例，第二电池组2的总标称能量容量(kWh)在0.7-5kWh的范围内，或可能在1-2kWh的范围内。
考虑到期望电池系统的总体积较小，并且鉴于第二外壳8的隔热壁相对厚，因而希望将第二电池组2的尺寸保持得相对小。因此，例如，第二电池组2的总标称能量容量(kWh)可以在第一电池组2的总标称能量容量(kWh)的约2-30％的范围内，并且有时在第一电池组2的总标称能量容量(kWh)的约2-10％的范围内。
第一电池组1和第二电池组2的标称输出电压可以选择为基本相同，在正负约10％的范围内，因为这可以简化第一电池组1和第二电池组2之间的功率分流。然而，在某些实现方式中，第二电池组2的标称输出电压可能低于第一电池组1。
此外，第一电池组1和第二电池组2的标称输出电压可选择在约200-500伏的范围内，并且有时在300-400伏的范围内。
即使第二电池组2具有相对好的隔热性，第二电池组2的电池单元22的温度迟早会达到用于一旦车辆冷启动就直接实现足够的加速和再生性能的最低可接受水平。为了避免第二电池组2的电池单元22的温度降至该最低可接受水平以下，第二电池组可包括用于加热第二电池组2的电池单元的电加热装置。由此，可以确保将第二电池组2的电池单元22的温度保持在该最低可接受温度水平以上。该最低可接受温度水平可能是取决于第一电池组1和/或第二电池组2的SoC的变量的常数。
电加热装置可以例如是通过电阻加热过程将电转化为热的导电线。可替代地或者与该电加热装置组合的，可以通过控制在第一电池组1和第二电池组2之间来回流动的电流从而在第二电池组2中产生热量来实现对第二电池组2的电池单元的加热。
图3示意性地示出了在车辆驱动系统30中实施的电池系统3的示例性实施例。车辆驱动系统30还包括推进电动机31、双向DC/DC转换器32和电子控制器装置33。
推进电动机31可以是直流或交流电动机。如果推进电动机31是交流电动机，则使用逆变器或相似器件将自电池系统3供应的直流电转换为随后供给至推进电动机31的交流电。
第一电池组1可能经由一组高压直流开关(未示出)直接地电连接至推进电动机31，该高压直流开关可在驱动系统的修理或维护等情形下用作安全开关。
第二电池组2经由双向DC/DC转换器32连接至电动机31。第二电池组2和DC/DC转换器32因此串联连接并形成第一电路分支34，并且第一电池组1形成在第一连接点36和第二连接点37处与第一电路分支34并联连接的第二电路分支35。
电子控制器装置33可以包括单个电子控制器或多个互相连接的电子控制器，电子控制器例如可以主要根据来自加速器踏板38的位置传感器的传感器输入和来自制动踏板38的位置传感器的传感器输入的函数，控制推进电动机31的操作。电子控制器装置33还可以接收关于第一电池组1和第二电池组2的当前SoC(荷电状态)以及关于第一电池组1和第二电池组2的工作温度的传感器输入。传感器输入可经由导线39接收和/或无线地接收。
基于这一信息，电子控制器装置33可控制DC/DC转换器用以在第一电池组1和第二电池组2之间提供适当的功率分流，提供适当的功率分流考虑了相关的操作参数，诸如每个电池组1、2的SoC水平、每个电池组1、2的工作温度、每个电池组的总标称能量容量(kWh)、每个电池组1、2的最大标称充放电电流，等等。
因此，电子控制器装置33将在推进操作模式和再生操作模式下，基于由驱动系统的特定硬件确定的静态操作参数限值和由电子控制器装置33的软件控制的动态操作参数限值，确定第一电池组1和第二电池组2之间的适当的功率分流。
DC/DC转换器32可以例如被设计为升降压转换器，其中电子控制器装置33被配置为能够通过控制所述升降压转换器的PWM占空比来控制第一电池组1和第二电池组2之间的功率共享。
在图3的示例性实施例中，升降压转换器的升压阶段工作，从第一电池组1和第二电池组2二者将电流供应至电动机31。
图4示意性地示出了在车辆驱动系统30中实施的电池系统3的示例性实施例，其中具有作为升降压转换器的更详细的示例性实现方式的DC/DC转换器。尤其是，图4的示例性电路设计示出了三相升降压变换器。具有其它相数的升降压转换器可被替代性地使用，例如一相、二相、六相或十二相升降压转换器。更多的相位通常产生纹波更少的更平滑的直流电。
图4所示的示例性三相升降压转换器包括PWM控制器41，PWM控制器41被布置成控制第一至第六开关晶体管S1至S6的操作。第一、第三和第五开关晶体管S1、S3、S5与升降压转换器的升压阶段相关联，第二、第四和第六开关晶体管S2、S4、S6与升降压转换器的降压阶段相关联。第一至第三电感器是升降压变换器的公共点。
PWM控制器41的第一栅极驱动器42控制与三相升降压转换器的第一相位相关联的第一和第二开关晶体管S1、S2的操作。PWM控制器41的第二栅极驱动器43控制与三相升降压转换器的第二相相关联的第三和第四开关晶体管S3、S4的操作。并且，PWM控制器41的第三栅极驱动器44控制与三相升降压转换器的第三相相关联的第五和第六开关晶体管S5、S6的操作。与第一至第三栅极驱动器42-44相关联的开关晶体管S1-S6受到控制，以在降压或升压阶段顺序操作，从而产生具有小纹波效应的平滑直流电。
电子控制器配置33被布置为能够在向第二电池组2供应再生充电功率时操作升降压转换器的降压阶段，电子控制器布置33被配置为能够当从第二电池组向推进电动机31供应功率时操作升降压转换器的升压阶段。
当升降压转换器的第一相在升压阶段工作时，第一开关晶体管S1打开一定时间段以允许电流沿着这一方向从第二电池组2流出，即，电流流过第一电感器L1和第一开关晶体管S1，并返回到第二电池组2。在这一时间段期间，通过第一电感器L1的电流将产生储存在第一电感器L1的磁场中的逐渐增大的能级。当第一开关晶体管随后闭合时，缩灭的磁场引起感应电流以与电流先前产生磁场时的电流流动方向相同的方向流过第一电感器L1。因此，通过引起感应电流沿着通过第二电池组2、通过第一电感器L1、通过第一二极管D1流至推进电动机31、并返回第二电池组2的这一方向流动，第一电感器中储存的能量将逐渐释放。
当升降压转换器的第一相在降压阶段工作时，第二开关晶体管S2打开一定时间段以允许来自推进电动机31的再生电流沿着这一方向流动，即，通过第二开关晶体管S2、通过第一电感器L1、通过第二电池组2并返回到第二电池组2。在这一时间段期间，通过第一电感器L1的电流将产生储存在第一电感器L1的磁场中的逐渐增大的能级。当第二开关晶体管S2随后闭合时，缩灭的磁场引起感应电流以与电流首先产生磁场时的电流流动方向相同的方向流过第一电感器L1。因此，通过引起感应电流沿着通过第一电感器L1、通过第二电池组2、通过第一电阻R1、通过第二二极管D2并返回第一电感器L1的这一方向流动，第一电感器L1中储存的能量将逐渐释放。
第二相和第三相的降压阶段和升压阶段将相应地工作，但会及时抵消，以提供连续的操作行为。
升降压转换器使得无论是工作在升压阶段(即车辆驱动系统的推进操作模式)时还是工作在降压阶段(即车辆驱动系统的再生操作模式)时都能够在第一电池组1和第二电池组2之间的功率共享方面提供很大的灵活性，其中，当工作在升压阶段时，自电池系统供应功率，当工作在降压阶段时，功率被供给至电池系统以进行储存。
再生操作模式对应于当推进电动机31作为用于制动车辆的发电机工作时的操作模式。换言之，当推进电动机31将车辆动能或车辆势能转换成电能以储存在电池系统中时，储存的电能用于在使用传统的摩擦制动器的情形下节省能源和避免能量损失的目的。
通过控制自第二电池组2供应的电流的量和向第二电池组2供应的电流的量来控制功率共享，并且这通过控制PWM控制器41的PWM(脉宽调制)占空比来执行。
在升压阶段操作升降压转换器时，原则上所需功率的1-100％可由第二电池组2提供，其余的则由第一电池组1提供。第二电池组2甚至可用于给第一电池组1充电。
类似地，当在降压阶段操作升降压转换器时，原则上再生功率的1-100％可供应至第二电池组2，其余的则供应至第一电池组1。第一电池组1甚至可用于给第二电池组2充电。
在车辆驱动系统的冷启动期间启用升压阶段尤其有利，因为这样可以提供主要来自隔热性更好的第二电池组的功率。
冷电池单元(诸如例如锂离子电池单元)通常随着电池工作温度的降低而性能逐渐降低。图5示意性地示出了性能与电池单元工作温度的关系，其中X轴以摄氏度表示温度，Y轴表示表示电池的功率密度[kW/kg]。线51示意性地表示作为电池单元的温度的函数的功率密度。显然，冷启动后使用冷电池单元会导致功率密度方面的性能显著降低，从而导致车辆驱动系统在加速和再生效率两方面的性能相应地降低。
因此，通过将电池系统分成至少两个电池组，其中至少一个较大的第一电池组的隔热性较差以节省空间和成本，而至少一个较小的第二电池组具有较好的隔热性以将相关的电池组的工作温度维持在可接受的温度范围内，并且通过使用能够控制第一电池组和第二电池组之间的功率分流的DC/DC转换器，可以显著改善在冷启动后的驱动系统的性能，而无需为整个电池系统提供大量隔热材料，也无需花费大量能量加热整个电池系统。此外，可通过降低在低工作温度下允许向电池单元供应或自电池单元抽取的电流水平，来延长电池单元的寿命。
由于第二电池组可以被有利地用于从第一电池组的能量优化的电池单元中移除大部分高功率峰值，以延长第一电池组的电池单元的寿命，因而带有具有能量优化的电池单元的隔热性较差的大型第一电池组以及具有功率优化的电池单元的小型第二电池组的分流式电池系统能够使得有利地延长电池系统的寿命和降低维护成本。第二电池组2的功率优化的电池单元更适合并适应于耐受较大的放电和充电电流，而不会缩短寿命。
此外，即使第二电池组2的功率优化的电池单元因用于处理高功率峰值而需要更频繁地更换，由于只有小的第二电池组需要更换，而大的第一电池组可以保留，因而更换成本相对较低。
图6示意性地示出了随X轴上的时间[秒]变化的Y轴上的电池系统的功率共享输出和输入[kW]的示例，其中第一电池组1和第二电池组2的电池单元都已达到可接受工作温度。虚线61表示随时间变化的电池系统的总输出功率，其中正输出功率是指自电池系统提供的功率，负输出功率是指向电池系统(再生)供电。实线62表示自第一电池组1的输出功率，虚线63表示自第二电池组2的输出功率。
第一功率阈值水平P1和第二功率阈值水平P2如图6所示，其中第一功率阈值水平P1代表第一电池组1被认为能够处理而不会对寿命产生不可接受的有害影响的最大输出功率，其中第二功率阈值水平P2代表第一电池组1被认为能够处理而不会对寿命产生不可接受的有害影响的最大再生功率。这些功率阈值水平P1、P2可以是基于硬件的静态值和/或基于诸如SoC水平和工作温度之类的操作参数的动态值。仅作为例子而言，第一功率阈值水平P1可以被设置为30kW，第二功率阈值水平P2可以被设置为7kW。
在时刻t1，驱动系统通过自第一电池组供应的线性增大的功率输出开始工作。由于供应的功率水平低于第一功率阈值水平P1，第二电池组此时不供电。在时刻t2，所需的输出功率超过第一功率阈值水平P1。因此，在时刻t2，来自第二电池组2的功率由DC/DC转换器32暂时地提供给推进电动机31，用以在时刻t2限制功率峰值。结果，来自第一电池组1的约30kW输出功率被供应至推进电动机31，来自第二电池组2的约5kw输出功率被供应至推进电动机31。因此，在时刻t2，第一电池组1和第二电池组2以功率分流模式工作。
相应地，在时刻t3，车辆驱动系统的驾驶员可以例如激活制动器，从而产生大量再生能量。在时刻t3，所供应的再生功率超过第二功率阈值水平P2。因此，在时刻t3，来自推进电动机31的再生功率由DC/DC转换器32暂时地供应至第二电池组2，以便在时刻t3限制再生功率峰值。结果，来自推进电动机31的约7kW再生功率被供应至第一电池组，并且大约5kw的功率被从推进电动机31供应至第二电池组2。因此，在时刻t3，第一电池组1和第二电池组2以功率分流模式工作。
图6中所示的功率共享输出和输入的示例性实施例当然可以具有取决于环境、硬件限制和软件的对于上阈值水平64和下阈值水平65的另一种设置。例如，与图6的示例性实施例相反的，根据情况可将第二电池组2设置为主选项，而将第一电池组设置为次选项。
图7示意性地示出了随X轴上的时间[秒]变化的Y轴上的电池系统的功率共享输出和输入[kW]的另一个示例。这里，电子控制器装置可被有利地配置为能够在车辆驱动系统冷启动后，主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生。虚线63表示第二电池组2的输出功率。冷的第一电池组1基本不输送功率。
图8示意性地示出了随X轴上的时间[秒]变化的Y轴上的电池系统的功率共享输出和输入[kW]的另一个示例。除了第二电池组2的SoC水平低之外，这一示例性实施例的功能与图6相同。因此，不仅将在时刻t3的再生功率的功率峰值供给至第二电池组2，而且将在时刻t3的再生功率全部供给至第二电池组2。因此，第二电池组2的SoC水平增加得更快。
本公开内容不限于上述功率分流操作模式，在所附权利要求的范围内，许多其它的功率分流操作模式都是可能的。
即使电子控制器装置33可被配置为，能够在车辆驱动系统一旦冷启动，则主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生，在车辆驱动系统的驱动过程中，仍可能必须加热第一电池组1以改善第一电池组1的性能。第二电池组2的尺寸可以例如能够在冷启动的初始时间段内或多或少地单独提供足够的功率，但是通常在某一时间段内，例如在冷启动后的3、6或12分钟内，将需要来自较大的第一电池组1的功率。
第一电池组1的电池单元可采用多种方式加热。例如，第一电池组可以包括通过电阻加热过程将电转化为热的导电线。可替代地或者与导电线相结合的，第一电池组2的电池单元的加热可以通过控制在第一电池组1和第二电池组2之间来回流动的电流从而在第一电池组1和第二电池组2中产生热量来实现。
另外，可替代地或与上述配置相结合地，驱动系统可包括加热系统，加热系统被配置为用于将电动机31和/或DC/DC转换器32中产生的热量传递至第一电池组1，以加热第一电池组1的电池单元。例如，如图9所示，这可以通过使得热传递流体在电动机31和/或DC/DC转换器32与第一电池组1之间的管道系统92中循环而实现。为此，电动机31和/或DC/DC转换器32和第一电池组1可设有流体输送通道，流体输送通道被布置成用于连接管道系统92，管道系统92用于使得热量得以传递至第一电池组1。可以提供流体泵91，以确保管道系统92中的流体流量达到一定水平。
图10示意性地示出了本公开内容的又一示例性实施例，其中除了如上所述的第一电池组1和第二电池组2之外，电池系统还包括第三电池组95。通过使得第三电池组95在例如电池单元的类型、30秒最大脉冲放电电流、单位体积的标称能量容量、隔热性水平、标称能量容量等方面具有与第一电池组1和第二电池组2的特性不同的一些其它类型的独特特征，可以在一系列不同的相关电池系统参数方面进一步改善电池系统的整体性能，因为每个电池组1、2、95的设计可以满足特定的个别要求，同时较少考虑其他要求。由此，可以在更大程度上克服在设计包括同一类的单个电池单元的完整电池系统时必须进行的设计上的权衡。
例如，第三电池组95可具有比第二电池组2更小的标称能量容量，但具有比第二电池组2更好的隔热性，从而使得车辆驱动系统的保持时间更长，而无需使用来自电池系统3的大量能量来将第三电池组95的温度保持在高于一旦冷启动则能够直接提供足够的输出功率和储存足够的再生功率所需的最低可接受水平，并且其中冷启动后第二电池组2的温度高于第一电池组1的温度。
根据模块化和特定的车辆驱动系统应优化的参数类型，许多其他配置也是可能的。例如，第三电池组95可以与第二电池组2相同。进一步可选地，电池系统3甚至可以包括四个、五个甚至更多个独立的电池组。
本文中的术语电池组是指与一组独特且彼此分离的电池端子连接器电连接的一系列电池单元，从而使得每个电池组的电池单元能够独立于其他电池组的电池单元供应和接收电荷。因此，一组电池组可以是物理上彼此分离的单元，也可以形成单个大型电池外壳的一部分。
如上所述，第二电池组2的电池单元22比第一电池组1的电池单元21具有更好的隔热性。因此，例如与在低环境温度下停车相关的，当车辆被关闭后，第二电池组2的电池单元22的工作温度相比于第一电池组1的电池单元21的工作温度通常下降得较慢。结果，第二电池组2的电池单元22在随后的车辆启动时可能仍然具有足够的工作温度，从而得以在车辆冷启动后直接实现或多或少的最大加速性能和再生性能。
图11和图12中说明了第一电池组1和第二电池组2的不同隔热性的效果，图11和图12中显示了第一电池组1和第二电池组2的随时间变化的工作温度冷却顺序的两个不同示例。
具体地，图11示意性地示出了根据电池系统3的示例性实施例的第一电池组1和第二电池组2的电池单元21、22的工作温度的第一冷却顺序，其中显示了沿纵轴以摄氏度(℃)为单位的工作温度(Op_temp)，沿水平轴的以小时(h)为单位的时间。为简单起见，假定车辆环境温度AT，即车外温度，恒定为-18℃。
在时间点T1到T2之间的第一时间段TP1期间，车辆由用户驾驶，而自第一电池组1和第二电池组2供应功率或者向第一电池组1和第二电池组2供应功率，用于车辆推进和/或车辆能量再生。由于第一电池组1和第二电池组2的电池单元的类型不同，即第一电池组的电池单元具有较高的单位体积标称能量容量，而第二电池组的电池单元能够耐受较大的30秒最大脉冲放电电流，并且二者的用途不同，其中第二电池组的电池单元用于从第一电池组的能量优化的电池单元中消除的高功率峰值，因而第二电池组2的电池单元的工作温度可能高于第一电池组1的电池单元的工作温度，尤其在因例如交通灯、交通堵塞等原因而需要大量启/停的短距离的城市行驶期间。
例如，如图11的非限制性的示例性实施例所示，第一电池组1在时间段TP1期间的工作温度OT1约为25℃，第二电池组2在时间段TP1期间的工作温度OP2约为35℃。
在时间点T2，车辆停止，并且第一电池组1和第二电池组2的电池单元不再被加热。因此，随着电池单元21、22向周围的热传递，电池单元21、22开始冷却。虽然图11中未显示，但第一电池组1和第二电池组2的工作温度OT1、OT2最终将达到环境温度AT。
图11中所示的特定冷却顺序在时间点T3中断。因此，冷却顺序对应于从时间点T2开始并在时间点T3结束的第二时间段TP2，其中这里的时间点T3表示车辆冷启动。举例来说，第二时间段TP2可以对应于停放过夜的车辆为大约12小时。
如图11所示，第一电池组1的工作温度OT1可能会下降到约-11℃左右，从而使得例如在车辆制动再生时，将显著减少甚至完全不允许使用推进电动机的供电容量和充电容量，因为这对第一电池组1的电池单元可能造成潜在的损坏。然而，第二电池组2的工作温度OT2仅下降到约18℃，因此在供电容量和充电容量方面仍然可以提供完全的性能。因此，在冷启动过程中，当驾驶员在-18℃的环境温度下静止12小时后开车离开车辆，驾驶员从一开始就体验到了完整的电力推进/再生性能，而不会有害地使用冷电池组，并且无需在停车期间加热电池组，也无需为整个电池系统提供占据大空间的厚的隔热部件。
图12示意性地示出了根据电池系统3的另一个示例性实施例的第一电池组1和第二电池组2的电池单元21、22的工作温度的第二冷却顺序。这里假设车辆的环境温度AT恒定为-15℃，并且第一电池组1在时间段TP1期间的工作温度OT1基本上等于第二电池组2的工作温度OP2，诸如例如大约30℃。这例如可能发生在长距离驾驶期间，在长距离驾驶期间因较少的启停和较均匀的动力输出，在这期间相比城市驾驶时可能更少地使用第二电池组。
在这种情况下，与第二时间段TP2相对应的冷却顺序可能为大约12小时，这将导致车辆在第一电池组1的工作温度OT1约为-5℃且第二电池组2的工作温度OT2约为15℃的情况下的冷启动。因此，可在一旦冷启动后直接提供就供电容量和充电容量两方面而言完全的性能，从而使得驾驶员从启动时就能体验到完全的性能。
因此，图12中的冷却顺序描述了一种电池系统，其中在已执行以下操作后，由于第二电池组2的电池单元比第一电池组1的电池单元具有更好的隔热性，因而第二电池组2的电池单元的工作温度比第一电池组1的电池单元的工作温度高20℃，所述操作是：
-加热第一电池组1和第二电池组2的电池单元直到第一电池组1和第二电池组2的电池单元的工作温度达到30℃，
-将电池系统置于-15℃的环境温度下，以及
-等待12个小时。
具体地，12小时后第一电池组1和第二电池组2的电池单元之间的工作温度OT1、OT2的温度差为20℃，如图12中的附图标记88所示。
出于测试目的，加热第一电池组1和第二电池组2的电池单元直到第一电池组1和第二电池组2的电池单元的工作温度达到30℃，可以例如通过使得电池单元以适当密度反复执行充放电循环来进行加热。
当然，参考图11和图12所描述的两个冷却顺序的例子仅仅对应于电池系统和车辆驱动系统的第一电池组1和第二电池组2的两个示例性实施例，因此，冷却顺序在形式、内部相对关系、梯度、绝对数值等方面都可能相比所描述的例子有很大的不同。
本文中的术语“电池组的工作温度”和“电池组的电池单元的工作温度”是指电池组内或多或少地均匀分布的一系列电池单元的平均表面温度。例如，电池组的所有电池单元中的单个电池单元的约0.5-5％，但通常不少于5个，其表面温度可被记录并随后平均计算以确定电池组的工作温度。单个电池单元的表面温度可在电池单元的侧壁的中心区域进行测量。
本公开内容还涉及一种控制车辆驱动系统30的操作的方法，车辆驱动系统30包括具有第一电池组1和第二电池组2的电池系统3，其中第二电池组2的电池单元比第一电池组1的电池单元具有更好的隔热性，车辆驱动系统30还包括推进电动机31、连接第二电池组2与电动机31的双向DC/DC转换器32以及用于控制驱动系统30的操作的电子控制器装置33。该方法包括在检测到车辆驱动系统冷启动后，主要使用第二电池组用于车辆推进和/或车辆能量再生的步骤。
如上文所讨论的，这使得得以节省空间和成本，并显著地改善冷启动后的驱动系统性能，以及改善电池系统3的主要部件的使用寿命。
尽管已经针对部件的特定组合描述了本公开内容，但是应该容易理解的是，这些部件也可以以其他配置组合，这对于技术人员在研究本申请时是清楚的。因此，以上对本公开内容和附图的示例性实施例的描述将被视为本公开内容的非限制性示例，并且保护范围由所附权利要求限定。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (28)

1.一种用于车辆的电池系统(3)，所述电池系统(3)包括第一电池组(1)和第二电池组(2)，
其中，所述第一电池组(1)比所述第二电池组(2)具有更大的总标称能量容量，
其中，所述第一电池组(1)包括位于第一外壳(7)中的一系列第一类电池单元(21)，所述第二电池组(2)包括位于第二外壳(8)中的一系列第二类电池单元(22)，
其中，所述第二类电池单元(22)比所述第一种电池单元(21)耐受更大的30秒最大脉冲放电电流，
其中，所述第一类电池单元(21)比所述第二类电池单元(22)具有更高的单位体积标称能量容量，
其中，所述第二外壳(8)具有比所述第一外壳(7)更好的隔热性，从而使得所述第二电池组(2)的电池单元比所述第一电池组(1)的电池单元具有更好的隔热性，并且
其中，所述第二电池组(2)集成在所述第一电池组(1)中。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)中的所有电池单元的总体积小于所述第一电池组(1)中的所有电池单元总体积的40％。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)中的所有电池单元的总体积小于所述第一电池组(1)中的所有电池单元总体积的25％。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)中的所有电池单元的总体积小于所述第一电池组(1)中的所有电池单元总体积的10％。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一电池组(1)的总标称能量容量比所述第二电池组(2)至少大5倍。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，所述第一电池组(1)的总标称能量容量比所述第二电池组(2)至少大10倍。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其中，所述第一电池组(1)的总标称能量容量比所述第二电池组(2)至少大20倍。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一电池组(1)位于第一外壳(7)中，所述第二电池组(2)位于第二外壳(8)中，其中，所述第二外壳(8)的热传递系数比所述第一外壳(7)的热传递系数至少低50％。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中，所述第二外壳(8)的热传递系数比所述第一外壳(7)的热传递系数至少低75％。
10.根据权利要求9所述的电池系统，其中，所述第二外壳(8)的热传递系数比所述第一外壳(7)的热传递系数至少低90％。
11.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)的总标称能量容量在0.5-20kWh的范围内。
12.根据权利要求11所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)的总标称能量容量在0.7-5kWh的范围内。
13.根据权利要求12所述的电池系统，其中，所述第二电池组(2)的总标称能量容量在1-2kWh的范围内。
14.根据上述权利要求中任一项所述的电池系统，其中，由于所述第二电池组(2)的电池单元的隔热性优于所述第一电池组(1)的电池单元，在已执行以下操作后所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高10℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
15.根据权利要求14所述的电池系统，其中，在已执行以下操作后，所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高20℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
16.根据权利要求15所述的电池系统，其中，在已执行以下操作后，所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高30℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
17.一种车辆驱动系统，所述车辆驱动系统包括根据上述权利要求中任一项所述的电池系统，并且还包括推进电动机(31)、连接所述第二电池组(2)和所述电动机(31)的双向DC/DC转换器(32)，以及用于控制所述DC/DC转换器(32)的操作的电子控制器装置(33)，其中，所述电子控制器装置(33)被配置为能够在所述车辆驱动系统(30)冷启动后，主要使用所述第二电池组(2)用于车辆推进和/或车辆能量再生。
18.根据权利要求17所述的车辆驱动系统，其中，所述电子控制器装置(33)还被配置为能够在车辆驱动系统推进操作模式下，并且所述第一电池组(1)的工作温度高于已确定的最低温度水平时，主要使用所述第一电池组(1)用于车辆推进，并将自所述第一电池组(1)的供电功率限制在第一功率阈值水平(P1)，并自所述第二电池组(2)供应所需的额外电功率。
19.根据权利要求17所述的车辆驱动系统，其中，所述电子控制器装置(33)还被配置为能够在车辆驱动系统再生操作模式下，并且所述第一电池组(1)的工作温度高于已确定的最低温度水平时，主要使用所述第一电池组(1)用于车辆能量再生，并将所述第一个电池组(1)的再生充电功率限制在第二功率阈值水平(P2)，并向所述第二电池组(2)供应额外的再生充电功率。
20.根据权利要求17所述的车辆驱动系统，其中，所述驱动系统(30)还包括加热系统，所述加热系统被配置为能够将所述电动机(31)和/或所述DC/DC转换器(32)中产生的热量传递至所述第一电池组(1)，以加热所述第一电池组(1)的电池单元。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的车辆驱动系统，其中，所述DC/DC转换器(32)被设计为升降压转换器，并且其中，所述电子控制器装置(33)被配置为能够通过控制所述升降压转换器的PWM占空比来控制所述第一电池组(1)和第二电池组(2)之间的功率共享。
22.根据权利要求21所述的车辆驱动系统，其中，所述电子控制器装置(33)被配置为能够在自所述推进电动机(31)向所述第二电池组(2)供应再生充电功率时，操作所述升降压转换器的降压阶段，和/或其中，所述电子控制器装置(33)被配置为能够在自所述第二电池组(2)向所述推进电动机(31)供电时，操作所述升降压转换器的升压阶段。
23.一种车辆驱动系统，所述车辆驱动系统包括：
具有位于第一外壳(7)中的第一电池组(1)和位于第二外壳(8)中的第二电池组(2)的电池系统(3)，其中，所述第二电池组(2)集成在所述第一电池组(1)中，并且其中，所述第二外壳(8)具有比所述第一外壳(7)更好的隔热性，从而使得所述第二电池组(2)的电池单元比所述第一电池组(1)的电池单元具有更好的隔热性，
推进电动机(31)，
连接所述第二电池组(2)与所述电动机(31)的双向DC/DC转换器(32)，
用于控制所述DC/DC转换器(32)的操作的电子控制器装置(33)，
其中，所述电子控制器装置(33)被配置为能够在所述车辆驱动系统(30)冷启动后，主要使用所述第二电池组(2)用于车辆推进和/或车辆能量再生。
24.根据权利要求23所述的车辆驱动系统，其中，由于所述第二电池组(2)的电池单元的隔热性优于所述第一电池组(1)的电池单元，在已执行以下操作后所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高10℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
25.根据权利要求24所述的车辆驱动系统，其中，在已执行以下操作后，所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高20℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
26.根据权利要求25所述的车辆驱动系统，其中，在已执行以下操作后，所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度比所述第一电池组(1)的电池单元的工作温度至少高30℃，所述操作为：
-加热所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元直到所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)的电池单元的工作温度达到30℃，
-将所述电池系统置于-15℃的环境温度下，并且
-等待12小时。
27.一种车辆，所述车辆包括根据上述权利要求1至16中任一项所述的电池系统，其中，所述第一电池组(1)和第二电池组(2)中的每一个都有独立的电池组紧固系统，所述电池组紧固系统用于将所述第一电池组(1)和所述第二电池组(2)固定于所述车辆(10)内，并且其中，所述第二电池组(2)的所述紧固系统能够独立于所述第一电池组(1)的所述紧固系统操作，从而使得所述第二电池组(2)能够在不必拆卸所述第一电池组(1)的情况下被拆卸和/或更换。
28.用于控制车辆驱动系统(30)的操作的方法，所述车辆驱动系统(30)包括：
具有位于第一外壳(7)中的第一电池组(1)和位于第二外壳(8)中的第二电池组(2)的电池系统(3)，其中，所述第二电池组(2)集成在所述第一电池组(1)中，并且其中，所述第二外壳(8)具有比所述第一外壳(7)更好的隔热性，从而使得所述第二电池组(2)的电池单元比所述第一电池组(1)的电池单元具有更好的隔热性，
推进电动机(31)，
连接所述第二电池组(2)和所述电动机(31)的双向DC/DC转换器(32)，以及
用于控制所述驱动系统(30)的操作的电子控制器装置(33)；
所述方法包括：
当检测到所述车辆驱动系统(30)冷启动后，主要使用所述第二电池组(2)用于车辆推进和/或车辆能量再生。
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