DE102009035475A1

DE102009035475A1 - Fahrzeug mit einer Batterieanordnung und Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009035475A1
Application number: DE102009035475A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl.-Ing. Stuis (Fh); Peter Dr. Haug; Peter Dr.-Ing. Friebe
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine Batterieanordnung (1) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n). Dabei sind zumindest zwei Zelltypen von Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) elektrisch miteinander verschaltet, wobei die Zelltypen unterschiedliche elektrische Parameter aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine Batterieanordnung mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, umfassend eine Batterieanordnung mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen.
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass Batterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Hybridanwendungen oder Elektrofahrzeuge, aus mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, gebildet sind. Diese sind meist mit einer zugehörigen Elektronik und Vorrichtungen zur Kühlung in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet.
Aufgrund unterschiedlicher Anwendungsbereiche existieren Zelltypen mit verschiedenen elektrischen Charakteristiken, wie Leistungszellen und Energiezellen. Dabei zeichnen sich Leistungszellen durch eine geringe Energiespeicherdichte, aber kurze Be- und Entladungszeiten aus. Energiezellen weisen dagegen eine hohe Energiespeicherdichte, aber lange Be- und Entladungszeiten auf.
Im Stand der Technik sind Einzelzellen des gleichen Zelltyps, d. h. jeweils mehrere Leistungszellen oder Energiezellen, zu einer Batterie verschaltet. Dadurch sind die gebildeten Batterien aufgrund des verwendeten Zelltyps entweder durch geringe Energiespeicherdichte sowie kurze Be- und Entladungszeit oder hohe Energiespeicherdichte sowie lange Be- und Entladungszeit gekennzeichnet.
Fahrzeuge, insbesondere elektrifizierte Fahrzeuge wie Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, weisen jedoch sehr unterschiedliche elektrische Lasten und somit schwankende Lastprofile auf. Um diese unterschiedlichen Lasten elektrisch versorgen zu können, existieren auch Mischformen aus Leistungszellen und Energiezellen, welche einen Kompromiss aus den Leistungszellen und Energiezellen darstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einer Batterieanordnung und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Batterieanordnung anzugeben, anhand welcher ein optimierter Betrieb der elektrischen Lasten erzielbar ist.
Hinsichtlich des Fahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs durch die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Fahrzeug, bei welchem es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug handelt, umfasst eine Batterieanordnung mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Zelltypen von Einzelzellen elektrisch miteinander verschaltet, wobei die Zelltypen unterschiedliche elektrische Parameter aufweisen. Daraus resultiert insbesondere der Vorteil, dass eine jeweilige Einzelzelle nicht einem gesamten elektrischen Leistungsspektrum des Fahrzeugs entsprechen muss, wodurch wiederum eine Lebensdauer der Einzelzellen erhöht wird. Auch kann ein maximales Spannungsniveau reduziert werden, insbesondere unterhalb einer kritischen Grenze von 500 Volt gehalten werden, was besonders bei Elektrofahrzeugen mit einer hohen Energiebeladung erforderlich ist.
Bevorzugt weisen die Einzelzellen unterschiedlicher Zelltypen jeweils eine unterschiedliche elektrische Spannung, elektrische Leistung, elektrische Stromstärke, elektrische Energiedichte und/oder elektrische Ladung auf, so dass für verschiedene elektrische Anwendungen im Fahrzeug, welche unterschiedliche elektrischen Lasten aufweisen, auch an diese angepasste und für die jeweilige Verwendung optimierte Einzelzellen einsetzbar sind.
Da ein Gewicht und ein Volumen der Einzelzellen stark von deren elektrischen Parametern, d. h. Eigenschaften, abhängen, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, bei welcher eine Anzahl von Einzelzellen jedes der Zelltypen von einem elektrischen Lastprofil abhängig gewählt ist, möglich, neben der optimierten elektrischen Auslegung der Batterieanordnung auch ein minimales Gewicht und/oder Volumen der Batterieanordnung zu realisieren.
Zusätzlich sind Einzelzellen mit gleichen Zelltypen in vorteilhafter Weise jeweils zu einem Zellverbund verschaltet, so dass eine gemeinsame Steuerung und ein gemeinsamer Betrieb der Einzelzellen ausführbar sind, wodurch wiederum der Betrieb der Batterieanordnung und des Fahrzeugs vereinfacht und optimiert ist.
Um eine einfache Steuerung der Zellverbunde sicherzustellen, sind diese mit einer gemeinsamen elektrischen Versorgungsleitung gekoppelt. Dabei ist die elektrische Versorgungsleitung vorzugsweise Bestandteil eines Hochvolt-Bussystems. Um dabei auch Zellverbunde mit unterschiedlichen Spannungsniveaus mit der gemeinsamen Versorgungsleitung zu koppeln, ist zwischen einer oder mehreren Zellverbunden und der Versorgungsleitung jeweils ein Gleichstromsteller angeordnet, so dass die Zellverbunde die gleiche elektrische Spannung zum Betrieb an der Versorgungsleitung aufweisen.
Weiterhin ist jeder Zellverbund in einem separaten Batteriegehäuse angeordnet und bildet eine Batterie, so dass je nach Verwendung eine einfache Kombination und elektrische Verschaltung verschiedener Zelltypen in Abhängigkeit des jeweiligen elektrischen Lastprofils des Fahrzeugs möglich ist.
Alternativ dazu sind mehrere Zellverbunde mit gleichen und/oder unterschiedlichen Zellentypen in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet und bilden eine Batterie, wodurch sich wiederum ein Herstellungs-, Montage- und Materialaufwand verringert.
Um einen elektrischen Betrieb der Einzelzellen in Abhängigkeit vom elektrischen Lastprofil des Fahrzeugs zu steuern, ist ein Batteriemanagementsystem mit den Einzelzellen gekoppelt.
In bevorzugter Weise sind zumindest Teile des Batteriemanagementsystems in ein Batteriegehäuse integriert oder an diesem angeordnet, woraus wiederum ein verringerter Herstellungs-, Montage- und Materialaufwand sowie eine einfache elektrische Verschaltung resultiert.
Bei dem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Batterieanordnung, umfassend mehrere elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen, werden erfindungsgemäß mittels eines Batteriemanagementsystems zumindest zwei elektrisch miteinander verschaltete Zelltypen von Einzelzellen, welche unterschiedliche elektrische Parameter aufweisen, in Abhängigkeit eines elektrischen Lastprofils gesteuert. Somit wird ein erhöhter Freiheitsgrad für eine Betriebsstrategie der Batterieanordnung erreicht, so dass eine Erhöhung der Lebensdauer der Einzelzellen erzielbar ist.
Vorzugsweise wird den Einzelzellen in Abhängigkeit des Zelltyps elektrische Energie zugeführt und/oder entnommen. So wird z. B. eine Einzelzelle mit einer hohen Energiedichte, aber langer Be- und Entladezeit in vorteilhafter Weise keiner alterungsintensiven dynamischen Be- und Entladung ausgesetzt. Diese dynamische Energieentnahme bzw. -zufuhr wird vorzugsweise auf eine oder mehrere Einzelzellen mit einer geringeren Energiedichte, aber kurzer Be- und Entladezeit verlagert.
Dazu werden in besonders vorteilhafter Weise ein Ladestrom, eine Ladespannung, ein Entladestrom und/oder eine Entladespannung der Einzelzellen in Abhängigkeit des Zelltyps eingestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein elektrisches Lastprofil eines Fahrzeugs,
2 schematisch eine Batterieanordnung mit mehreren Batterien,
3A schematisch einen Vergleich von Massen aus verschiedenen Zelltypen gebildeter Batterieanordnungen,
3B schematisch einen Vergleich von Volumina aus verschiedenen Zelltypen gebildeter Batterieanordnungen,
3C schematisch einen Vergleich von Nennspannungen aus verschiedenen Zelltypen gebildeter Batterieanordnungen, und
3D schematisch einen Vergleich einer Anzahl von Einzelzellen aus verschiedenen Zelltypen gebildeter Batterieanordnungen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein elektrisches Lastprofil eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
Zur Erzeugung des Lastprofils ist ein Leistungsanteil P% über einer elektrischen Leistung P abgetragen, wobei das Lastprofil den Leistungsbedarf aller elektrischen Lasten des Fahrzeugs widerspiegelt.
Wie dem Lastprofil zu entnehmen ist, entsteht während des Betriebs des Fahrzeugs der größte Energiebedarf in einem ersten Bereich B1 der Leistung P, wobei der erste Bereich B1 Leistungen P mit geringen bis zu mittleren Werten umfasst. Das heißt, der größte Leistungsbedarf liegt in einem geringen Leistungsbereich.
Während des Betriebs des Fahrzeugs entsteht weiterhin ein relativ geringer Energiebedarf in einem zweiten Bereich B2 der Leistung P, wobei der zweite Bereich B2 Leistungen P mit mittleren bis zu hohen Werten umfasst. In anderen Worten ausgedrückt, liegt der größte Leistungsbedarf in einem geringen Leistungsbereich, d. h. eine maximale Leistung P wird nur selten benötigt, so dass für einen Maximallastbereich eine relativ geringe Energiemenge erforderlich ist.
Da die elektrische Energie in dem ersten Bereich B1 über einen längeren Zeitraum von den elektrischen Lasten des Fahrzeugs benötigt wird, eignen sich insbesondere so genannte Energiezellen zur elektrischen Versorgung der Lasten, da diese eine hohe Energiespeicherdichte, aber lange Be- und Entladungszeiten aufweisen.
Die elektrische Energie in dem zweiten Bereich B2, welche durch relative hohe Werte der elektrischen Leistung P gekennzeichnet ist, wird dagegen meist nur kurzzeitig benötigt, so dass sich insbesondere so genannte Leistungszellen für die elektrische Versorgung von Lasten im Bereich hoher Werte der Leistung P eignen, da diese zwar nur eine geringe Energiespeicherdichte, aber kurze Be- und Entladungszeiten aufweisen.
Dabei eignen sich die beschriebenen Energiezellen jedoch aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften nicht für einen kurzzeitigen und/oder periodischen Energieentzug mit hohen Leistungswerten und die Leistungszellen nicht für einen langen bzw. dauerhaften Energieentzug.
In 2 ist eine Batterieanordnung 1 dargestellt, welche zwei elektrisch in Reihe verschaltete Batterien 2 und 3 umfasst.
Dabei sind Einzelzellen 2.1 bis 2.n eines ersten Zelltyps insbesondere aus Energiezellen gebildet, welche sich durch die hohe Energiespeicherdichte und längere Be- und Entladungszeiten auszeichnen, zu einem ersten Zellverbund Z1 zusammengefasst, in einem Batteriegehäuse G1 angeordnet und bilden die erste Batterie 2.
Einzelzellen 3.1 bis 3.n eines zweiten Zelltyps, insbesondere Leistungszellen, welche gegenüber den Energiezellen eine geringere Energiespeicherdichte, aber kurze Be- und Entladungszeiten aufweisen, sind zu einem zweiten Zellverbund Z2 zusammengefasst, in einem separaten Batteriegehäuse G2 und bilden die zweite Batterie 3.
Alternativ ist es in nicht näher dargestellter Weise auch möglich, dass die Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n jeweils zu einem Zellverbund Z1 bzw. Z2 zusammengefasst, aber in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind.
Die Batterien 2 und 3, d. h. deren Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n, sind derart elektrisch dimensioniert und miteinander verschaltet, dass die elektrischen Funktionen der Energiezellen 2.1 bis 2.n und Leistungszellen 3.1 bis 3.n an das in 1 dargestellte Lastprofil des Fahrzeugs angepasst sind.
Durch die Anpassung der Batterien 2 und 3 an das elektrische Lastprofil des Fahrzeugs werden Über- und Unterdimensionierungen der Batterien 2 und 3 vermieden, so dass eine optimale Funktion einer elektrischen Anlage des Fahrzeugs bei minimalen Material-, Kosten- und Herstellungsaufwand sichergestellt ist.
Zur elektrischen Dimensionierung der Batterien 2 und 3 sind die Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n unterschiedlichen Zelltyps mit verschiedenen elektrischen Parametern jeweils zu einer Batterie 2 und 3 zusammengefasst. Zu den elektrischen Parametern zählen die elektrische Spannung U, welche in 3C dargestellt ist, die elektrische Leistung, elektrische Stromstärke, elektrische Energiedichte und/oder elektrische Ladung.
Weiterhin ist eine Anzahl der jeweiligen Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n von dem Lastprofil des Fahrzeugs abhängig gewählt. Das heißt, in Abhängigkeit der Leistungscharakteristik und Anzahl der elektrischen Lasten des Fahrzeugs wird die Anzahl der Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n des jeweiligen Zelltyps bestimmt, so dass die Batterien 2 und 3 hinsichtlich der erforderlichen elektrischen Leistung P optimal ausgebildet sind.
Die aus den Leistungszellen gebildete Batterie 3 weist eine höhere elektrische Spannung U auf als die aus den Energiezellen gebildete Batterie 2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Anlage des Fahrzeugs auf die Spannung U der Batterie 2 ausgelegt, so dass ein Gleichstromsteller 4 (DC/DC-Wandler) vorgesehen ist, welcher die Spannung U der Batterie 3 auf ein Spannungsniveau der Batterie 2 wandelt.
Zur Energieversorgung der elektrischen Last, bei welcher es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Wechselstrommotor 5 handelt, sind die Batterien 2 und 3 mit einer gemeinsamen elektrischen Versorgungsleitung 6 gekoppelt, die insbesondere Bestandteil eines nicht näher dargestellten Hochvolt-Bussystems ist.
Zur Umwandlung der von den Batterien 2 und 3 abgegebenen Spannung U, die eine Gleichspannung ist, in eine zur elektrischen Versorgung des Wechselstrommotors 5 erforderliche Wechselspannung ist vor dem Wechselstrommotor 5 ein Wechselrichter 7 angeordnet.
Der Wechselstrommotor 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Antriebsmaschine des Fahrzeugs, dessen elektrische Leistung zur Erläuterung der folgenden Ausführungen der in dem Leistungsprofil gemäß 1 dargestellten elektrischen Leistung P entspricht.
Bei einer Energieanforderung des Wechselstrommotors 5 im ersten Bereich B1 der Leistung P und über einen längeren Zeitraum, wie es z. B. bei einer konstanten Fahrt mit nur wenigen und/oder geringen Lastwechseln der Fall ist, wird die Batterieanordnung 1 mittels eines Batteriemanagementsystems 8 derart angesteuert, dass dem Wechselstrommotor 5 die notwendige elektrische Energie aus der ersten Batterie 2 mittels der als Energiezellen ausgebildeten Einzelzellen 2.1 bis 2.n zugeführt wird.
Bei einer Energieanforderung des Wechselstrommotors 5, die kurzzeitig eine höhere Leistung P des Bereichs B2 darstellt, wird die Batterieanordnung 1 mittels des Batteriemanagementsystems 8 so angesteuert, dass der Wechselstrommotor 5 mit elektrischer Energie aus der zweiten Batterie 3 versorgt wird. Eine derartige Energieanforderung kann beispielsweise bei einem Überhol- bzw. Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs auftreten, bei welchem der Wechselstrommotor 5 für eine relativ kurze Zeit eine hohe Leistung P benötigt.
Das Batteriemanagementsystem 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel schematisch zwischen den Batterien 2 und 3 angeordnet, kann jedoch gemäß weiterer nicht näher dargestellter Ausführungsbeispiele zumindest teilweise in das Batteriegehäuse G1 und/oder das Batteriegehäuse G2 integriert oder an diesen angeordnet, insbesondere befestigt sein. Dabei umfasst das Batteriemanagementsystem 8 verschiedene nicht näher dargestellte Sensoren zur Erfassung der elektrischen Parameter und weiterer Parameter, wie z. B. einer Temperatur, der Batterien 2 und 3, Schaltgeräte sowie Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung der Funktionen der Batterien 2 und 3.
Neben der Entnahme der Energie aus den Batterien 2 und 3 bei einer Leistungsanforderung durch den Wechselstrommotor 5 und der damit verbundenen Einstellung eines Entnahmestromes und/oder einer Entnahmespannung wird mittels des Batteriemanagementsystems 8 weiterhin eine Zuführung elektrischer Energie zum Aufladen der Batterien 2 und 3 bzw. der Einzelzellen 2.1 bis 2.n und 3.1 bis 3.n gesteuert, wobei die Energiezellen vorzugsweise über einen längeren Zeitraum mit geringerer Ladeleistung und die Leistungszellen in kurzen Zeiträumen mit höherer Ladeleistung beaufschlagt werden.
Zu diesem Zweck der Einstellung der Ladeleistung werden ein Ladestrom und/oder eine Ladespannung gesteuert und/oder geregelt.
Die 3A bis 3D zeigen charakteristische Größen von verschiedenen Batterieanordnungen im Vergleich. Dabei sind jeweils die in 2 dargestellte Batterieanordnung 1, welche aus Leistungszellen und Energiezellen gebildet ist, eine weitere Batterieanordnung, welche aus Leistungszellen und Mediumzellen gebildet ist sowie Batterieanordnungen die aus Leistungszellen, Mediumzellen oder Energiezellen gebildet sind, gegenübergestellt.
Mediumzellen stellen dabei einen Kompromiss zwischen einer Leistungs- und einer Energiezelle dar und zeichnen sich durch eine mittlere Energiespeicherdichte sowie eine mittlere Be- und Entladungszeit aus.
3A zeigt einen Vergleich von Massen m in Abhängigkeit von der Leistung P. Daraus wird ersichtlich, dass insbesondere eine Masse m1 der aus Energiezellen und eine Masse m2 der aus Mediumzellen gebildeten Batterieanordnung im Vergleich zur Masse m3 der aus Leistungszellen gebildeten Batterieanordnung um ein Vielfaches kleiner sind. Durch die Kombination von Leistungszellen und Energiezellen und die Notwendigkeit einer geringen Menge an Leistungszellen mit großem Gewicht m3 kann insbesondere bei einer Anwendung der Batterieanordnung eine Masse m4 erreicht werden, die um ein Vielfaches kleiner ist als die Masse m3 der Batterieanordnung mit den Leistungszellen zur gleichen Verwendung. Auch eine Masse m5 bei einer Kombination von Leistungszellen und Mediumzellen ist sehr viel geringer als die Masse m3, so dass durch die daraus resultierende Gewichteinsparung insbesondere ein Energieverbrauch des Fahrzeugs und somit auch ein Schadstoffausstoß bei der Erzeugung dieser Energie verringert werden.
3B zeigt einen Vergleich von Volumina V der aus verschiedenen Zelltypen gebildeten Batterieanordnungen, wobei die einzelnen Volumen V1 bis V5 mit den Massen m1 bis m5 korrelieren. Die aus Energiezellen oder Mediumzellen gebildeten Batterieanordnungen weisen die kleinsten Volumina V1 und V2 auf. Durch die Kombination der Leistungszellen mit den Energiezellen oder der Leistungszellen mit den Mediumzellen sind insbesondere im zweiten Bereich B2 weitaus geringere Volumina V4 und V5 erzielbar als das Volumen V3 bei der ausschließlichen Verwendung von Leistungszellen.
Auch die maximale elektrische Spannung U der Batterieanordnungen kann durch Kombination der verschiedenen Zelltypen verringert werden. Wie 3C zeigt, weisen die Batterieanordnungen mit Energiezellen und die Batterien mit Mediumzellen geringe elektrische Spannungen U1 und U2 auf, wohingegen die Batterieanordnung, welche aus Leistungszellen gebildet ist, durch eine große elektrische Spannung U3 gekennzeichnet ist. Durch die Kombination der Leistungszellen mit den Energiezellen oder der Leistungszellen mit den Mediumzellen sind Spannungen U4 und U5 erzielbar, die wiederum im zweiten Bereich B2 unterhalb der Spannung U3 der Batterieanordnung mit Leistungszellen liegen. Dabei werden insbesondere Spannungen U4 und U5 erzielt, die geringer als 500 Volt sind, was beispielsweise aufgrund von Sicherheitsmaßnahmen und Isolationsvorschriften bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen von großem Vorteil ist.
3D zeigt einen Vergleich einer Anzahl n von Einzelzellen aus verschiedenen Zelltypen gebildeter Batterieanordnungen, wobei aus Energiezellen und Mediumzellen gebildete Batterieanordnungen eine relative geringe Anzahl n1 bzw. n2 an Einzelzellen aufweisen, woraus sich wiederum die in den 3A und 3B dargestellten geringen Massen m1, m2 sowie Volumina V1, V2 ableiten.
Aufgrund der hohen Leistungsabgabe benötigt die aus Leistungszellen gebildete Batterieanordnung eine große Anzahl n3 an Einzelzellen, woraus deren hohe Masse m3 und Volumen V3 resultiert.
Die durch die Kombination von Leistungszellen mit Energiezellen oder Leistungszellen mit Mediumzellen gebildeten Batterieanordnungen benötigen insbesondere im zweiten Bereich B2 der Leistung P eine geringere Anzahl an Einzelzellen als die aus den Leistungszellen gebildete Batterieanordnung, was aus der Optimierung der elektrischen Eigenschaften und der Auswahl der Einzelzellen in Abhängigkeit vom Lastprofil des Fahrzeugs resultiert.
Bezugszeichenliste

1: Batterieanordnung
2: Batterie
2.1 bis 2.n: Einzelzelle
3: Batterie
3.1 bis 3.n: Einzelzelle
4: Gleichstromsteller
5: Wechselstrommotor
6: Versorgungsleitung
7: Wechselrichter
8: Batteriemanagementsystem
B1, B2: Bereich
G1, G2: Batteriegehäuse
m: Masse
m1 bis m5: Masse
n: Anzahl
n1 bis n5: Anzahl
P: Leistung
P%: Leistungsanteil
U: Spannung
U1 bis U5: Spannung
V: Volumen
V1 bis V5: Volumen
Z1, Z2: Zellverbund

Claims

Fahrzeug, umfassend eine Batterieanordnung (1) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Zelltypen von Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) elektrisch miteinander verschaltet sind, wobei die Zelltypen unterschiedliche elektrische Parameter aufweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) unterschiedlicher Zelltypen jeweils eine unterschiedliche elektrische Spannung (U), elektrische Leistung, elektrische Stromstärke, elektrische Energiedichte und/oder elektrische Ladung aufweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl (n, n1 bis n5) von Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) jedes der Zelltypen von einem elektrischen Lastprofil abhängig gewählt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) mit gleichen Zelltypen jeweils zu einem Zellverbund (Z1, Z2) verschaltet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbunde (Z1, Z2) jeweils direkt oder mittels eines Gleichstromstellers (4) mit einer gemeinsamen elektrischen Versorgungsleitung (6) gekoppelt sind.
Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgungsleitung (6) Bestandteil eines Hochvolt-Bussystems ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zellverbund (Z1, Z2) in einem separaten Batteriegehäuse (G1, G2) angeordnet ist und eine Batterie (B1, B2) bildet.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zellverbunde (Z1, Z2) mit gleichen und/oder unterschiedlichen Zellentypen in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind und eine Batterie bilden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriemanagementsystem (8) mit den Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) gekoppelt ist, anhand welchem ein elektrischer Betrieb der Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) in Abhängigkeit von einem elektrischen Lastprofil steuerbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des Batteriemanagementsystems (8) in ein Batteriegehäuse (G1, G2) integriert oder an diesem angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ist.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, umfassend eine Batterieanordnung (1) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Batteriemanagementsystems (8) zumindest zwei elektrisch miteinander verschaltete Zelltypen von Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n), welche unterschiedliche elektrische Parameter aufweisen, in Abhängigkeit eines elektrischen Lastprofils gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) in Abhängigkeit des Zelltyps elektrische Energie zugeführt und/oder entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestrom und/oder eine Ladespannung der Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) in Abhängigkeit des Zelltyps eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entladestrom und/oder eine Entladespannung der Einzelzellen (2.1 bis 2.n, 3.1 bis 3.n) in Abhängigkeit des Zelltyps eingestellt werden.