DE102014109430A1 - Energiespeichersystem und Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems - Google Patents

Energiespeichersystem und Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Energiespeichersystem für ein mit wenigstens einem ersten Elektromotor und wenigstens einem zweiten Elektromotor versehenes Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine im Fahrzeug angeordnete erste Energiespeicherzelle und eine im Fahrzeug angeordnete zweite Energiespeicherzelle aufweist, wobei in einem Traktionsmodus die erste Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen ersten Elektromotor und die zweite Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen zweiten Elektromotor verschaltet ist und wobei in einem Lademodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle separat und unabhängig voneinander mit einer jeweils eigenen Ladevorrichtung verschaltet sind oder die erste und die zweite Energiespeicherzelle in Serie und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung verschaltet sind.

Description

  • Im Automobilbereich wird zunehmend auf Elektro- oder Hybridfahrzeuge mit Elektromotoren als alternative Antriebskonzepte zu Verbrennungsmotoren gesetzt. Bei solchen Elektro- und Hybridfahrzeugen gestaltet sich der Energiespeicher zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie hinsichtlich der zu erzielenden Fahrleistungen und Reichweiten als entscheidender Faktor. Für Langstreckenfahrten mit derartigen Fahrzeugen ist insbesondere eine Schnelllademöglichkeit zum Wiederaufladen des Energiespeichers an einer externen Stromtankstelle unabdingbar. Zudem ist es wünschenswert, den Energiespeicher an unterschiedlichen Stromtankstellen, welche möglicherweise mit unterschiedlichen Ladespannungen arbeiten, aufladen zu können.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2007 030 542 A1 ist ein Konzept bekannt, bei welchem sogenannte Plug-in Hybridfahrzeuge mit einfach austauschbaren Batteriemodulen vorgesehen sind. Durch gezieltes Auswechseln der Batteriemodule kann die im Fahrzeug zur Verfügung stehende Batteriekapazität stets optimal an die benötigte Batteriekapazität, welche sich beispielsweise nach der rein elektrisch zu fahrenden Strecke bemisst, angepasst werden. Beim Austauschen der Batteriemodule werden insbesondere voll geladene Batteriemodule in das Fahrzeug eingesetzt, so dass ein langwieriger Ladevorgang der Batteriemodule innerhalb des Fahrzeugs, welches während dieser Zeit nicht einsetzbar ist, vermieden wird.
  • Die Druckschrift EP 2 335 183 A2 offenbart zudem ein Verfahren zum Schnellladen von Traktionsbatterien an einer Stromtankstelle, bei welchem mehrere externe Ladestrukturen zum Aufladen einer einzigen Traktionsbatterie genutzt werden, um den Ladevorgang zu beschleunigen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte zum Aufladen von fahrzeugseitig verbauten Energiespeichern verbessert und insbesondere ein schnelleres und damit nutzerfreundlicheres Aufladen der fahrzeugseitigen Energiespeicher erlaubt. Ferner ist es eine Aufgabe des vorliegenden Energiespeichersystems, eine variable und flexible Anpassung der fahrzeugseitigen Lade- und Speicherarchitektur an gegebene Ladeinfrastrukturen zu ermöglichen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Energiespeichersystem für ein mit wenigstens einem ersten Elektromotor und wenigstens einem zweiten Elektromotor versehenes Fahrzeug, welches eine im Fahrzeug angeordnete erste Energiespeicherzelle und eine im Fahrzeug angeordnete zweite Energiespeicherzelle aufweist, wobei in einem Traktionsmodus die erste Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen ersten Elektromotor und die zweite Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen zweiten Elektromotor verschaltet ist und wobei in einem Lademodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle separat und unabhängig voneinander mit einer jeweils eigenen Ladevorrichtung verschaltet sind oder die erste und die zweite Energiespeicherzelle in Serie und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung verschaltet sind.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die erste und die zweite Energiespeicherzelle im Traktionsmodus und im Lademodus unterschiedlich verschaltet sind. Auf diese Weise können die beiden Energiespeicherzellen im Lademodus entweder voneinander getrennt sein und im Traktionsmodus von zwei separaten Ladevorrichtungen unabhängig voneinander aufgeladen werden oder miteinander in Serie geschaltet und von einer gemeinsamen Ladevorrichtung aufgeladen werden. Die Elektromotoren können somit jeweils für eine Versorgungsspannung ausgelegt sein, welche der Entladespannung der einzelnen Energiespeicherzellen entspricht. Beim Laden verteilen sich im ersten Fall die Ladeströme vorteilhafterweise auf zwei separate Ladevorrichtungen und insbesondere auf zwei separate Ladekabel bzw. Laderegler, wodurch sich die Ladezeit verkürzen lässt. Die Ladespannung der Ladeinfrastruktur kann somit den Ladespannungen der einzelnen Energiespeicherzellen identisch sein. Im zweiten Fall kann die Ladespannung der Ladeinfrastruktur im Vergleich zum ersten Fall vergrößert bzw. verdoppelt sein, da jeweils eine niedrigere bzw. die halbe Ladespannung in einer der beiden in Serie geschalteten Energiespeicherzellen abfällt. Durch die Vergrößerung bzw. Verdoppelung der Ladespannung kann die Ladezeit wiederum verkürzt werden. Beim erfindungsgemäßen Energiespeichersystem ist es insbesondere möglich, entweder eine Ladeinfrastruktur mit niedrigeren Ladespannungen zu nutzen, indem die beiden Energiespeicherzellen getrennt voneinander aufgeladen werden (erster Fall), oder eine Ladeinfrastruktur mit höheren Ladespannungen zu nutzen, indem die beiden Energiespeicherzellen in Serie geschaltet werden (zweiter Fall). Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem kann somit flexibel an eine gegebene Ladeinfrastruktur angepasst werden. Denkbar ist, dass eine Steuerelektronik in Form einer Kontroll- und Steuereinheit vorgesehen ist, welche je nach aktuell gegebener Ladeinfrastruktur zwischen dem ersten Fall und dem zweiten Fall auswählt und die Energiespeicherzellen entsprechend verschaltet. Alternativ wäre auch denkbar, dass lediglich im Herstellungsprozess beide Varianten zur Verfügung stehen und das Fahrzeug vor der Auslieferung an den Kunden auf eine der beiden Lademöglichkeiten dauerhaft eingeschränkt wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist ein Energiespeichersystem für ein mit wenigstens einem Elektromotor versehenes Fahrzeug, welches eine im Fahrzeug angeordnete erste Energiespeicherzelle und eine im Fahrzeug angeordnete zweite Energiespeicherzelle aufweist, wobei in einem Traktionsmodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie in Serie geschaltet sind und wobei in einem Lademodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle parallel und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung verschaltet sind.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mittels der beiden Energiespeicherzellen Elektromotoren antreibbar sind, welche für höhere bzw. doppelte Versorgungsspannungen im Vergleich zu der Spannung der Energiespeicherzellen ausgelegt sind, während zum Aufladen der Energiespeicherzellen eine Ladeinfrastruktur verwendet werden kann, die für niedrigere bzw. die halben Spannungen entsprechend jeder einzelnen Energiespeicherzelle ausgelegt sind. In vorteilhafter Weise kann somit eine gesteigerte Effizienz im Traktionsbetrieb erzielt werden, wobei gleichzeitig eine bestehende Ladeinfrastruktur nutzbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Elektromotor zum Antreiben einer ersten Antriebsachse und der zweite Elektromotomotor zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse vorgesehen ist. Denkbar ist, dass ein weiterer erster Elektromotor zum Antreiben der ersten Antriebsachse oder zum Antreiben einer dritten Antriebsachse vorgesehen ist und dass analog ein weiterer zweiter Elektromotor zum Antreiben der zweiten Antriebsachse oder zum Antreiben einer vierten Antriebsachse vorgesehen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ladevorrichtung ein zwischen dem Fahrzeug und einer Stromtankstelle verlaufendes erstes Kabel umfasst und wobei die zweite Ladevorrichtung ein zwischen dem Fahrzeug und einer Stromtankstelle verlaufendes zweites Kabel umfasst. In vorteilhafter Weise verteilt sich der Gesamtladestrom im ersten Fall somit hälftig auf beide Kabel.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ladevorrichtung einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten ersten Laderegler umfasst und wobei die zweite Ladevorrichtung einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten zweiten Laderegler umfasst. Eine stromtankstellenseitige Anordnung der beiden Laderegler hat den Vorteil, dass die Laderegler weder das Gewicht noch die Herstellungskosten des Fahrzeugs erhöhen. Eine fahrzeugseitige Anordnung der beiden Laderegler hat alternativ den Vorteil, dass die Laderegler individuell auf die beiden im Fahrzeug montierten Energiespeicherzellen angepasst werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im Lademodus die erste Energiespeicherzelle und die zweite Ladevorrichtung in Serie mit der gemeinsamen Ladevorrichtung geschaltet sind, wobei die gemeinsame Ladevorrichtung ein zwischen dem Fahrzeug und einer Stromtankstelle verlaufendes Kabel umfasst und/oder wobei die gemeinsame Ladevorrichtung einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten gemeinsamen Laderegler umfasst. Im zweiten Fall kann aufgrund der Serienschaltung der Energiespeicherzellen eine doppelte Ladungsspannung realisiert werden, wodurch ein doppelter Ladungsstrom vermieden wird und somit ein einziges Kabel ausreichend ist, um eine beschleunigte Aufladung der beiden Energiespeicherzellen zu erzielen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im Traktionsmodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle zu einer gemeinsamen Energiespeichereinheit zusammengeschaltet sind, wobei die Energiespeichereinheit mit dem wenigstens einen Elektromotor zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie elektrisch leitfähig verbunden ist. Vorteilhafterweise hat die Energiespeichereinheit die doppelte Spannung im Vergleich zur ersten und zweiten Energiespeicherzelle.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Elektromotor und ein zweiter Elektromotor im Fahrzeug angeordnet sind, wobei im Fahrmodus die Energiespeichereinheit sowohl mit dem ersten Elektromotor als auch mit dem zweiten Elektromotor zur Versorgung beider Elektromotoren mit elektrischer Energie verschaltet ist, wobei der erste Elektromotor zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse und der zweite Elektromotor zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse ausgebildet ist oder wobei der erste und der zweite Elektromotor zum Antreiben einer gemeinsamen Fahrzeugachse ausgebildet sind. Aufgrund der Serienschaltung der beiden Energiespeicherzellen können vorteilhafterweise solche Elektromotoren verwendet werden, welche eine höhere Versorgungsspannung benötigen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im Lademodus die erste Energiespeicherzelle und die zweite Ladevorrichtung parallel mit der gemeinsamen Ladevorrichtung geschaltet sind, wobei die gemeinsame Ladevorrichtung ein zwischen dem Fahrzeug und einer Stromtankstelle verlaufendes Kabel umfasst und/oder wobei die gemeinsame Ladevorrichtung einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten gemeinsamen Laderegler umfasst.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiespeichersystem eine Kontroll- und Steuereinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, manuell oder automatisch und insbesondere in Abhängigkeit einer gegebenen Ladeinfrastruktur die erste und zweite Energiespeicherzelle separat und unabhängig voneinander mit der jeweils eigenen Ladevorrichtung zu verschalten oder die erste und zweite Energiespeicherzelle parallel oder in Serie mit der gemeinsamen Ladevorrichtung zu verschalten. Denkbar ist, dass die Kontroll- und Steuereinheit dazu vorgesehen ist, dass im Lademodus die Energiespeicherzellen automatisch oder durch eine entsprechende Nutzereingabe derart verschaltet werden, dass ein möglichst schneller Ladevorgang mit der gegebenen Ladeinfrastruktur zu erzielen ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems, wobei im Traktionsmodus die erste Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen ersten Elektromotor und die zweite Energiespeicherzelle mit dem wenigstens einen zweiten Elektromotor verschaltet wird und wobei im Lademodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle separat und unabhängig voneinander mit einer jeweils eigenen Ladevorrichtung verschaltet werden oder die erste und die zweite Energiespeicherzelle in Serie und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung verschaltet werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems, wobei im Traktionsmodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie in Serie geschaltet werden und wobei im Lademodus die erste und die zweite Energiespeicherzelle parallel und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung verschaltet werden.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
  • 1a und 1b zeigen schematische Ansichten eines Energiespeichersystems gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2a und 2b zeigen schematische Ansichten eines Energiespeichersystems gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3a und 3b zeigen schematische Ansichten eines Energiespeichersystems gemäß einer beispielhaften dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In 1a ist ein Energiespeichersystem 1 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die 1a zeigt in zwei Darstellungen dabei zwei unterschiedliche Konfigurationen, welche im Traktionsmodus 6 mit dem Energiespeichersystem 1 realisierbar sind.
  • In der linken Darstellung ist ein allradbetriebenes Fahrzeug 2 skizziert, welches an jeder seiner vier Achsen 5 einen Elektromotor 3 aufweist. In dieser ersten Konfiguration werden die beiden Elektromotoren 3 auf der linken Fahrzeugseite als zwei erste Elektromotoren 3' bezeichnet, während die beiden Elektromotoren 3 auf der rechten Fahrzeugseite als zwei zweite Elektromotoren 3'' bezeichnet werden. Ferner weist das Energiespeichersystem 1 Energiespeicherzellen 4 auf. In einem Traktionsmodus 6 des Energiespeichersystems 1 werden die zwei ersten Elektromotoren 3' von einer ersten Energiespeicherzelle 4' mit elektrischer Energie versorgt, während die zwei zweiten Elektromotoren 3'' von einer zweiten Energiespeicherzelle 4'' mit elektrischer Energie versorgt werden. Aus der linken Abbildung in 1a ist zu erkennen, dass die erste und zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' dabei völlig unabhängig voneinander und direkt mit den zugehörigen Elektromotoren 3', 3'' verschaltet sind. Die Entladespannungen der beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' entsprechend dabei im Wesentlichen den Versorgungsspannungen der Elektromotoren 3', 3''.
  • Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' insbesondere jeweils um eine 400 Volt Traktionsbatterie, beispielsweise in Form eines Lithium-Ionen-Akkus. Die beiden Elektromotoren 3', 3'' sind somit jeweils für eine 400 Volt Versorgungsspannung ausgelegt. Alternativ sind die Elektromotoren 3', 3'' für den Betrieb mit Wechselspannung ausgelegt, und umfassen zusätzlich noch eine jeweilige Leistungselektronik bzw. Wechselrichter. Zusätzlich kann ein oder jeder Elektromotor 3', 3'' auch noch ein Getriebe umfassen. Zur Vereinfachung wird nachfolgend jedoch immer nur von Elektromotoren 3', 3'' gesprochen.
  • Analog kann die vorgenannte Ausführungsform im Traktionsmodus 6 auch in einer Konfiguration verwendet werden, in welcher nur die Vorder- oder Heckachsen des Fahrzeugs 2 angetrieben sind. Eine solche Konfiguration ist in der rechten Darstellung von 1a illustriert. Analog zur ersten Konfiguration versorgt die erste Energiespeicherzelle 4' zwei erste Elektromotoren 3', welche nunmehr allerdings dieselbe Achse 5 auf der linken Fahrzeugseite antreiben. Die zweite Energiespeicherzelle 4'' versorgt die zwei zweiten Elektromotoren 3'', welche entsprechend dieselbe Achse 5 auf der rechten Fahrzeugseite antreiben.
  • Auch hier handelt es sich bei den beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' jeweils um eine 400 Volt Traktionsbatterie, beispielsweise in Form eines Lithium-Ionen-Akkus. Die beiden Elektromotoren 3', 3'' sind somit jeweils für eine 400 Volt Versorgungsspannung ausgelegt.
  • In 1b ist das Energiespeichersystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform nun im Lademodus 7 dargestellt, wobei für den Lademodus 7 unerheblich ist, ob im Traktionsmodus 6 gemäß der ersten Konfiguration ein allradbetriebenes Fahrzeug 2 oder gemäß der zweiten Konfiguration ein nur front- oder heckgetriebenes Fahrzeug 2 vorgesehen ist.
  • Im Lademodus 7 können die erste und die zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' unterschiedlich verschaltet werden, um unterschiedliche Ladeinfrastrukturen zum Aufladen der ersten und zweiten Energiespeicherzelle 4', 4'' nutzen zu können.
  • Wenn das Fahrzeug 2 an einer Stromtankstelle 10 mit einer 400 Volt Ladeinfrastruktur geladen werden soll, werden die beiden Energiespeicherzellen 4', 4'', wie in der linken Darstellung von 1a, getrennt und unabhängig voneinander mittels separater Ladevorrichtungen 9', 9'' an die entsprechende Stromtankstelle 10 angeschlossen. Beide Energiespeicherzellen 4', 4'' werden somit im Wesentlichen mit einer 400 Volt Ladespannung beaufschlagt. Die separate erste und zweite Ladevorrichtung 9', 9'' umfasst jeweils ein eigenes Ladekabel sowie einen eigenen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten Laderegler.
  • Wenn das Fahrzeug 2 alternativ an einer Stromtankstelle 10 mit einer 800 Volt Ladeinfrastruktur geladen werden soll, werden die beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' in Serie geschaltet und über eine gemeinsame Ladevorrichtung 11 an die Stromtankstelle 10 angeschlossen. Die Hälfte der 800 Volt Ladespannung fällt somit an jeder der beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' ab, so dass die Energiespeicherzellen 4', 4'' jeweils mit im Wesentlichen 400 Volt Ladespannung geladen werden. Die gemeinsame Ladevorrichtung 11 umfasst ein Ladekabel sowie einen eigenen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten Laderegler.
  • Vorzugsweise weist das Fahrzeug 2 eine Kontroll- und Steuereinheit auf, welche im Lademodus 7 die Selektion und Realisierung der Verschaltung der ersten und zweiten Energiespeicherzelle 4', 4'' in Abhängigkeit der jeweiligen Ladeinfrastruktur (400 oder 800 Volt) vornimmt. Alternativ wäre aber auch denkbar, dass ein Fahrzeug 2 lediglich für eine der beiden Ladeinfrastrukturen (400 oder 800 Volt) ausgelegt ist und kein Umschalten mittels einer Kontroll- und Steuereinheit möglich ist.
  • In 2a ist ein Energiespeichersystem 1 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die 2a zeigt dabei – analog zur 1a – ebenfalls zwei Darstellungen mit zwei unterschiedlichen Konfigurationen, welche im Traktionsmodus 6 mit dem Energiespeichersystem 1 realisierbar sind: ein allradbetriebenes Fahrzeug 2 gemäß der ersten Konfiguration (linke Darstellung in 2a) und ein nur front- oder heckgetriebenes Fahrzeug 2 gemäß der zweiten Konfiguration (rechte Darstellung in 2a).
  • Das Energiespeichersystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht im Wesentlichen dem Energiespeichersystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei bei der zweiten Ausführungsform im Unterschied zur ersten Ausführungsform die erste und die zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' im Traktionsmodus 6 miteinander in Serie zu einer gemeinsamen Energiespeichereinheit verschaltet sind. Die gemeinsame Energiespeichereinheit liefert demnach eine Entladungsspannung, welche der doppelten Entladungsspannung einer jeden Energiespeicherzelle 4', 4'' entspricht. Auf diese Weise können in dem Fahrzeug 2 Elektromotoren 3', 3'' Verwendung finden, welche mit höheren bzw. den doppelten Versorgungsspannungen arbeiten. Die gemeinsame Energiespeichereinheit liefert in diesem Ausführungsbeispiel sowohl für die auf der linken Fahrzeugseite angeordneten ersten Elektromotoren 3', als auch für die auf der rechten Fahrzeugseite angeordneten zweiten Elektromotoren 3'' die benötigte elektrische Energie.
  • Die beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' umfassen – wie bei der ersten Ausführungsform – jeweils eine 400 Volt Traktionsbatterie, beispielsweise in Form eines Lithium-Ionen-Akkus. Die beiden Elektromotoren 3', 3'' sind im Unterschied zur ersten Ausführungsform jeweils für eine 800 Volt Versorgungsspannung ausgelegt.
  • In der Darstellung von 2b ist das Energiespeichersystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform im Lademodus 7 illustriert. Im Lademodus sind die erste und die zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' nunmehr sowohl untereinander als auch mit der Stromtankstelle 10 parallel geschaltet. Auf diese Weise können die Energiespeicherzellen 4', 4'' auch mittels einer Stromtankstelle 10 geladen werden, welche nur eine 400 Volt Ladeinfrastruktur zur Verfügung stellt, obwohl die Elektromotoren für eine 800 Volt Versorgungsspannung ausgelegt sind.
  • In 3a ist schematische Ansichten eines Energiespeichersystems 1 gemäß einer beispielhaften dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der in 1a gezeigten ersten Ausführungsform gemäß der ersten Konfiguration für den Allradantrieb (Linke Seite der 1a).
  • Es ist ein allradbetriebenes Fahrzeug 2 skizziert, dessen beide Antriebsachsen 5 über ein Differenzial 12 jeweils mit einem Elektromotor 3 gekoppelt sind. In dieser ersten Konfiguration wird der Elektromotor 3 an der einen Antriebsachse 5 als erster Elektromotor 3' bezeichnet, während der Elektromotor 3 an der anderen Antriebsachse 5 als zweiter Elektromotor 3'' bezeichnet wird. In einem Traktionsmodus 6 des Energiespeichersystems 1 wird der erste Elektromotor 3' von einer ersten Energiespeicherzelle 4' mit elektrischer Energie versorgt, während der zweite Elektromotor 3'' von einer zweiten Energiespeicherzelle 4'' mit elektrischer Energie versorgt wird. Die erste und zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' sind dabei völlig unabhängig voneinander und direkt mit den zugehörigen Elektromotoren 3', 3'' verschaltet. Die Entladespannungen der beiden Energiespeicherzellen 4', 4'' entsprechend dabei im Wesentlichen den Versorgungsspannungen der Elektromotoren 3', 3''.
  • In 3b ist schematische Ansichten eines Energiespeichersystems 1 gemäß einer beispielhaften vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die vierte Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der in 2a gezeigten zweiten Ausführungsform gemäß der ersten Konfiguration für den Allradantrieb (Linke Seite der 2a).
  • Die erste und die zweite Energiespeicherzelle 4', 4'' sind im Traktionsmodus 6 miteinander in Serie zu einer gemeinsamen Energiespeichereinheit verschaltet. Die gemeinsame Energiespeichereinheit liefert demnach eine Entladungsspannung, welche der doppelten Entladungsspannung einer jeden Energiespeicherzelle 4', 4'' entspricht. Auf diese Weise können in dem Fahrzeug 2 Elektromotoren 3', 3'' Verwendung finden, welche mit höheren bzw. den doppelten Versorgungsspannungen arbeiten. Die gemeinsame Energiespeichereinheit liefert in diesem Ausführungsbeispiel sowohl für den der Vorderachse zugeordneten ersten Elektromotor 3', als auch für den der Hinterachse zugeordneten zweiten Elektromotor 3'' die benötigte elektrische Energie (erste Konfiguration).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • EP 2335183 A2 [0003]

Claims (12)

  1. Energiespeichersystem (1) für ein mit wenigstens einem ersten Elektromotor (3') und wenigstens einem zweiten Elektromotor (3'') versehenes Fahrzeug (2) aufweisend eine im Fahrzeug (2) angeordnete erste Energiespeicherzelle (4') und eine im Fahrzeug (2) angeordnete zweite Energiespeicherzelle (4''), wobei in einem Traktionsmodus (6) die erste Energiespeicherzelle (4') mit dem wenigstens einen ersten Elektromotor (3') und die zweite Energiespeicherzelle (4'') mit dem wenigstens einen zweiten Elektromotor (3'') verschaltet ist und wobei in einem Lademodus (7) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') separat und unabhängig voneinander mit einer jeweils eigenen Ladevorrichtung (9', 9'') verschaltet sind oder die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') in Serie und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung (11) verschaltet sind.
  2. Energiespeichersystem (1) für ein mit wenigstens einem Elektromotor (3) versehenes Fahrzeug (2) aufweisend eine im Fahrzeug (2) angeordnete erste Energiespeicherzelle (4') und eine im Fahrzeug (2) angeordnete zweite Energiespeicherzelle (4''), wobei in einem Traktionsmodus (6) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie in Serie geschaltet sind und wobei in einem Lademodus (7) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') parallel und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung (11) verschaltet sind.
  3. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 2, wobei im Traktionsmodus (6) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') zu einer gemeinsamen Energiespeichereinheit zusammengeschaltet sind, wobei die Energiespeichereinheit mit dem wenigstens einen Elektromotor (3) zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie elektrisch leitfähig verbunden ist.
  4. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 3, wobei ein erster Elektromotor (3') und ein zweiter Elektromotor (3'') im Fahrzeug (2) angeordnet sind, wobei im Traktionsmodus (6) die Energiespeichereinheit sowohl mit dem ersten Elektromotor (3') als auch mit dem zweiten Elektromotor (3'') zur Versorgung beider Elektromotoren (3', 3'') mit elektrischer Energie verschaltet ist, wobei der erste Elektromotor (3') zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse (5) und der zweite Elektromotor (3'') zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse (5) ausgebildet ist oder wobei der erste und der zweite Elektromotor (3', 3'') zum Antreiben einer gemeinsamen Fahrzeugachse (5) ausgebildet sind.
  5. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1, wobei im Lademodus (7) die erste Energiespeicherzelle (4') mit einer ersten Ladevorrichtung (9') gekoppelt ist und die zweite Energiespeicherzelle (4'') mit einer von der ersten Ladevorrichtung (9') separaten zweiten Ladevorrichtung (9'') gekoppelt ist.
  6. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 2, wobei die erste Ladevorrichtung (9') ein zwischen dem Fahrzeug (2) und einer Stromtankstelle (10) verlaufendes erstes Kabel umfasst und wobei die zweite Ladevorrichtung (9'') ein zwischen dem Fahrzeug (2) und der Stromtankstelle (10) verlaufendes zweites Kabel umfasst.
  7. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die erste Ladevorrichtung (9') einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten ersten Laderegler umfasst und wobei die zweite Ladevorrichtung (9'') einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten zweiten Laderegler umfasst.
  8. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Lademodus (7) die erste Energiespeicherzelle (4') und die zweite Energiespeicherzelle (4'') in Serie oder parallel mit der gemeinsamen Ladevorrichtung (11) geschaltet sind, wobei die gemeinsame Ladevorrichtung (11) ein zwischen dem Fahrzeug (2) und einer Stromtankstelle (10) verlaufendes Kabel umfasst und/oder wobei die gemeinsame Ladevorrichtung (11) einen fahrzeugseitig oder stromtankstellenseitig angeordneten gemeinsamen Laderegler umfasst.
  9. Energiespeichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energiespeichersystem (1) eine Kontroll- und Steuereinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, manuell oder automatisch und insbesondere in Abhängigkeit einer gegebenen Ladeinfrastruktur die erste und zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') separat und unabhängig voneinander mit der jeweils eigenen Ladevorrichtung (9', 9'') zu verschalten oder die erste und zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') parallel oder in Serie mit der gemeinsamen Ladevorrichtung (11) zu verschalten.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Traktionsmodus (6) die erste Energiespeicherzelle (4') mit dem wenigstens einen ersten Elektromotor (3') und die zweite Energiespeicherzelle (4'') mit dem wenigstens einen zweiten Elektromotor (3'') verschaltet wird und wobei im Lademodus (7) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') separat und unabhängig voneinander mit einer jeweils eigenen Ladevorrichtung (9', 9'') verschaltet werden oder die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') in Serie und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung (11) verschaltet werden.
  11. Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1) nach einem Ansprüche 2 bis 8, wobei im Traktionsmodus (6) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') zur Versorgung des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie in Serie geschaltet werden und wobei im Lademodus (7) die erste und die zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') parallel und mit einer gemeinsamen Ladevorrichtung (11) verschaltet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei im Lademodus (7) mittels einer Kontroll- und Steuereinheit manuell oder automatisch und insbesondere in Abhängigkeit einer gegebenen Ladeinfrastruktur die erste und zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') separat und unabhängig voneinander mit der jeweils eigenen Ladevorrichtung (9', 9'') verschaltet wird oder die erste und zweite Energiespeicherzelle (4', 4'') parallel oder in Serie mit der gemeinsamen Ladevorrichtung (11) verschaltet wird.
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