DE102013208583A1 - Antriebsbatterie für den n-phasigen Betrieb eines Elektromotors sowie ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betrieb des Antriebssystems - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Antriebsbatterie (60) für den n-phasigen Betrieb eines Elektromotors (50) zur Verfügung gestellt, welche mindestens 2·n Batteriestränge (40) umfasst, wobei jeder Batteriestrang (40) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (30) aufweist und wobei je Batteriestrang (40) mindestens eine Batteriezelle (30) per Ansteuerung einer der jeweiligen Batteriezelle (30) zugehörigen Koppelschaltung (7) zu dem jeweiligen Batteriestrang (40) hinzuschaltbar und von dem jeweiligen Batteriestrang (40) entkoppelbar ist. Ferner ist jeder Batteriestrang (40) mit einer von 2·n Polwicklungen eines n-phasig betreibbaren Elektromotors (50) verbindbar, wobei n Є N+ und n > 1 gilt. Erfindungsgemäß sind von den mindestens 2·n Batteriesträngen (40) jeweils zwei per Ansteuerung der Koppelschaltungen (7) ihrer jeweiligen Batteriezellen (30) dazu ausgebildet, eine stets phasensynchrone Wechselspannung zu erzeugen. Ferner wird ein Antriebssystem (70) und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (70) bereitgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsbatterie für den n-phasigen Betrieb eines Elektromotors, welche mindestens 2·n Batteriestränge aufweist sowie ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betrieb des Antriebssystems.
  • Stand der Technik
  • Für aktuelle und zukünftige Automobilgenerationen spielt die Elektromobilität eine immer wichtiger werdende Rolle. Elektroantriebe kommen entweder komplett als Alternative zum bekannten Verbrennungsmotor oder als Unterstützung des Verbrennungsmotors in sogenannten Hybrid-Fahrzeugen zum Einsatz. Im Stand der Technik sieht das Konzept dieser Antriebe momentan eine Traktionsbatterie beziehungsweise eine Antriebsbatterie mit in Serie geschalteten Batteriezellen, einem entsprechenden Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator und einem Inverter vor, der die Zwischenkreisspannung, also die Gleichspannung, in die erforderliche n-Phasen-, meist jedoch 3-Phasen-Sinusspannung umwandelt.
  • Die Antriebsbatterien des Standes der Technik beinhalten typischerweise eine Vielzahl an Lithium-Ionen-Batteriezellen, welche nur in einem sehr eingeschränkten Temperatur- beziehungsweise Spannungsbereich betrieben werden dürfen. Ferner dürfen Lithium-Ionen-Batteriezellen nicht über eine vorbestimmte Schwelle hinaus geladen beziehungsweise unter eine vorbestimmte Schwelle entladen werden. Um sicherstellen zu können, dass die Batteriezellen stets in den aus den zuvor genannten Bedingungen ableitbaren Arbeitspunkten betrieben werden, kommt in den Antriebsbatterien des Standes der Technik oft Sensorik in Form von Überwachungsschaltungen zum Einsatz.
  • Die Spannung und Temperatur einer jeden Batteriezelle wird dazu durch eine Überwachungsschaltung erfasst und die Information über diese Größen an eine zentrale Einheit weitergeleitet. Oft sind in derartigen Überwachungsschaltungen auch Mittel zum aktiven oder passiven Balancing der Batteriezellen vorgesehen, über welche der Ladezustand der Batteriezellen untereinander angeglichen wird. Die Überwachungsschaltungen sind typischerweise zusammen mit den Batteriezellen verbaut. Von der Antriebsbatterie wird die sogenannte Zwischenkreisspannung, bei welcher es sich um eine Gleichspannung von meist ca. 400 bis 500 V handelt, bereitgestellt beziehungsweise in den Inverter geleitet. Der Inverter, bei welchem es sich um einen sogenannten Pulswechselrichter (PWR) handelt, wandelt die Gleichspannung in eine meist 3-phasige Wechselspannung, welche direkt an die E-Maschine beziehungsweise den Elektromotor geleitet wird. Abhängig von der Frequenz, welche diese Wechselspannung aufweist, dreht der Elektromotor und variiert die Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Der Pulswechselrichter arbeitet in der Regel mit sogenannten Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), welche in einer B6-Brückenkonfiguration angeordnet und somit auch zur Erzeugung negativer Spannungen der meist drei Phasen in der Lage sind.
  • Ein alternatives Konzept zu der zuvor beschriebenen Topologie ist das sogenannte „ALETO"-Konzept, welches wiederum zwei unterschiedliche Konfigurationen vorsieht, welche als Direktinverter-(DINV-) und Direktkonverter-(DICO-)Konzepte bekannt sind. Beide diese Konzepte greifen in die bisherige, zuvor beschriebene Topologie der Antriebsbatterie ein. Beispielsweise wird die Antriebsbatterie bei dem Direktinverter-Konzept in einzelne Batteriemodule, zum Beispiel zu jeweils 12 Batteriezellen aufgeteilt, welche jeweils zu der Antriebsbatterie hinzuschaltbar beziehungsweise von der Antriebsbatterie entkoppelbar, also quasi nach Art eines Bypasses überbrückbar ausgeführt sind. Eine Weiterentwicklung dieses „ALETO“-Konzeptes ist mit dem sogenannten „Smart-Cell“-Konzept gegeben. Hier werden nicht mehr Batteriemodule mit einer bestimmten Anzahl von in Reihe geschalteter Batteriezellen von der Antriebsbatterie entkoppelbar beziehungsweise zu dieser hinzuschaltbar ausgeführt, sondern jede Batteriezelle wird separat geschaltet, ist also separat zu der Antriebsbatterie hinzuschaltbar beziehungsweise von dieser entkoppelbar, gleich wie die Batteriemodule bei dem „ALETO"-Prinzip.
  • Die Hinzuschaltung beziehungsweise Entkopplung der einzelnen Batteriezellen erfolgt dabei, wie schon bei dem Batteriedirektinverter- beziehungsweise dem Batteriedirektkonverter-Prinzip, über Schaltmittel, welche in einer Koppelschaltung, meist in einer Halbbrücken- oder Vollbrückenkonfiguration miteinander und mit der jeweiligen Batteriezelle verschaltet sind. Die Schaltmittel dieser Koppelschaltungen müssen stets den gesamten Strangstrom, welcher derzeit beispielsweise einen Betrag von 480 Ampere übersteigen kann, zu führen in der Lage sein. Derart hohe Ströme stellen jedoch eine starke Belastung für die Schaltmittel der Koppelschaltung dar, welcher im Stand der Technik mit einer meist kostspieligen Auslegung der Schaltmittel der Koppelschaltung Rechnung getragen werden muss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird eine Antriebsbatterie für den n-phasigen Betrieb eines Elektromotors zur Verfügung gestellt, welche mindestens 2·n Batteriestränge umfasst, wobei jeder Batteriestrang eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen aufweist und wobei je Batteriestrang mindestens eine Batteriezelle per Ansteuerung einer der jeweiligen Batteriezelle zugehörigen Koppelschaltung zu dem jeweiligen Batteriestrang hinzuschaltbar und von dem jeweiligen Batteriestrang entkoppelbar ist. Ferner ist jeder Batteriestrang mit einer von 2·n Polwicklungen eines n-phasig betreibbaren Elektromotors verbindbar, wobei n Є N+ und n > 1 gilt. Erfindungsgemäß sind von den mindestens 2·n Batteriesträngen jeweils zwei per Ansteuerung der Koppelschaltungen ihrer jeweiligen Batteriezellen dazu ausgebildet, eine stets phasensynchrone Wechselspannung zu erzeugen. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind von den mindestens 2·n Batteriesträngen jeweils zwei durch das phasensynchrone Hinzuschalten beziehungsweise das phasensynchrone Entkoppeln ihrer jeweiligen Batteriezellen dazu ausgebildet, eine stets phasensynchrone Wechselspannung zu erzeugen.
  • Der Vorteil einer derartigen Antriebsbatterie liegt darin, dass zur Erzeugung der Wechselspannungen der n Phasen für einen n-phasigen Elektromotor nun mindestens 2·n·Batteriestränge bereitstehen, also je Phase zwei oder mehr Batteriestränge zur Verfügung stehen, so dass der Strom je Batteriestrang im Vergleich zum Stand der Technik halbiert oder sogar noch weitere reduziert ist. Dadurch werden die Koppelschaltungen, beziehungsweise die Schaltmittel der Koppelschaltungen, welche zur Hinzuschaltung oder zur Entkopplung der Batteriezellen verwandt werden, stark entlastet. Ferner können die verbauten Schaltmittel von vornherein kleiner dimensioniert werden, was sich positiv bei einer eventuell vorzusehenden Schaltentlastung beziehungsweise positiv auf die Avalanchefestigkeit der Schaltmittel auswirkt. Durch die Verwendbarkeit einfacherer beziehungsweise kleiner dimensionierter Schaltmittel können auch die Kosten für die Realisierung der Antriebsbatterie reduziert werden.
  • Ferner bevorzugt ist jede Batteriezelle der Antriebsbatterie per Ansteuerung einer der jeweiligen Batteriezelle zugehörigen Koppelschaltung zu ihrem jeweiligen Batteriestrang hinzuschaltbar und von ihrem jeweiligen Batteriestrang entkoppelbar. Dadurch lässt sich die von einem Batteriestrang erzeugbare Wechselspannung genauer einstellen.
  • Bevorzugt weist je Batteriestrang mindestens eine der Batteriezellen eine Überwachungsschaltung auf, welche jeweils dazu ausgebildet ist, mindestens einen Zustandsparameter ihrer jeweiligen Batteriezelle zu überwachen. Ferner bevorzugt ist die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet, eine der Veränderung des Zustandsparameters entgegenwirkende Maßnahme zu initialisieren beziehungsweise einzuleiten. Dadurch kann die Lebensdauer der Antriebsbatterie erhöht werden.
  • In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist der mindestens eine Zustandsparameter die Batteriezellspannung und/oder die Temperatur und/oder der Ladezustand der jeweiligen Batteriezelle. Dadurch kann abgesichert werden, dass die mit Überwachungsschaltungen versehenen Batteriezellen der Antriebsbatterien stets in den vorgeschriebenen Betriebsbereichen betrieben werden. Dies erhöht die Sicherheit und die Lebensdauer der Antriebsbatterie und schützt selbige beispielsweise vor Überspannungen oder Übertemperaturen.
  • Ferner bevorzugt weisen die Koppelschaltungen jeweils mindestens ein Schaltmittel auf, welches jeweils dazu ausgebildet ist, maximal einen Strom zu führen, welcher einen Wert von m/n Ampere nicht überschreitet, wobei m € [300 A; 1000 A] und wobei n der Anzahl der Phasen entspricht, mit welchen der mit der Antriebsbatterie verbindbare Elektromotor betreibbar ist und wobei n Є N+ und n > 1 gilt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht m = 480 A. In einer ferner bevorzugten Ausführungsform entspricht m = 300 A. in einer des Weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht m = 1000 A. In einer solchen Ausführungsform sind die Schaltmittel besonders kostengünstig realisierbar.
  • In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform sind die Schaltmittel als Leistungshalbleiter ausgeführt. Leistungshalbleiter sind verhältnismäßig günstig und weisen eine hohe Lebensdauer auf. Sie können mit einer hohen Schaltfrequenz betrieben werden und weisen nur geringe Verluste auf.
  • In einer ferner bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltmittel als MOSFETs ausgeführt. MOSFETs sind kostengünstig und sehr kompakt, das heißt in einer hohen Integrationsdichte realisierbar. Ferner weisen MOSFETs eine schnelle Schaltzeit sowie stabile Verstärkungs- und Antwortzeiten auf.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der Antriebsbatterie um eine Lithium-Ionen-Batterie. Ferner bevorzugt weist die Antriebsbatterie Lithium-Ionen-Batteriezellen auf. Vorteile solcher Batterien beziehungsweise solcher Batteriezellen sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien beziehungsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
  • Des Weiteren wird ein Antriebssystem zur Verfügung gestellt, welches eine erfindungsgemäße Antriebsbatterie sowie einen n-phasig betreibbaren Elektromotor umfasst, welcher mindestens genauso viele Anschlüsse und mit diesen elektrisch leitfähig verbundene Polwicklungen aufweist, wie die Antriebsbatterie Batteriestränge aufweist. Jeweils ein Batteriestrang der erfindungsgemäßen Antriebsbatterie ist über jeweils einen der Anschlüsse des Elektromotors mit genau einer Polwicklung des Elektromotors elektrisch leitfähig verbunden. Ferner ist der Elektromotor durch die mit ihm verbundene erfindungsgemäße Antriebsbatterie betreibbar. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht n, das heißt die Anzahl der unterschiedlichen Phasen der Wechselspannungen, mit welchen der Elektromotor betreibbar ist, höchstens der Hälfte der Anzahl der Batteriestränge, welche die Antriebsbatterie aufweist. Beispielsweise umfasst die Antriebsbatterie eines Antriebsystems mit einem 3-phasigen Elektromotor bevorzugt mindestens sechs Batteriestränge, von denen jeweils zwei phasensynchron betrieben werden, so dass also die von jeweils zwei Batteriesträngen erzeugten Wechselspannungen stets dieselbe Phase aufweisen. Solche Antriebssysteme weisen eine längere Lebensdauer als die Antriebssysteme des Standes der Technik auf und sind zudem kostengünstiger.
  • Bevorzugt weist der n-phasig betreibbare Elektromotor 2·n Polwicklungen auf, von denen jeweils zwei dazu ausgebildet sind, zu einem Betrieb des Elektromotors mit einer zueinander phasensynchronen Wechselspannung beaufschlagt zu werden und wobei n Є N+ und n > 1. Insbesondere ein solcher Elektromotor ist dazu ausgebildet, durch eine erfindungsgemäße Antriebsbatterie in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem betrieben zu werden.
  • Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems bereitgestellt, welches ein erfindungsgemäßes Antriebssystem umfasst. Das Verfahren umfasst den folgenden Verfahrensschritt: Ansteuern der Koppelschaltungen der Batteriezellen der 2·n Batteriestränge zur Erzeugung von 2·n Wechselspannungen mit n unterschiedlichen Phasen, wobei die Koppelschaltungen von jeweils zwei der 2·n Batteriestränge phasensynchron angesteuert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt werden die Koppelschaltungen der ansteuerbaren Batteriezellen der 2·n Batteriestränge so angesteuert, dass 2·n Wechselspannungen generiert werden, von denen n eine unterschiedliche Phase zueinander aufweisen, also jeweils zwei Batteriestränge eine phasensynchrone Wechselspannung erzeugen. Mit anderen Worten ausgedrückt werden jeweils zwei Batteriestränge auf gleiche Art und Weise synchron angesteuert.
  • Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebsbatterie und/oder einem erfindungsgemäßen Antriebssystem bereitgestellt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die einzige
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Antriebsbatterie.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 70 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsbatterie 60 zum 3-phasigen Betrieb eines Elektromotors 50 dargestellt. Die erfindungsgemäße Antriebsbatterie 60 weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft sechs Batteriestränge 40 auf, wobei jeder Batteriestrang 40 eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen 30 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel sind rein beispielhaft alle Batteriezellen 30 über jeweils eine ansteuerbare Koppelschaltung 7, über welche die Batteriezellen 30 jeweils mit ihren jeweiligen Batteriesträngen 40 verbunden beziehungsweise verschaltet sind, zu ihren jeweiligen Batteriesträngen 40 hinzuschaltbar beziehungsweise von ihren jeweiligen Batteriesträngen 40 entkoppelbar. Dabei sind die zur Hinzuschaltung beziehungsweise Entkopplung der Batteriezellen 30 ansteuerbaren Koppelschaltungen 7 in diesem Ausführungsbeispiel als Vollbrücken ausgeführt. Es können allerdings auch andere Antriebsbatterien 60 beziehungsweise Antriebssysteme 70 ausgeführt sein, in welchen die Koppelschaltungen 7 beispielsweise als Halbbrücken oder aber auch als ganz andere Schaltungen ausgeführt sind. Ferner können erfindungsgemäße Antriebsbatterien 60 realisiert werden, in welchen nicht alle Batteriezellen 30 von den Batteriesträngen 40 entkoppelbar beziehungsweise zu den Batteriesträngen 40 hinzuschaltbar sind. Von der Vielzahl der Batteriezellen 30 sind in 1 je Batteriestrang 40 lediglich zwei dargestellt, während eine verbleibende Anzahl an Batteriezellen 30 je Batteriestrang 40 durch jeweils eine gepunktete Linie angedeutet ist. Jeder der Batteriestränge 40 der Antriebsbatterie 60 ist mit einer von in diesem Ausführungsbeispiel des Antriebssystems 70 sechs Polwicklungen eines 3-phasig betreibbaren Elektromotors 50 elektrisch leitfähig verbunden. Von den sechs Batteriesträngen 40 sind jeweils zwei per Ansteuerung der Koppelschaltungen 7 ihrer jeweiligen Batteriezellen 30 dazu ausgebildet, eine stets phasensynchrone Wechselspannung zu erzeugen. Mit anderen Worten ausgedrückt sind durch das phasensynchrone Hinzuschalten beziehungsweise Entkoppeln der Batteriezellen 30 der Batteriestränge 40 insgesamt sechs den Batteriesträngen 40 jeweils zuordenbare Wechselspannungen erzeugbar, von denen jeweils zwei zueinander phasensynchron sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel weist rein beispielhaft jede der Batteriezellen 30 eine Überwachungsschaltung auf beziehungsweise ist jeder Batteriezelle 30 eine Überwachungsschaltung zugeordnet (nicht dargestellt), welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils rein beispielhaft dazu ausgebildet ist, die Batteriezellspannung, die Temperatur sowie den Ladezustand ihrer jeweiligen Batteriezelle 30 zu überwachen. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Antriebssysteme 70 mit erfindungsgemäßen Antriebsbatterien 60 und Überwachungsschaltungen realisiert sein, welche zur Überwachung anderer Zustandsparameter als den zuvor genannten ausgebildet sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel weisen die rein beispielhaft als Vollbrücken ausgeführten Koppelschaltungen 7 der Antriebsbatterie 60 jeweils vier Schaltmittel 1 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils rein beispielhaft dazu ausgebildet sind, maximal einen Strom zu führen, welcher einen Wert von 480/3 Ampere, also 160 A nicht überschreitet. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die in den Koppelschaltungen 7 der Antriebsbatterie 60 verbauten Schaltmittel 1 jeweils lediglich dazu ausgebildet, von einem Strom durchflossen zu werden, welcher einen Wert von 160 A nicht überschreitet. Übersteigt der durch die Schaltmittel 1 der Koppelschaltungen 7 der Antriebsbatterie 60 fließende Strom diesen Wert, können die Schaltmittel 1 der Koppelschaltungen 7 Schaden nehmen.
  • Die Schaltmittel 1 sind in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Leistungshalbleiter, genauer beschrieben, als MOSFETs ausgeführt. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Koppelschaltungen 7 mit Schaltmitteln 1 ausgeführt sein, bei welchen es sich nicht um Leistungshalbleiter und nicht um MOSFETs oder aber um andere Leistungshalbleiterschalter handelt. In diesem Ausführungsbeispiel ist jede einzelne der Vielzahl der Batteriezellen 30 über jeweils eine Koppelschaltung 7 zu jeweils einem Batteriestrang 40 hinzuschaltbar oder von dem jeweiligen Batteriestrang 40 entkoppelbar. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Antriebsbatterien 60 realisiert werden, bei welchen jeweils mehrere Batteriezellen 30, beispielsweise ganze Batteriemodule, über jeweils eine Koppelschaltung 7 zu einem Batteriestrang 40 hinzuschaltbar oder von diesem entkoppelbar sind.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt umfasst das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Antriebssystem 70 rein beispielhaft die zuvor beschriebene Antriebsbatterie 60 sowie einen in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft 3-phasig betreibbaren Elektromotor 50, welcher genauso viele Anschlüsse 51 und mit diesen elektrisch leitfähig verbundene Polwicklungen (nicht dargestellt) aufweist, wie die Antriebsbatterie 60 Batteriestränge 40 aufweist, also in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft sechs. Jeweils einer der Batteriestränge 40 der Antriebsbatterie 60 ist über jeweils einen der Anschlüsse 51 des Elektromotors 50 mit genau einer Polwicklung des Elektromotors 50 elektrisch leitfähig verbunden. Der Elektromotor 50 ist durch die mit ihm verbundene Antriebsbatterie 60 betreibbar. Es können auch erfindungsgemäße Antriebssysteme 70 realisiert werden, welche andere Elektromotoren 50, beispielsweise 2- oder 4-phasig betreibbare Elektromotoren 50 aufweisen. Die für den Antrieb solcher Elektromotoren 50 in erfindungsgemäßen Antriebssystemen 70 vorgesehenen Antriebsbatterien 60 weisen dann erfindungsgemäß jeweils mindestens doppelt so viele Batteriestränge 40 auf, also bei 2-phasig betreibbaren Elektromotoren 50 mindestens vier und bei 4-phasig betreibbaren Elektromotoren 50 mindestens acht Batteriestränge 40 auf. Von diesen Batteriesträngen 40 werden dann jeweils zwei durch das Hinzuschalten beziehungsweise Entkoppeln der den Batteriesträngen 40 zugehörigen Batteriezellen 30 phasensynchron, also mit gleicher Phase betrieben. Mit anderen Worten ausgedrückt sind jeweils zwei der Batteriestränge 40 dazu ausgebildet, Wechselspannungen zu erzeugen, welche zueinander phasensynchron sind. Mit abermals anderen Worten ausgedrückt, sind die von jeweils zwei Batteriesträngen 40 erzeugbaren Wechselspannungen jeweils zueinander phasensynchron.
  • In diesem Ausführungsbeispiel weist der 3-phasig betreibbare Elektromotor 50 genau sechs Polwicklungen auf, von denen jeweils zwei dazu ausgebildet sind, zu einem Betrieb des Elektromotors 50 mit einer zueinander phasensynchronen Wechselspannung beaufschlagt zu werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der 3-phasig betreibbare Elektromotor 50 so ausgestaltet, dass er durch die erfindungsgemäße, sechs Batteriestränge 40 aufweisende Antriebsbatterie 60 angetrieben werden kann.

Claims (10)

  1. Antriebsbatterie (60) für den n-phasigen Betrieb eines Elektromotors (50), umfassend, – mindestens 2·n Batteriestränge (40), wobei jeder Batteriestrang (40) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (30) aufweist und wobei je Batteriestrang (40) mindestens eine Batteriezelle (30) per Ansteuerung einer der jeweiligen Batteriezelle (30) zugehörigen Koppelschaltung (7) zu dem jeweiligen Batteriestrang (40) hinzuschaltbar und von dem jeweiligen Batteriestrang (40) entkoppelbar ist und wobei jeder Batteriestrang (40) mit einer von 2·n Polwicklungen eines n-phasig betreibbaren Elektromotors (50) verbindbar ist, wobei n Є N+ und n > 1 gilt, dadurch gekennzeichnet, dass von den mindestens 2·n Batteriesträngen (40) jeweils zwei per Ansteuerung der Koppelschaltungen (7) ihrer jeweiligen Batteriezellen (30) dazu ausgebildet sind, eine stets phasensynchrone Wechselspannung zu erzeugen.
  2. Antriebsbatterie (60) nach Anspruch 1, wobei je Batteriestrang (40) mindestens eine der Batteriezellen (30) eine Überwachungsschaltung aufweist, welche jeweils dazu ausgebildet ist, mindestens einen Zustandsparameter ihrer jeweiligen Batteriezelle (30) zu überwachen.
  3. Antriebsbatterie (60) nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Zustandsparameter die Batteriezellspannung und/oder die Temperatur und/oder der Ladezustand der jeweiligen Batteriezelle (30) ist.
  4. Antriebsbatterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Koppelschaltungen (7) jeweils mindestens ein Schaltmittel (1) aufweisen, welches jeweils dazu ausgebildet ist, maximal einen Strom zu führen, welcher einen Wert von m/n Ampere nicht überschreitet, wobei m Є [300 A; 1000 A] und wobei n der Anzahl der Phasen entspricht, mit welchen der mit der Antriebsbatterie (60) verbindbare Elektromotor (50) betreibbar ist und +wobei n Є N und n > 1 gilt.
  5. Antriebsbatterie (60) nach Anspruch 4, wobei die Schaltmittel (1) als Leistungshalbleiter ausgeführt sind.
  6. Antriebsbatterie (60) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schaltmittel (1) als MOSFETs ausgeführt sind.
  7. Antriebssystem (70), umfassend – eine Antriebsbatterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – einen n-phasig betreibbaren Elektromotor (50), welcher mindestens genauso viele Anschlüsse (51) und mit diesen elektrisch leitfähig verbundene Polwicklungen aufweise, wie die Antriebsbatterie (60) Batteriestränge (40) aufweist, wobei jeweils ein Batteriestrang (40) der Antriebsbatterie (60) über jeweils einen der Anschlüsse (51) des Elektromotors (50) mit genau einer Polwicklung des Elektromotors (50) elektrisch leitfähig verbunden ist und wobei der Elektromotor (50) durch die mit ihm verbundene Antriebsbatterie (60) betreibbar ist.
  8. Antriebssystem (70) nach Anspruch 7, wobei der n-phasig betreibbare Elektromotor (50) 2·n Polwicklungen aufweist, von denen jeweils zwei dazu ausgebildet sind, zu einem Betrieb des Elektromotors (50) mit einer zueinander phasensynchronen Wechselspannung beaufschlagt zu werden und wobei n Є N+ und n > 1.
  9. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (70), umfassend ein Antriebssystem (70) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt umfasst: – Ansteuern der Koppelschaltungen (7) der Batteriezellen (30) der 2·n Batteriestränge (40) zur Erzeugung von 2·n Wechselspannungen mit n unterschiedlichen Phasen, wobei die Koppelschaltungen (7) von jeweils zwei der 2·n Batteriestränge (40) phasensynchron angesteuert werden.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Antriebsbatterie (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einem Antriebssystem (70) nach Anspruch 7 oder 8.
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US14/889,375 US20160118922A1 (en) 2013-05-08 2014-05-07 Drive battery for in-phase operation of an electric motor, drive system and a method for operating the drive system
CN201480026155.0A CN105228853A (zh) 2013-05-08 2014-05-07 用于电动机的n相运行的驱动电池以及驱动系统和用于运行该驱动系统的方法
PCT/EP2014/059341 WO2014180906A2 (de) 2013-05-08 2014-05-07 Antriebsbatterie für den n-phasigen betrieb eines elektromotors sowie ein antriebssystem und ein verfahren zum betrieb des antriebssystems

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018077549A1 (de) * 2016-10-27 2018-05-03 Pierburg Gmbh Antriebssystem für ein elektrisch angetriebnes kraftfahrzeug
WO2018206201A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 Audi Ag Batterievorrichtung mit zumindest einem modulstrang, in welchem moduleinheiten in einer reihe hintereinander verschaltet sind, sowie kraftfahrzeug und betriebsverfahren für die batterievorrichtung
WO2021180518A1 (en) * 2020-03-09 2021-09-16 Dg Innovate Ltd Electric motor system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016106359A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Modul für einen Multilevelkonverter
GB2550601B (en) 2016-05-24 2019-06-12 Sevcon Ltd Methods and apparatus for the provision of AC power
DE102018206096A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Audi Ag Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems
WO2022109581A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-27 Blue Volta Technology Inc. Powertrain for an electric vehicle comprising a scalable and manageable energy storage system

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11155241A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Hitachi Ltd 組電池充電電流制御回路および組電池充電方法
EP1779141A2 (de) * 2004-08-13 2007-05-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Festkörpergehäuse für einen strahlungsdetektor
US7573234B1 (en) * 2005-11-28 2009-08-11 Quallion Llc System having electronics for dropping current of battery pack
DE102006028925A1 (de) * 2006-06-23 2007-12-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Generators in einem Fahrzeug
JP4587233B2 (ja) * 2007-10-23 2010-11-24 本田技研工業株式会社 放電制御装置
US8957610B2 (en) * 2009-07-02 2015-02-17 Chong Uk Lee Multi-port reconfigurable battery
DE102009028973A1 (de) * 2009-08-28 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh DC/DC-Wandlerschaltung und Batteriesystem
US8884582B2 (en) * 2010-10-19 2014-11-11 Alte Powertrain Technologies, Inc. Battery management system utilizing stackable batteries
DE102010064325A1 (de) * 2010-12-29 2012-07-05 Robert Bosch Gmbh System mit einer elektrischen Maschine
DE102011003810A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers
FR2972306A1 (fr) * 2011-03-02 2012-09-07 Commissariat Energie Atomique Batterie avec gestion individuelle des cellules
WO2012159668A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Abb Technology Ag Inrush current control in a cell-based voltage source converter
DE102011076571A1 (de) * 2011-05-27 2012-11-29 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungseinrichtung für Wechselrichterschaltungen
CN103891093B (zh) * 2011-10-20 2016-12-14 日立汽车系统株式会社 电池系统的监视装置及具备其的蓄电装置
WO2013098902A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 川崎重工業株式会社 電動式乗り物及びその制御装置の動作方法
US9815375B2 (en) * 2011-12-28 2017-11-14 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Electric vehicle and operation method of control device in electric vehicle
EP2830187B1 (de) * 2012-03-23 2017-10-25 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Steuerungsvorrichtung für eine speicherbatterie und elektrizitätsspeicherungsvorrichtung
DE102012210596A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Sicherheitskonzept für Batterien
DE102012220549A1 (de) * 2012-11-12 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektro-Transportmittel, zugehöriges Verfahren und zugehöriger Akkumulator
DK2973935T3 (en) * 2013-03-15 2019-02-25 Glx Power Systems Inc PROCEDURE AND APPARATUS FOR CREATING A DYNAMIC CONFIGURABLE ENERGY STORAGE DEVICE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018077549A1 (de) * 2016-10-27 2018-05-03 Pierburg Gmbh Antriebssystem für ein elektrisch angetriebnes kraftfahrzeug
WO2018206201A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 Audi Ag Batterievorrichtung mit zumindest einem modulstrang, in welchem moduleinheiten in einer reihe hintereinander verschaltet sind, sowie kraftfahrzeug und betriebsverfahren für die batterievorrichtung
US10998739B2 (en) 2017-05-11 2021-05-04 Audi Ag Battery device having at least one module string, in which module string module units are interconnected one after the other in a row, and motor vehicle and operating method for the battery device
WO2021180518A1 (en) * 2020-03-09 2021-09-16 Dg Innovate Ltd Electric motor system

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Publication number Publication date
US20160118922A1 (en) 2016-04-28
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CN105228853A (zh) 2016-01-06
WO2014180906A2 (de) 2014-11-13
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