DE102015106771A1 - Batteriesystem - Google Patents

Batteriesystem Download PDF

Info

Publication number
DE102015106771A1
DE102015106771A1 DE102015106771.4A DE102015106771A DE102015106771A1 DE 102015106771 A1 DE102015106771 A1 DE 102015106771A1 DE 102015106771 A DE102015106771 A DE 102015106771A DE 102015106771 A1 DE102015106771 A1 DE 102015106771A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery
sub
voltage
battery system
power switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015106771.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Ralf Bauer
Stefan Götz
Harald Schöffler
Jürgen Mittnacht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102015106771.4A priority Critical patent/DE102015106771A1/de
Priority to US15/095,273 priority patent/US10211485B2/en
Priority to KR1020160051579A priority patent/KR101785842B1/ko
Priority to CN201610273568.XA priority patent/CN106099215B/zh
Publication of DE102015106771A1 publication Critical patent/DE102015106771A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) mit einer Batterie (12) zum Bereitstellen einer ersten Spannung und mit mindestens einer Anzapfung (15, 19, 21), die die Batterie (12) in mindestens eine erste Teilbatterie (14) zum Bereitstellen einer ersten Teilspannung und mindestens eine zweite Teilbatterie (16) zum Bereitstellen einer zweiten Teilspannung aufteilt, wobei zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) und der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) ein Leistungsumschalter (18) angeordnet ist, der dazu ausgelegt ist, mit einer vorzugebenden Umschaltrate zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) und der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) umzuschalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Batteriesystem und im Speziellen ein Batteriesystem zur Anwendung in Fahrzeugen.
  • In modernen Fahrzeugen treten eine Vielzahl von Einbauten als Verbraucher elektrischer Energie auf. Die benötigte Energie wird üblicherweise von einer zentralen Energiequelle in Form einer Batterie bereitgestellt. Die jeweiligen Verbraucher benötigen jedoch sehr unterschiedliche Eingangsspannungen, so dass es nötig ist, die von der Batterie bereitgestellte Spannung mit Hilfe eines Gleichspannungswandlers in die erforderlichen Spannungen umzuwandeln. Je mehr Endverbraucher Energie benötigen, desto größer muss die von der zentralen Energiequelle bereitgestellte Spannung sein. Mit höherem Energieverbrauch werden auch die Gleichspannungswandler größer, schwerer und dementsprechend teuer. Zusätzlich besteht ein Minderangebot an Lademöglichkeiten zum direkten Laden von Hochspannungsbatterien, sodass auch dafür ein groß dimensionierter Gleichspannungswandler benötigt würde.
  • Die Druckschrift US 2009/0079384 A1 beschreibt ein Ladesystem für ein Fahrzeug, dass eine Bank von Batteriezellen zwischen einer Reihenschaltung zur Abgabe von Spannung an eine Last, z.B. einen Motor, und einer Parallelschaltung zum Aufladen umschaltet.
  • Die Druckschrift US 2012/0007557 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufladen und Entladen einer batteriebasierten Stromversorgung eines Elektrofahrzeugs, bei dem eine Mehrzahl von Batterien unter Verwendung einer Reihenschaltung zu einem Schnellladegerät aufgeladen werden, und während des Entladens in Parallelschaltung mit einem Elektrofahrzeug geschalten sind.
  • Die Druckschrift US 2012/0091731 A1 beschreibt ein Batterieladesystem, das die Anordnung von mehreren Batterien, die in mehreren Batteriebänken angeordnet sind, zwischen einer Reihenschaltung während des Antreibens einer elektrischen Last, und einer Parallelschaltung während des Aufladevorgangs kontrolliert.
  • Die Druckschrift US 2012/0200242 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, bei dem zwei Batterien gleicher, jedoch gegensätzlicher Spannung in einem elektrischen Stromkreis mit bipolarem Gleichstromausgang verbunden werden, wobei der Mittelabgriff geerdet ist, und ein Drehstromgenerator in den Stromkreis integriert ist, um die elektrische Ladung zu den Batterien zu kontrollieren.
  • Die Druckschrift US 2013/0127400 A1 beschreibt ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie zum Antreiben des Elektrofahrzeugs, einer Mehrzahl an Verbrauchern und einer Hilfsbatterie zur Bereitstellung von Antriebsstrom für die Mehrzahl an Verbrauchern, die eine Erkennungseinheit für eine erste Spannung, einen Spannungswandler, eine Leistungsrelaisanordnung und eine Fahrzeugsteuereinheit umfassen.
  • Aus dem Stand der Technik erwächst die Aufgabe einer verbesserten Integration einer Hochvoltbatterie in ein Automobilbordnetz.
  • Vorgeschlagen wird ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem bereitgestellt, mit einer Batterie zum Bereitstellen einer ersten Spannung und mit mindestens einer Anzapfung, die die Batterie in mindestens eine erste Teilbatterie zum Bereitstellen einer ersten Teilspannung und mindestens eine zweite Teilbatterie zum Bereitstellen einer zweiten Teilspannung aufteilt, wobei zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie und der mindestens einen zweiten Teilbatterie ein Leistungsumschalter angeordnet ist, der dazu ausgelegt ist, mit einer zu bestimmenden bzw. zu definierenden bzw. vorzugebenden Umschaltrate zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie und der mindestens einen zweiten Teilbatterie umzuschalten.
  • Dadurch wird gewährleistet, dass in noch weiterer Ausführungsform aus der mindestens einen ersten Teilbatterie und der mindestens einen zweiten Teilbatterie im Wesentlichen die gleiche Energiemenge entnommen wird.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist die von der mindestens einen ersten Teilbatterie bereitgestellte Spannung gleich einer von der mindestens einen zweiten Teilbatterie bereitgestellten Spannung. Dies kann beispielsweise durch die Anzapfung realisiert werden, indem die Anzapfung in der Mitte der Batterie erfolgt, sodass Teilbatterien ausgebildet werden, die jeweils die gleiche Spannung bereitstellen.
  • Der Leistungsumschalter, der zwischen den Batterien umschaltet, kann in weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriesystems entweder in die Batterie integriert sein, oder außerhalb der Batterie angeordnet sein.
  • In noch weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist der Leistungsumschalter unidirektional oder bidirektional ausgelegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist die Umschaltrate des Umschaltens von der mindestens einen ersten Teilbatterie auf die mindestens eine zweite Teilbatterie bzw. von der mindestens einen zweiten Teilbatterie auf die mindestens eine erste Teilbatterie von einer Steuereinheit anpassbar.
  • In noch weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist die Umschaltrate des Umschaltens von der mindestens einen ersten Teilbatterie auf die mindestens eine zweite Teilbatterie bzw. von der mindestens einen zweiten Teilbatterie auf die mindestens eine erste Teilbatterie kleiner als 1 Hertz (Hz).
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer unidirektionalen Realisierung des Leistungsumschalters und zwei Teilbatterien.
  • 2 zeigt eine prinzipielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer Anzahl n Teilbatterien und (n – 1)-Anzapfungen.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist im Wesentlichen ein Schaltkreis zur unidirektionalen Realisierung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 dargestellt, wie es beispielsweise in einem Automobilbordnetz zur Anwendung kommt. Eine Mittelanzapfung 15 teilt eine Batterie 12 in eine erste Teilbatterie 14 und in eine zweite Teilbatterie 16 auf. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 stellt die Batterie 12 eine Gesamtspannung von 800 Volt bereit. Durch die Mittelanzapfung 15 wird die bereitgestellte Gesamtspannung auf die beiden Teilbatterien 14, 16 aufgeteilt. Die erste Teilbatterie 14 stellt dadurch eine erste Teilspannung von 400 Volt bereit, die zweite Teilbatterie 16 stellt eine zweite Spannung von ebenfalls 400 Volt bereit. Um eine asymmetrische Entladung der Teilbatterien 14, 16 zu vermeiden, ist zwischen die beiden Teilbatterien 14, 16 und einem 400 Volt-Energienetz ein Leistungsumschalter 18 in einer unidirektionalen Schaltweise geschaltet. Der Leistungsumschalter 18 wechselt zwischen der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie 16 mit einer niedrigen Frequenz hin und her. Die Frequenz liegt dabei in einer Größenordnung von etwa 1 Hertz. Durch das Hin-und-Her-Schalten wird gewährleistet, dass aus der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie 16 im Wesentlichen die gleiche Energiemenge entnommen wird. Da der Leistungsumschalter 18 mit einer sehr geringen Schaltfrequenz arbeitet und keinerlei magnetische Komponenten enthält, arbeitet er fast mit einem Wirkungsgrad von 100 Prozent. Eine Steuereinheit 20 ist ebenfalls in die Schaltung integriert. Die Steuereinheit 20 dient einer Feinabstimmung der Ladungsbilanz der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie 16 und weist Verbindungen zu dem Leistungsumschalter 18 und der Batterie 12 bzw. den Teilbatterien 14, 16 sowie der Anzapfung 15 auf. Die Steuereinheit 20, in der beispielsweise auch ein Gate-Treiber enthalten sein kann, passt das Tastverhältnis der Umschaltung an, also die Frequenz bzw. die Umschaltrate, mit der zwischen der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie hin und her geschalten wird und dementsprechend auch, wie lange Ladung von einer Teilbatterie 14, 16 jeweils entnommen wird.
  • In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 ist der Leistungsumschalter 18 außerhalb der Batterie 12 angeordnet. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Leistungsumschalter 18 innerhalb der Batterie 12 angeordnet ist. Der Leistungsumschalter 18 kann auch bidirektional ausgeführt sein. Dadurch ließe sich auch eine getrennte Ladung der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie 16 mit beispielsweise einer 400 Volt-Ladesäule bzw. eines 400 Volt-Ladegeräts realisieren. Auf einen großen Gleichspannungswandler kann dadurch verzichtet werden. Dadurch würde sich die Ladedauer nicht erhöhen, sondern sogar verringern, da eventuelle Verluste in dem Gleichspannungswandler wegfielen.
  • Das erfindungsgemäße Batteriesystem 10 ist jedoch nicht auf die genannten beispielhaften Spannungen beschränkt. Ebenso ist es vorstellbar, dass mehr als zwei Teilbatterien gebildet werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass das erfindungsgemäße Betriebssystem mit einem 900 Volt-Bordnetz und drei Teilbatterien funktioniert.
  • Eine beispielhafte Schaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 für eine unbeschränkte Anzahl n Teilbatterien ist in 2 gezeigt. Eine Batterie 12 ist durch mehrere Anzapfungen 15, 19, 21 in mehrere Teilbatterien 14, 16, 17 aufgeteilt. Dabei ist die erste Teilbatterie mit 14 bezeichnet, die zweite Teilbatterie mit 16 und die n-te Teilbatterie mit 17 bezeichnet. Die Anzapfung 15 ist dabei die Anzapfung zwischen der ersten Teilbatterie 14 und der zweiten Teilbatterie 16, die Anzapfung 19 entspricht demnach der Anzapfung zwischen der zweiten Teilbatterie 16 und einer nicht gezeigten dritten Teilbatterie. Die Anordnung von ggf. mehreren weiteren Teilbatterien zwischen der dritten Teilbatterie und der (n – 1)-ten Teilbatterie ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Anzapfung 21 ist die (n – 1)-te Anzapfung zwischen der (n – 1)-ten Teilbatterie und der n-ten Teilbatterie 17. In die Schaltung integriert ist ein Leistungsumschalter 18, der zwischen den entsprechenden Teilbatterien hin und her schaltet. Ein Teilbatteriekreis weist demnach zwei Schalter auf. Die Schalter sind entsprechend ihrer Zuordnung zu einem Teilbatteriekreis bezeichnet. Ein Schalter S1a ist demnach ein erster Schalter a im Teilkreis der ersten Teilbatterie 14. Schalter S1b ist demnach ein zweiter Schalter b im Teilkreis der ersten Teilbatterie 14. Verallgemeinert werden die Schalter mit Snj bezeichnet, mit n = 1, 2, 3, ..., n und j = a, b. Schalter b im Teilkreis der dritten Teilbatterie würde demnach mit S3b bezeichnet werden. Entsprechend der Stellung der Schalter entsteht an einem Ende der Schaltung eine entsprechende Ausgangsspannung Ua.
  • Das erfindungsgemäße Batteriesystem 10 stellt somit ein System bereit, bei dem aus einer zentralen Hochvoltbatterie, beispielsweise einer 800 Volt Batterie, Spannungen erzeugt werden können, um Komponenten mit niedrigerer Eingangsspannung, wie zum Beispiel 400 Volt, 48 Volt oder 12 Volt zu versorgen. Auf große, schwere und entsprechend teure Gleichspannungswandler kann mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem 10 verzichtet werden. Mit herkömmlichen, auf dem Markt erhältlichen Komponenten kann das erfindungsgemäße Batteriesystem betrieben werden. Zum Aufladen der Hochvoltbatterie kann ebenfalls auf herkömmliche Komponenten zurückgegriffen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2009/0079384 A1 [0003]
    • US 2012/0007557 A1 [0004]
    • US 2012/0091731 A1 [0005]
    • US 2012/0200242 A1 [0006]
    • US 2013/0127400 A1 [0007]

Claims (9)

  1. Batteriesystem (10) mit einer Batterie (12) zum Bereitstellen einer ersten Spannung und mit mindestens einer Anzapfung (15, 19, 21), die die Batterie (12) in mindestens eine erste Teilbatterie (14) zum Bereitstellen einer ersten Teilspannung und mindestens eine zweite Teilbatterie (16) zum Bereitstellen einer zweiten Teilspannung aufteilt, wobei zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) und der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) ein Leistungsumschalter (18) angeordnet ist, der dazu ausgelegt ist, mit einer vorzugebenden Umschaltrate zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) und der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) umzuschalten.
  2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, bei dem eine von der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) bereitgestellte Spannung gleich einer von der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) bereitgestellten Spannung ist.
  3. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Leistungsumschalter (18) in die Batterie (12) integriert ist.
  4. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Leistungsumschalter (18) außerhalb der Batterie (12) angeordnet ist.
  5. Batteriesystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Leistungsumschalter (18) unidirektional oder bidirektional ausgelegt ist.
  6. Batteriesystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem aus der mindestens einen ersten Teilbatterie (14) und der mindestens einen zweiten Teilbatterie (16) im Wesentlichen eine gleiche Energiemenge entnommen wird.
  7. Batteriesystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Umschaltrate des Umschaltens von einer Steuereinheit (20) anpassbar ist.
  8. Batteriesystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Umschaltrate des Umschaltens kleiner als 1 Hertz (Hz) ist.
  9. Batteriesystem (10) nach Anspruch 5, bei der die mindestens eine erste Teilbatterie (14) und die mindestens eine zweite Teilbatterie (16) getrennt voneinander aufladbar sind.
DE102015106771.4A 2015-04-30 2015-04-30 Batteriesystem Pending DE102015106771A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015106771.4A DE102015106771A1 (de) 2015-04-30 2015-04-30 Batteriesystem
US15/095,273 US10211485B2 (en) 2015-04-30 2016-04-11 Battery system
KR1020160051579A KR101785842B1 (ko) 2015-04-30 2016-04-27 배터리 시스템
CN201610273568.XA CN106099215B (zh) 2015-04-30 2016-04-28 电池系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015106771.4A DE102015106771A1 (de) 2015-04-30 2015-04-30 Batteriesystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015106771A1 true DE102015106771A1 (de) 2016-11-03

Family

ID=57135492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015106771.4A Pending DE102015106771A1 (de) 2015-04-30 2015-04-30 Batteriesystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10211485B2 (de)
KR (1) KR101785842B1 (de)
CN (1) CN106099215B (de)
DE (1) DE102015106771A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016223958A1 (de) * 2016-12-01 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zum Betrieb eines Energiespeichers
DE102017212505A1 (de) * 2017-07-20 2019-01-24 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum sparsamen Betreiben eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
WO2019214824A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Byton Limited Flexibly configurable traction battery
US11167662B2 (en) 2017-11-24 2021-11-09 Audi Ag Method for operating an electrical energy storage device for a motor vehicle, and corresponding energy storage device
DE102020007866A1 (de) 2020-12-21 2022-01-27 Daimler Ag Elektrisches Bordnetzsystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden elektrischen Bordnetzsystems, sowie Fahrzeug

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10447045B2 (en) * 2015-01-30 2019-10-15 Sony Corporation Power control device, power control method, and power control system
DE102016221329A1 (de) * 2016-10-28 2018-05-03 Deere & Company Stromversorgungsanordnung mit einer Schnittstelle zum Betreiben eines Mehrspannungssystems
DE102017114988A1 (de) * 2017-07-05 2019-01-10 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvoltbatterieteilung für Ladesäulenanschluss

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090079384A1 (en) 2007-09-24 2009-03-26 Harris Scott C Charging Control in an Electric Vehicle
US20120007557A1 (en) 2005-11-01 2012-01-12 Aerovironment, Inc. Motive Power Dual Battery Pack
US20120091731A1 (en) 2010-10-19 2012-04-19 Larry Nelson Apparatus and method for charging and discharging a dual battery system
US20120200242A1 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Grady John K Automotive bipolar electrical system
DE102011077708A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer Zwischenspannung
DE102011077719A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Spannungsversorgungseinheit
US20130127400A1 (en) 2010-08-02 2013-05-23 V-Ens Co., Ltd. Electric vehicle and charging control method for auxiliary battery thereof
DE102014006772A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-12 Daimler Ag Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei Spannungskreisen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7893562B2 (en) * 2006-03-03 2011-02-22 Nec Corporation Electric power supply system
JP2009159678A (ja) * 2007-12-25 2009-07-16 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電システム
US20130300192A1 (en) 2011-01-26 2013-11-14 Ryou Inaba Electric vehicle power storage system
US9214826B2 (en) * 2013-02-06 2015-12-15 Clint L. Skipper Alternating battery power supply system with inter-battery charging and rate of discharge management

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120007557A1 (en) 2005-11-01 2012-01-12 Aerovironment, Inc. Motive Power Dual Battery Pack
US20090079384A1 (en) 2007-09-24 2009-03-26 Harris Scott C Charging Control in an Electric Vehicle
US20130127400A1 (en) 2010-08-02 2013-05-23 V-Ens Co., Ltd. Electric vehicle and charging control method for auxiliary battery thereof
US20120091731A1 (en) 2010-10-19 2012-04-19 Larry Nelson Apparatus and method for charging and discharging a dual battery system
US20120200242A1 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Grady John K Automotive bipolar electrical system
DE102011077708A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer Zwischenspannung
DE102011077719A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Spannungsversorgungseinheit
DE102014006772A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-12 Daimler Ag Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei Spannungskreisen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016223958A1 (de) * 2016-12-01 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zum Betrieb eines Energiespeichers
DE102017212505A1 (de) * 2017-07-20 2019-01-24 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum sparsamen Betreiben eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
US11167662B2 (en) 2017-11-24 2021-11-09 Audi Ag Method for operating an electrical energy storage device for a motor vehicle, and corresponding energy storage device
WO2019214824A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Byton Limited Flexibly configurable traction battery
DE102020007866A1 (de) 2020-12-21 2022-01-27 Daimler Ag Elektrisches Bordnetzsystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden elektrischen Bordnetzsystems, sowie Fahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN106099215A (zh) 2016-11-09
US10211485B2 (en) 2019-02-19
KR101785842B1 (ko) 2017-10-16
US20160322672A1 (en) 2016-11-03
KR20160129748A (ko) 2016-11-09
CN106099215B (zh) 2019-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015106771A1 (de) Batteriesystem
DE102016122008A1 (de) Allstrom-Ladegerät
DE102010041040A1 (de) Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102012010711A1 (de) Bordnetzanordnung für ein Fahrzeug und Verfahren zu deren Betrieb
DE102016123923A1 (de) Ladevorrichtung
DE102012009219B4 (de) Batteriemodul, elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls
DE102008002177A1 (de) Mehrere Teilbordnetze umfassendes Bordnetz mit Spannungswandler
DE102016122453A1 (de) Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie
DE102015224842A1 (de) Elektrisches Spannungsnetzwerk und Verfahren zum Verteilen von elektrischer Energie in einem elektrischen Spannungsnetzwerk
DE102015209081A1 (de) Elektrisches System und Verfahren zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators eines elektrischen Systems
DE102012015921A1 (de) Energieversorgungseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102014212933B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ladezustandsausgleich für ein Batteriesystem
WO2019101443A1 (de) Verfahren zum betreiben einer elektrischen energiespeichereinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende energiespeichereinrichtung
DE102014006746A1 (de) Batteriesystem
EP2859366B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des innenwiderstandes von batteriezellen einer batterie
DE102010041028A1 (de) Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102007035061A1 (de) Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren für dessen Steuerung
DE102016122668A1 (de) Ladesteuersystem für ein Elektrofahrzeug
DE102016210153A1 (de) Kraftfahrzeug-Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes
DE102018218312A1 (de) Energieversorgungsanordnung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Niedervolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, Bordnetz und Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanordnung
DE102016007804A1 (de) Batterie für ein Fahrzeug
DE102006037699B4 (de) Spannungsversorgungseinrichtung für Nutzfahrzeuge
WO2021197991A1 (de) Fahrzeugseitige hochvolt-ladeschaltung und fahrzeugbordnetz
DE102021101600A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
DE102019207456A1 (de) Ladeschaltung und Verfahren zum Betrieb einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication