CN118214103A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统，该电池系统包括至少一个电化学能量存储器、逆变器和用于对电化学能量存储器进行充电的充电设备。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所述的电池系统以及该电池系统的用途。
背景技术
电池切断单元(“BDU”、battery disconnectunit)是就带有电池、尤其锂离子牵引用电池的车辆的安全性而言的关键元件。电池切断单元的主要任务是避免电池由于过载或短路所致的热失控。
根据现有技术，这样的系统通常由继电器和保险装置构成。替代地，也能够使用烟火式开关(Pyroschalter)或烟火式保险装置(Pyrosicherung)。
通常，电池切断单元将车辆的车载电网与单个电池连接起来。用于通过外部电源用直流电对电池充电的接头则额外地借助于串联联接的附加的开关来实现。
由高压电池来供电的像例如加热装置、压缩机一样的附加的电消耗器件由附加的保险装置、例如烟火技术式开关或保险元件来保护。
用于高压应用的继电器通常具有大尺寸、拥有有限的寿命和相对较差的动态特性，从而在系统层面上无法可靠地避免高短路电流。在还要更高的电压及功率大小的情况下，使用这样的继电器变得越来越复杂且昂贵。
“车到万物(Vehicle to X)”(V2X)是汽车市场中一种流行趋势，其中车辆能够通过集成的交流或直流充电器件与外部负载(“车到负载(Vehicle to Load)”，V2L)、与家用装置(“车到家(Vehicle to Home)”，V2H)、与电网(“车到电网(Vehicle to Grid)”，V2G)连接。这一发展的直接结果是大幅提高了充电器件的运行时间，该充电器件接收或者说存储高压电池中的能量。
文献DE 102013111463 A1公开了一种开关布置结构和电池布置结构。
文献JP 2017065340 A公开了一种用于车辆的能量供应设备，该能量供应设备具有充电时改善了的可靠性。
文献DE 102020215035 A1公开了一种可更换蓄电池组，其具有监测单元并且具有至少一个切换元件，该切换元件用于中断或实现充电电流或放电电流。
发明内容
本发明的任务是进一步改善现有技术。该任务通过独立权利要求的特征来实现。
本发明的优点：
与其相对地，具有独立权利要求的表征性的特征的按照本发明的处理方式具有的优点是，电池系统包括以下组件：
-至少一个电化学能量存储器；
-逆变器，
其中，所述逆变器的第一接头能够借助于晶体管的反向串联的布置结构与所述电化学能量存储器的正极电连接，所述晶体管的反向串联的布置结构具有中间点接头，并且
所述逆变器的第二接头能够借助于第一接触器与所述电化学能量存储器的负极电连接；
-用于对所述电化学能量存储器进行充电的充电设备，
其中，所述充电设备的第一接头能够借助于晶体管的另外的反向串联的布置结构与所述电化学能量存储器的正极连接，
并且所述充电设备的第二接头能够借助于第二接触器与所述电化学能量存储器的负极电连接。
与此相对地，具有独立权利要求的表征性的特征的按照本发明的处理方式具有的优点是，电池系统包括以下组件：
-至少一个电化学能量存储器；
-逆变器，
其中，所述逆变器的第一接头能够借助于晶体管的反向串联的布置结构与所述电化学能量存储器的正极电连接，所述晶体管的反向串联的布置结构具有中间点接头，并且
所述逆变器的第二接头能够借助于第一接触器与所述电化学能量存储器的负极电连接；
-用于对所述电化学能量存储器进行充电的充电设备，
其中，所述充电设备的第一接头能够借助于第二接触器通过电保险装置与所述电化学能量存储器的正极连接，
并且所述充电设备的第二接头能够借助于第三接触器与所述电化学能量存储器的负极电连接。
另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
所述电池系统包括至少一个附加的电消耗器件，其中，所述消耗器件的第一接头能够经由晶体管与所述逆变器的第一接头电连接，并且所述消耗器件的第二接头能够与所述逆变器的第二接头电连接。
有利地，在晶体管的反向串联的布置结构中和/或在晶体管的另外的反向串联的布置结构中，晶体管的源极接头被电连接。
所述电池系统此外包括另外的电组件，其中，所述另外的电组件的第一接头能够利用第一开关与所述电化学能量存储器的正极电连接，并且/或者所述另外的电组件的第二接头能够利用第二开关与所述电化学能量存储器的负极电连接。
按照本发明的电池系统的第一开关和/或第二开关包括接触器和/或至少一个晶体管。
所述充电设备包括直流充电设备，并且/或者所述另外的电组件包括交流充电设备。
所述电化学能量存储器包括高压能量存储器。
所述电池系统的晶体管包括自截止(selbstsperrend)的n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
按照本发明的电池系统有利地用于电动车辆、燃料电池车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、飞行工具以及用在用于存储尤其再生地获取的电能的固定式存储器中。
附图说明
本发明的实施例在附图中被示出并且在下面的说明中被更详细地阐释。
按照本发明的主题的另外的优点和有利的设计方案通过附图来阐明并且在下面的说明中得以阐释。在此应注意的是，附图仅具有描述用的特征并且并不旨在以任何的形式来限制本发明。此外，如果从上下文中没有明确地得到相反情况，那么下面所描述的特征就能够单独地或以任意组合的方式来示出本发明的主题。
其中：
图1示出了按照第一实施方式的按照本发明的电池系统的示意图；并且
图2示出了按照第二实施方式的按照本发明的电池系统的示意图；并且
图3示出了按照第三实施方式的按照本发明的电池系统的示意图。
相同的附图标记在所有附图中表示相同的设备组件。
具体实施方式
图1示出了按照第一实施方式的按照本发明的电池系统100的示意图。
按照本发明的电池系统100包括电化学能量存储器101、逆变器104、充电设备109以及附加的电消耗器件113，电化学能量存储器101具有多个电化学能量存储器电芯。
电化学能量存储器101具有正极102和负极103。
逆变器104的第一接头105(1)能够借助于晶体管的反向串联的布置结构107与电化学能量存储器101的正极102电连接，晶体管的反向串联的布置结构107具有中间点接头108。逆变器104的第二接头105(2)能够借助于第一接触器106与电化学能量存储器101的负极103电连接。
充电设备109的第一接头110(1)能够借助于另外的反向串联的布置结构111与电化学能量存储器101的正极102电连接。充电设备109的第二接头110(2)能够借助于第二接触器112与电化学能量存储器101的负极103电连接。
电池系统100包括至少一个附加的电消耗器件113。消耗器件113的第一接头114(1)能够经由另外的晶体管115与逆变器104的第一接头105(1)电连接。消耗器件113的第二接头114(2)能够借助于第一接触器106与能量存储器101的负极103电连接。
在按照本发明的电池系统100中，充电设备109和逆变器104并联电联接。通往电化学能量存储器101的正极102的两个电流路径通过晶体管的反向串联的布置结构107、111得到保护。有利地，在反向串联的布置结构107、111中的晶体管的源极接头被电连接。通往电化学能量存储器101的负极103的两个电流路径借助于第一接触器106和第三接触器112得到保护。由此能够有利地减少充电时的损失，因为电流不必再穿过位于电化学能量存储器101与逆变器104之间的保护元件流动。这种电池系统100提供了下述可行性，即：借助于晶体管的布置结构107、111关断沿所有方向、即不仅沿充电方向而且也沿放电方向的电流。借助于另外的晶体管115能够电连接附加的电消耗器件113。
按照本发明的电池系统100提供了下述可行性，即：借助于晶体管的反向串联的布置结构107关断沿逆变器104的所有方向、即不仅沿充电方向(例如回收电流)而且也沿放电方向的电流。在充电设备109的过高的直流电的情况下，借助于第二接触器111和第三接触器112关断沿充电方向的电流。
图2示出了按照第二实施方式的按照本发明的电池系统200的示意图。
按照本发明的电池系统200包括电化学能量存储器201、逆变器204、充电设备209以及附加的电消耗器件213，电化学能量存储器201具有多个电化学能量存储器电芯。
电化学能量存储器201具有正极202和负极203。
逆变器204的第一接头205(1)能够借助于晶体管的反向串联的布置结构207与电化学能量存储器201的正极202电连接，晶体管的反向串联的布置结构207具有中间点接头208。逆变器204的第二接头205(2)能够借助于第一接触器206与电化学能量存储器201的负极203电连接。
充电设备209的第一接头210(1)能够借助于第二接触器211经由电保险装置216与电化学能量存储器201的正极202电连接。充电设备209的第二接头210(2)能够借助于第二接触器212与电化学能量存储器201的负极203电连接。
电池系统200包括至少一个附加的电消耗器件213。消耗器件213的第一接头214(1)能够经由另外的晶体管215与逆变器204的第一接头205(1)电连接。消耗器件213的第二接头214(2)能够借助于第一接触器206与能量存储器201的负极203电连接。
在按照本发明的电池系统200中，充电设备209和逆变器204并联电联接。通往电化学能量存储器201的正极202的两个电流路径通过晶体管的反向串联的布置结构207以及第二接触器211连同电保险装置216得到保护。有利地，在反向串联的布置结构207中的晶体管的源极接头被电连接。通往电化学能量存储器201的负极203的两个电流路径借助于第一接触器206和第三接触器212得到保护。由此能够有利地减少充电时的损失，因为电流不必再穿过位于电化学能量存储器201与逆变器204之间的保护元件流动。这种电池系统200提供了下述可行性，即：借助于晶体管的布置结构207关断沿所有方向、即不仅沿充电方向而且也沿放电方向的电流。借助于另外的晶体管215能够电连接附加的电消耗器件213。
按照本发明的电池系统200提供了下述可行性，即：借助于晶体管的反向串联的布置结构207关断沿逆变器204的所有方向、即不仅沿充电方向(例如回收电流)而且也沿放电方向的电流。在充电设备209的过高的直流电的情况下，借助于第二接触器211和第三接触器212关断沿充电方向的电流。
图3示出了按照第三实施方式的按照本发明的电池系统300的示意图。
电池系统300包括电池系统100以及另外的电组件301、例如交流充电设备，其中，另外的电组件301的第一接头302(1)能够利用第一开关303(该第一开关303在所示出的实施方式中是接触器)与电化学能量存储器101的正极102电连接，并且/或者另外的电组件301的第二接头302(2)能够利用第二开关304(该第二开关304在所示出的实施方式中是晶体管)与电化学能量存储器101的负极103电连接。
通过另外的电组件301、例如高压辅助组件或交流充电设备与电化学能量存储器101的直接的电连接，能够在故障情况下更好地保护像逆变器104一样的电子组件。所述电连接能够通过接触器303、保险装置或者晶体管304(在单向或双向的截止布置结构中)在每个接头302(1)、302(2)中实现。
精确的布置结构依赖于车载电网层面上的安全构思，于是可行的组合能够为：接头302(1)、302(2)之一处的继电器，接头302(1)、302(2)之一处的保险装置；或者两个接头302(1)、302(2)处的继电器；或者接头302(1)、302(2)之一处的继电器以及接头302(1)、302(2)之一处的晶体管(可选地能单向截止或双向截止)；或者接头302(1)、302(2)之一处的晶体管(具有单向或双向的截止能力)。
逆变器104在按照本发明的电池系统300中有利地与另外的电组件301切断，由此，例如通过V2X所致的附加的载荷不会例如由于逆变器104的因宇宙辐射所致的失效或腐蚀效应而对电池系统100的寿命以及可靠性有直接影响。

Claims (10)

1.一种电池系统(100)，其包括：
-至少一个电化学能量存储器(101)；
-逆变器(104)，
其中，所述逆变器(104)的第一接头(105(1))能够借助于晶体管的反向串联的布置结构(107)与所述电化学能量存储器(101)的正极(102)电连接，所述晶体管的反向串联的布置结构(107)具有中间点接头(108)，并且
所述逆变器(104)的第二接头(105(2))能够借助于第一接触器(106)与所述电化学能量存储器(101)的负极(103)电连接；
-用于对所述电化学能量存储器(101)进行充电的充电设备(109)，
其中，所述充电设备(109)的第一接头(110(1))能够借助于晶体管的另外的反向串联的布置结构(111)与所述电化学能量存储器(101)的正极(102)电连接，
并且所述充电设备(109)的第二接头(110(2))能够借助于第二接触器(112)与所述电化学能量存储器(103)的负极(103)电连接。
2.一种电池系统(200)，其包括
-至少一个电化学能量存储器(201)；
-逆变器(204)，
其中，所述逆变器(205)的第一接头(205(1))能够借助于晶体管的反向串联的布置结构(207)与所述电化学能量存储器(101)的正极(202)电连接，所述晶体管的反向串联的布置结构(207)具有中间点接头(208)，并且
所述逆变器(204)的第二接头(205(2))能够借助于第一接触器(206)与所述电化学能量存储器(201)的负极(203)电连接；
-用于对所述电化学能量存储器(201)进行充电的充电设备(209)，
其中，所述充电设备(209)的第一接头(210(1))能够借助于第二接触器(211)经由电保险装置(216)与所述电化学能量存储器(201)的正极(202)电连接，
并且所述充电设备(209)的第二接头(210(2))能够借助于第三接触器(212)与所述电化学能量存储器(201)的负极(203)电连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200)，其中，所述电池系统(100、200)包括至少一个附加的电消耗器件(113、213)，其中，所述消耗器件(113、213)的第一接头(114(1)、214(2))能够经由另外的晶体管(115、215)利用所述第一接头(105(1)、205(1))与所述逆变器(104、204)电连接，并且所述消耗器件(113、213)的第二接头(114(2)、214(2))与所述逆变器(104、204)的第二接头(105(2)、205(2))电连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200)，其中，在所述反向串联的布置结构(107、207)中的晶体管的源极接头被电连接，并且/或者在所述另外的反向串联的布置结构(211)中的晶体管的源极接头被电连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200、300)，其此外包括另外的电组件(301)，其中，所述另外的电组件(301)的第一接头(302(1))能够利用第一开关(303)与所述电化学能量存储器(101)的正极(102)电连接，并且/或者所述另外的电组件(301)的第二接头(302(2))能够利用第二开关(304)与所述电化学能量存储器(101)的负极(103)电连接。
6.根据权利要求5所述的电池系统(100、200、300)，其中，所述第一开关(303)和/或所述第二开关(304)包括接触器和/或至少一个晶体管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200、300)，其中，所述充电设备(109、209)包括直流充电设备，并且/或者所述另外的电组件(301)包括交流充电设备。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200、300)，其中，所述电化学能量存储器(101、201)包括高压能量存储器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(100、200、300)，其中，所述晶体管(107、207、111、115、215)包括自截止的n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的电池系统(100、200、300)的用途，用于电动车辆、燃料电池车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、飞行工具以及用在用于存储尤其再生地获取的电能的固定式存储器中。
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