DE102015203003A1 - Battery storage system with different cell types - Google Patents

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DE102015203003A1 DE102015203003.2A DE102015203003A DE102015203003A1 DE 102015203003 A1 DE102015203003 A1 DE 102015203003A1 DE 102015203003 A DE102015203003 A DE 102015203003A DE 102015203003 A1 DE102015203003 A1 DE 102015203003A1
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Matthias Boesing
Andreas Mittag
Matthias Heil
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriespeichersystem (10) zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen umfassend zumindest ein Energiespeichermodul (11) und zumindest ein Leistungsspeichermodul (13), das mit dem Energiespeichermodul (11) in Serie verschaltet ist. Das Energiespeichermodul (11) umfasst zumindest eine Batteriezelle (12) eines ersten Types und das Leistungsspeichermodul (13) zumindest eine Batteriezelle (14) eines zweiten Types, der sich von dem ersten Typ unterscheidet. Eine Zwischenkreisspannung (UDC), die von dem Energiespeichermodul (11) oder von dem Energiespeichermodul (11) und dem Leistungsspeichermodul (13) bereitstellbar ist, ist unabhängig von einem Ladezustand der Batteriezellen (12, 14) konstant haltbar. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur individuellen Anpassung des Leistungs- und Energiegehaltes eines Batteriespeichersystems (10) zum Einsatz in einem batterieelektrischen Fahrzeugsystem.The invention relates to a battery storage system (10) for use in battery-electric vehicle systems comprising at least one energy storage module (11) and at least one power storage module (13) which is connected in series with the energy storage module (11). The energy storage module (11) comprises at least one battery cell (12) of a first type and the power storage module (13) at least one battery cell (14) of a second type, which differs from the first type. An intermediate circuit voltage (UDC), which can be provided by the energy storage module (11) or by the energy storage module (11) and the power storage module (13), can be kept constant independently of a state of charge of the battery cells (12, 14). Furthermore, the invention relates to a method for the individual adjustment of the power and energy content of a battery storage system (10) for use in a battery-electric vehicle system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Batteriespeichersysteme zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen, und insbesondere ein Batteriespeichersystem mit unterschiedlichen Zelltypen.The present invention relates to battery storage systems for use in battery-electric vehicle systems, and more particularly to a battery storage system having different cell types.

Stand der TechnikState of the art

Batteriespeichersysteme, die leistungsfähige nachladbare Batteriemodule aufweisen, sind eine wichtige Komponente beispielsweise der Elektro- und Hybridfahrzeugtechnik. Die Batteriemodule bestehen üblicherweise aus mehreren miteinander elektrisch verschalteten Batteriezellen. Dabei können die einzelnen Batteriezellen in Serie und teilweise zusätzlich parallel miteinander verschaltet sein, um die benötigte Leistung und Energie zur Verfügung zu stellen. Typischerweise werden hierzu Batteriezellen eines einzelnen Zelltyps eingesetzt, beispielsweise um die Kosten so gering wie möglich zu halten. Durch den Einsatz von Batteriezellen eines einzelnen Typs werden jedoch die Leistungsfähigkeit und der Energieinhalt eines Batteriespeichersystems aneinander gekoppelt. Des Weiteren ist es mit so einem Energiespeichersystem nicht möglich, beispielsweise eine bestimmte Ausgangsspannung, eine von dieser unabhängige bestimmte mindestens zu garantierende Ausgangsleistung und eine von der Ausgangsspannung unabhängige Mindestkapazität zur Verfügung zu stellen. Um in verschiedenen Batteriespeichersystemen ein unterschiedliches Verhältnis von Energie und Leistung einstellen zu können, sind entweder verschiedene Batteriezelltypen oder die Überdimensionierung einer der beiden Größen, Energie oder Leistung, notwendig. Beides ist nach dem Stand der Technik kostentreibend. Battery storage systems having powerful rechargeable battery modules are an important component of, for example, electric and hybrid vehicle technology. The battery modules usually consist of several electrically interconnected battery cells. In this case, the individual battery cells can be connected in series and sometimes additionally in parallel with each other in order to provide the required power and energy. Typically, battery cells of a single cell type are used for this purpose, for example in order to keep costs as low as possible. However, by using battery cells of a single type, the performance and energy content of a battery storage system are coupled together. Furthermore, it is not possible with such an energy storage system, for example, to provide a certain output voltage, independent of this independent determined at least to be guaranteed output power and independent of the output voltage minimum capacity. In order to be able to set a different ratio of energy and power in different battery storage systems, either different battery cell types or the oversizing of one of the two quantities, energy or power, are necessary. Both are expensive according to the state of the art.

Aus der DE 10 2009 031 295 A1 ist beispielsweise eine Energiespeichervorrichtung bekannt, die durch eine Mischung von Leistungs- und Energiespeichern diese Problematik zu umgehen versucht. Bei der beschriebenen Parallelschaltung von Speichersystemen erreicht jeder Zweig des Systems bereits die gewünschte Zwischenkreisspannung. Dies ist bei Anwendungen in Fahrzeugsystemen häufig nicht erfüllt. Der Weiteren wird in dieser Energiespeichervorrichtung die gesamte von der Netzseite aufgenommene Energie über einen Hoch-/Tiefsetz-Wandler geführt, was den Wirkungsgrad des Systems negativ beeinträchtigt. From the DE 10 2009 031 295 A1 For example, an energy storage device is known which tries to circumvent this problem by a mixture of power and energy storage. In the described parallel connection of memory systems, each branch of the system already reaches the desired intermediate circuit voltage. This is often not met in vehicle system applications. Furthermore, in this energy storage device, the entire energy absorbed by the network side is passed through a step-up / step-down converter, which adversely affects the efficiency of the system.

Aus der DE 10 2009 046 565 A1 ist ein Batteriemodul mit unterschiedlichen Zelltypen bekannt. Das Batteriemodul weist zwei Energiespeicher mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen auf, die über eine Diode miteinander verschaltet sind. Der zweite Energiespeicher fungiert hier quasi als automatisch zugeschalteter Zusatzenergiespeicher, der dazu dient, besonders hohe Leistungsanforderungen abzufangen. From the DE 10 2009 046 565 A1 is a battery module with different cell types known. The battery module has two energy storage with different output voltages, which are interconnected via a diode. The second energy storage acts here as a quasi-automatically connected additional energy storage, which serves to absorb particularly high power requirements.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriespeichersystem zur Verfügung zu stellen, in welchem der Leistungs- und Energieinhalt individuell anpassbar ist. Against this background, it is an object of the present invention to provide a battery storage system in which the power and energy content is individually adaptable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Zur Lösung der Aufgabe werden ein Batteriespeichersystem zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen und ein Verfahren zur individuellen Anpassung des Leistungs- und Energiegehaltes eines Batteriespeichersystems zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen vorgeschlagen.To achieve the object, a battery storage system for use in battery-electric vehicle systems and a method for the individual adjustment of the power and energy content of a battery storage system for use in battery-electric vehicle systems are proposed.

Dementsprechend sieht die Erfindung ein Batteriespeichersystem zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen vor, welches zumindest ein Energiespeichermodul und zumindest ein Leistungsspeichermodul, das mit dem Energiespeichermodul in Serie verschaltet ist, umfasst. Das Energiespeichermodul weist zumindest eine Batteriezelle eines ersten Types und das Leistungsspeichermodul zumindest eine Batteriezelle eines zweiten Types, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, auf. Eine Zwischenkreisspannung, die von dem Energiespeichermodul oder von dem Energiespeichermodul und dem Leistungsspeichermodul bereitstellbar ist, ist unabhängig von einem Ladezustand der Batteriezellen konstant haltbar.Accordingly, the invention provides a battery storage system for use in battery-electric vehicle systems, which comprises at least one energy storage module and at least one power storage module, which is connected in series with the energy storage module. The energy storage module has at least one battery cell of a first type and the power storage module has at least one battery cell of a second type, which differs from the first type. An intermediate circuit voltage, which can be provided by the energy storage module or by the energy storage module and the power storage module, can be kept constant independently of a charge state of the battery cells.

Das erfindungsgemäße Batteriespeichersystem bietet den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass ein Standardladegerät eingesetzt werden kann, was beispielsweise zu einer Kostenreduzierung führt. Des Weiteren können die Leistungsspeichermodule beim Rekuperieren geladen werden, was die Leistungsfähigkeit des regenerativen Bremsens und den Wirkungsgrad des Batteriespeichersystems erhöht. The battery storage system according to the invention offers the advantage over the prior art that a standard charger can be used, which leads, for example, to a cost reduction. Furthermore, the power storage modules may be charged during recuperation, which increases the performance of the regenerative braking and the efficiency of the battery storage system.

Es wird ein Batteriespeichersystem zur Verfügung gestellt, in welchem der Leistungs- und Energieinhalt basierend auf zwei festen Batteriemodultypen, den Energiespeichermodulen und den Leistungsspeichermodulen, individuell anpassbar ist. Insbesondere kann die nominelle Zwischenkreisspannung über verschiedene Systeme hinweg konstant gehalten werden, auch wenn der nominelle Energiegehalt sich unterscheidet. Dies erlaubt auf einfache Weise Batteriespeichersysteme mit unterschiedlichem Energiegehalt anzubieten, bei denen alle weiteren elektrischen Größen und Komponenten im System konstant gehalten werden können. A battery storage system is provided in which the power and energy content is individually adaptable based on two fixed battery module types, the energy storage modules and the power storage modules. In particular, the nominal DC link voltage can be kept constant across different systems, even if the nominal energy content is different. This allows to easily offer battery storage systems with different energy content, in which all other electrical variables and components can be kept constant in the system.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Energiespeichermodul und das Leistungsspeichermodul mit einem DC-DC-Wandler verschaltet sind, wobei der DC-DC-Wandler aus der Zwischenkreisspannung eine höhere System-Ausgangsspannung erzeugt.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the energy storage module and the power storage module with a DC-DC converter are connected, wherein the DC-DC converter generates a higher system output voltage from the intermediate circuit voltage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der DC-DC-Wandler in einem Energiespeicherteil, der mit dem Energiespeichermodul verbunden ist, einen Hochsetzsteller aufweist, der eine Drossel, eine Diode und einen Transistor umfasst.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the DC-DC converter in an energy storage part, which is connected to the energy storage module, comprises a step-up converter, which comprises a throttle, a diode and a transistor.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Abgriff zwischen dem Energiespeichermodul und dem Leistungsspeichermodul auf die Drossel geführt ist.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the tap between the energy storage module and the power storage module is guided on the throttle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der DC-DC-Wandler in einem Leistungsteil, der mit dem Leistungsspeichermodul verbunden ist, eine Ausgangsdrossel und einen Kondensator aufweist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the DC-DC converter in a power unit, which is connected to the power storage module, having an output choke and a capacitor.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Leistungsspeichermodul über einen Schalter mit der Ausgangsdrossel verbunden ist, wobei das Leistungsspeichermodul mit dem Schalter aktiv oder passiv schaltbar ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the power storage module is connected via a switch to the output choke, wherein the power storage module with the switch is active or passive switchable.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Mehrzahl von Energiespeichermodulen und/oder eine Mehrzahl von Leistungsspeichermodulen einsetzbar sind.A further advantageous embodiment of the invention provides that a plurality of energy storage modules and / or a plurality of power storage modules can be used.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in einem Teillastbereich die Zwischenkreisspannung absenkbar ist. A further advantageous embodiment of the invention provides that in a partial load range, the DC link voltage is lowered.

Dadurch können Verluste beispielsweise in einem angeschlossenen Umrichter und/oder einer Elektromaschine reduziert werden. Mittels der Absenkung der Zwischenkreisspannung im Teillastbereich kann der Wirkungsgrad des Batteriespeichersystems optimiert werden. As a result, losses can be reduced, for example, in a connected converter and / or an electric machine. By means of the lowering of the intermediate circuit voltage in the partial load range, the efficiency of the battery storage system can be optimized.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leistungsspeichermodule beim Rekuperieren nachladbar sind.A further advantageous embodiment of the invention provides that the power storage modules can be recharged during recuperation.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur individuellen Anpassung des Leistungs- und Energiegehaltes eines Batteriespeichersystems zum Einsatz in einem batterieelektrischen Fahrzeugsystem vorgeschlagen. Das Batteriespeichersystem umfasst zumindest ein Energiespeichermodul und zumindest ein Leistungsspeichermodul, das mit dem Energiespeichermodul in Serie verschaltet ist. Das Energiespeichermodul wird mit zumindest einer Batteriezelle eines ersten Types und das Leistungsspeichermodul mit zumindest einer Batteriezelle eines zweiten Types, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, bestückt. Bei geringer geforderter Leistung durch das Fahrzeugsystem wird das Leistungsspeichermodul passiv geschaltet, sodass die Leistung allein durch das Energiespeichermodul bereitgestellt wird. Bei höherer geforderter Leistung durch das Fahrzeugsystem wird das Leistungsspeichermodul aktiv geschaltet, sodass die Leistung von dem Energiespeichermodul und dem Leistungsspeichermodul bereitgestellt wird. To solve the object mentioned above, a method for individual adjustment of the power and energy content of a battery storage system for use in a battery-electric vehicle system is also proposed. The battery storage system comprises at least one energy storage module and at least one power storage module, which is connected in series with the energy storage module. The energy storage module is populated with at least one battery cell of a first type and the power storage module with at least one battery cell of a second type, which differs from the first type. At low required power by the vehicle system, the power storage module is switched passive so that the power is provided solely by the energy storage module. At higher demanded power by the vehicle system, the power storage module is switched active so that the power is provided by the energy storage module and the power storage module.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:Further advantageous details, features and design details of the invention are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments illustrated in the figures. Showing:

1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriespeichersystem. 1 in a schematic representation of an embodiment of a battery storage system according to the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In der 1 ist das Prinzipschaltbild eines Batteriespeichersystems 10 entsprechend einer Ausführungsform dargestellt. Das Batteriespeichersystem 10 umfasst entsprechend einer Ausführungsform eine Serienschaltung von Energiespeichermodulen 11 und Leistungsspeichermodulen 13. Dabei können zumindest ein oder mehrere miteinander verschaltete Energiespeichermodule 11 und zumindest ein oder mehrere miteinander verschaltete Leistungsspeichermodule 13 verwendet werden. Ein Energiespeichermodul 11 weist zumindest eine Batteriezelle 12 auf, kann jedoch auch aus mehreren miteinander verschalteten Batteriezellen 12 aufgebaut sein. Ein Leistungsspeichermodul 13 weist zumindest eine Batteriezelle 14 auf, kann jedoch auch aus mehreren miteinander verschalteten Batteriezellen 14 aufgebaut sein. Die Batteriezellen 14 unterscheiden sich in ihrem Typ von den Batteriezellen 12. Zusätzlich zu den Batteriezellen 14 können auch andere, aus dem Stand der Technik bekannte Speicher für elektrische Energie eingesetzt werden. Die Energiespeichermodule 11 haben typischerweise einen höheren Innenwiderstand als die Leistungsspeichermodule 13.In the 1 is the schematic diagram of a battery storage system 10 represented according to an embodiment. The battery storage system 10 according to one embodiment comprises a series connection of energy storage modules 11 and power storage modules 13 , In this case, at least one or more interconnected energy storage modules 11 and at least one or more power storage modules interconnected 13 be used. An energy storage module 11 has at least one battery cell 12 However, it can also consist of several interconnected battery cells 12 be constructed. A power storage module 13 has at least one battery cell 14 However, it can also consist of several interconnected battery cells 14 be constructed. The battery cells 14 differ in their type from the battery cells 12 , In addition to the battery cells 14 For example, it is also possible to use other electric energy accumulators known from the prior art. The energy storage modules 11 typically have a higher internal resistance than the power storage modules 13 ,

Die Energiespeichermodule 11 mit den Batteriezellen 12 bilden die Grundlage für einen Energiespeicherteil des Batteriespeichersystems 10. Die Leistungsspeichermodule 13 mit den Batteriezellen 14 bilden die Grundlage für einen Leistungsteil des Batteriespeichersystems 10.The energy storage modules 11 with the battery cells 12 form the basis for an energy storage part of the battery storage system 10 , The power storage modules 13 with the battery cells 14 form the basis for a power unit of the battery storage system 10 ,

Die Energiespeichermodule 11 und die Leistungsspeichermodule 13 sind mit einem DC-DC-Wandler 15 verschaltet. Ein DC-DC-Wandler wird auch als Gleichspannungswandler oder Gleichstromsteller bezeichnet. Der DC-DC-Wandler 15 ist ausgebildet, aus einer Zwischenkreisspannung UDC, die von dem Energiespeichermodul 11 und dem Leistungsspeichermodul 13 bereitgestellt wird, (Spannung UE der Energiespeichermodule 11 oder Summe der Spannung UE der Energiespeichermodule 11 und der Spannung UP der Leistungsspeichermodule 13) eine höhere System-Ausgangsspannung Udc zu erzeugen. Die Umsetzung erfolgt typischerweise mithilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und mehreren Energiespeichern, den Energiespeichermodulen 11 und den Leistungsspeichermodulen 13.The energy storage modules 11 and the power storage modules 13 are with a DC-DC converter 15 connected. A DC-DC converter is also referred to as a DC-DC converter or DC-DC converter. The DC-DC converter 15 is formed from a DC link voltage U DC , the from the energy storage module 11 and the power storage module 13 is provided, (voltage U E of the energy storage modules 11 or sum of the voltage U E of the energy storage modules 11 and the voltage U P of the power storage modules 13 ) to produce a higher system output voltage U dc . The implementation is typically carried out by means of a periodically operating electronic switch and a plurality of energy storage devices, the energy storage modules 11 and the power storage modules 13 ,

Der DC-DC-Wandler 15 weist im Energiespeicherteil einen Hochsetzsteller 17 auf, der eine Drossel 16, eine Diode 21 und einen Transistor 22 umfasst. Der Transistor 22 ist entsprechend einer Ausführungsform ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode ist ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik verwendet wird, da es Vorteile des Bipolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung, Robustheit) und Vorteile eines Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung) vereinigt. Vorteilhaft ist auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüssen, da der Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode den Laststrom begrenzt.The DC-DC converter 15 has in the energy storage part a boost converter 17 up, that's a throttle 16 , a diode 21 and a transistor 22 includes. The transistor 22 According to one embodiment, it is an insulated gate bipolar transistor. An insulated gate bipolar transistor is a semiconductor device used in power electronics because it combines advantages of the bipolar transistor (good on-state, high reverse voltage, ruggedness) and advantages of a field effect transistor (almost powerless drive). Also advantageous is a certain robustness to short circuits, since the bipolar transistor with an insulated gate electrode limits the load current.

Der DC-DC-Wandler 15 weist im Leistungsteil eine Ausgangsdrossel 19 auf. Der Transistor 22 ist entsprechend einer Ausführungsform ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Anstelle der Ausgangsdrossel 19 können alternative Möglichkeiten zur Strombegrenzung bzw. Spannungsstabilisierung eingesetzt werden. The DC-DC converter 15 has an output choke in the power section 19 on. The transistor 22 According to one embodiment, it is an insulated gate bipolar transistor. Instead of the output choke 19 Alternative options for current limiting or voltage stabilization can be used.

Der DC-DC-Wandler 15 weist im Leistungsteil weiterhin einen Kondensator 23 auf, welcher beispielsweise in Form eines Kunststoff-Folienkondensators ausgeführt sein kann. Bevorzugt eingesetzt werden aufgrund von Spannungsspitzen Kondensatortypen mit einem niedrigen Serienwiderstand und ausreichender Spannungsreserve. Alternativ kann die Reduktion des Serienwiderstandes durch Parallelschaltung von mehreren Elektrolytkondensatoren erfolgen.The DC-DC converter 15 also has a capacitor in the power section 23 on, which may be embodied for example in the form of a plastic film capacitor. Due to voltage peaks, capacitor types with a low series resistance and sufficient voltage reserve are preferably used. Alternatively, the reduction of the series resistance can be done by connecting several electrolytic capacitors in parallel.

Der Abgriff zwischen dem Energiespeicherteil und dem Leistungsteil, und demzufolge zwischen den Energiespeichermodulen 11 und den Leistungsspeichermodulen 13, wird auf eine Drossel 16 geführt, die Bestandteil eines Hochsetzstellers 17 ist. Die Drossel 16 ist vorzugsweise eine niederohmige Spule zur Reduzierung hochfrequenter Ströme auf elektrischen Leitungen. Der Hochsetzsteller 17 ist ein Aufwärtswandler, der seine Spannung auf die Eingangsspannung aufstockt, sodass diese größer oder im Grenzfall gleich der Eingangspannung ist. Mit diesem Wandlertyp ist ein hoher Gesamtwirkungsgrad erreichbar. Der Hochsetzsteller 17 wird vorzugsweise mehrphasig ausgeführt. The tap between the energy storage part and the power part, and consequently between the energy storage modules 11 and the power storage modules 13 , gets on a throttle 16 led, which is part of a boost converter 17 is. The throttle 16 is preferably a low-resistance coil for reducing high-frequency currents on electrical lines. The boost converter 17 is a boost converter that boosts its voltage to the input voltage so that it is larger or, in the limit, equal to the input voltage. With this type of converter, a high overall efficiency can be achieved. The boost converter 17 is preferably carried out multiphase.

Im Leistungsteil des Batteriespeichersystems 10 werden entsprechend einer Ausführungsform Leistungsspeichermodule 13 eingesetzt, die ausgangsseitig eine Halbbrücke aufweisen. Die Leistungsspeichermodule 13 sind über einen Schalter 18 mit der Ausgangsdrossel 19 verbunden. In the power section of the battery storage system 10 According to one embodiment, power storage modules 13 used, the output side have a half-bridge. The power storage modules 13 are over a switch 18 with the output choke 19 connected.

Wird nur eine geringe Leistung gefordert, werden die Leistungsspeichermodule 13 passiv geschaltet, sodass die Leistung allein durch den Energiespeicherteil des Batteriespeichersystems 10, und somit durch die Energiespeichermodule 11, bereitgestellt wird. Die Zwischenkreisspannung UDC entspricht in diesem Fall der Spannung UE der Energiespeichermodule 11. Die Zwischenkreisspannung UDC ist die Eingangsspannung, die am DC-DC-Wandler 15 anliegt. Die System-Ausgangsspannung Udc kann mithilfe des Hochsetzstellers 17 variabel und größer oder gleich der Spannung UE der Energiespeichermodule 11 eingestellt werden. If only low power is required, the power storage modules will become 13 Passively switched, so that the power alone through the energy storage part of the battery storage system 10 , and thus by the energy storage modules 11 , provided. The intermediate circuit voltage U DC corresponds in this case to the voltage U E of the energy storage modules 11 , The intermediate circuit voltage U DC is the input voltage at the DC-DC converter 15 is applied. The system output voltage U dc can by means of the boost converter 17 variable and greater than or equal to the voltage U E of the energy storage modules 11 be set.

Ist eine höhere Leistung erforderlich als der Energiespeicherteil des Batteriespeichersystems 10, und somit die Energiespeichermodule 11, bereitstellen oder aufnehmen kann, werden die Leistungsspeichermodule 13 hinzugeschaltet. Dementsprechend können die Leistungsspeichermodule 13 aktiv geschaltet werden. Das kann beispielsweise mithilfe des Schalters 18 erfolgen. Die Zwischenkreisspannung UDC entspricht nun der Summe der Spannung UE der Energiespeichermodule 11 und der Spannung UP der Leistungsspeichermodule 13. In diesem Fall kann der Hochsetzsteller 16 im Allgemeinen deaktiviert werden. Falls die Stromtragfähigkeit der Energiespeichermodule 11 und der Leistungsspeichermodule 13 voneinander abweicht, kann der Hochsetzsteller 16 jedoch auch weiterhin betrieben werden. Is a higher power required than the energy storage part of the battery storage system 10 , and thus the energy storage modules 11 , or can accommodate, become the power storage modules 13 hooked up. Accordingly, the power storage modules 13 be switched active. This can be done, for example, by using the switch 18 respectively. The intermediate circuit voltage U DC now corresponds to the sum of the voltage U E of the energy storage modules 11 and the voltage U P of the power storage modules 13 , In this case, the boost converter 16 generally disabled. If the current carrying capacity of the energy storage modules 11 and the power storage modules 13 different from each other, the boost converter can 16 but continue to operate.

Somit wird ein Batteriespeichersystem 10 zur Verfügung gestellt, in welchem der Leistungs- und Energieinhalt basierend auf zwei festen Batteriemodultypen, den Energiespeichermodulen 11 und den Leistungsspeichermodulen 13, individuell anpassbar ist. Die Zwischenkreisspannung UDC kann unabhängig von dem Ladezustand der Batteriezellen 12 und der Batteriezellen 14 konstant gehalten werden. Insbesondere kann die nominelle Zwischenkreisspannung UDC über verschiedene Systeme hinweg konstant gehalten werden, auch wenn der nominelle Energiegehalt sich unterscheidet. Dies erlaubt auf einfache Weise Batteriespeichersysteme mit unterschiedlichem Energiegehalt anzubieten, bei denen alle weiteren elektrischen Größen und Komponenten im System konstant gehalten werden können. Thus, a battery storage system 10 provided in which the power and energy content based on two fixed battery module types, the energy storage modules 11 and the power storage modules 13 , is customizable. The DC link voltage U DC can be independent of the state of charge of the battery cells 12 and the battery cells 14 kept constant. In particular, the nominal intermediate circuit voltage U DC can be kept constant across different systems, even if the nominal energy content differs. This allows to easily offer battery storage systems with different energy content, in which all other electrical variables and components can be kept constant in the system.

Weiterhin wird ermöglicht, dass in einem Teillastbereich die Zwischenkreisspannung UDC abgesenkt werden kann, was die Verluste beispielsweise in einem angeschlossenen Umrichter und/oder einer Elektromaschine reduziert. Mittels der Absenkung der Zwischenkreisspannung UDC im Teillastbereich kann der Wirkungsgrad des Batteriespeichersystems 10 optimiert werden. Furthermore, it is possible that in a partial load range, the intermediate circuit voltage U DC can be lowered, which reduces the losses, for example, in a connected inverter and / or an electric machine. By means of the lowering of the intermediate circuit voltage U DC in the partial load range, the efficiency of the battery storage system 10 be optimized.

Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Batteriespeichersystems 10, dass ein Standardladegerät eingesetzt werden kann, was beispielsweise zu einer Kostenreduzierung führt. Des Weiteren können die Leistungsspeichermodule 13 beim Rekuperieren geladen werden, was die Leistungsfähigkeit des regenerativen Bremsens und den Wirkungsgrad des Batteriespeichersystems 10 erhöht. It is an advantage of the battery storage system according to the invention 10 in that a standard charger can be used, which leads, for example, to a cost reduction. Furthermore, the power storage modules 13 During recuperation, the performance of the regenerative braking and the efficiency of the battery storage system 10 elevated.

Die in den Figuren dargestellten und die im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The exemplary embodiments illustrated in the figures and those explained in connection with them serve to explain the invention and are not restrictive of it.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009031295 A1 [0003] DE 102009031295 A1 [0003]
  • DE 102009046565 A1 [0004] DE 102009046565 A1 [0004]

Claims (10)

Batteriespeichersystem (10) zum Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugsystemen umfassend zumindest ein Energiespeichermodul (11) und zumindest ein Leistungsspeichermodul (13), das mit dem Energiespeichermodul (11) in Serie verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (11) zumindest eine Batteriezelle (12) eines ersten Types und das Leistungsspeichermodul (13) zumindest eine Batteriezelle (14) eines zweiten Types, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, umfasst, wobei eine Zwischenkreisspannung (UDC), die von dem Energiespeichermodul (11) oder von dem Energiespeichermodul (11) und dem Leistungsspeichermodul (13) bereitstellbar ist, unabhängig von einem Ladezustand der Batteriezellen (12, 14) konstant haltbar ist.Battery storage system ( 10 ) for use in battery-electric vehicle systems comprising at least one energy storage module ( 11 ) and at least one power storage module ( 13 ) connected to the energy storage module ( 11 ) is connected in series, characterized in that the energy storage module ( 11 ) at least one battery cell ( 12 ) of a first type and the power storage module ( 13 ) at least one battery cell ( 14 ) of a second type, which differs from the first type, wherein an intermediate circuit voltage (U DC ) generated by the energy storage module (U) 11 ) or from the energy storage module ( 11 ) and the power storage module ( 13 ), regardless of a state of charge of the battery cells ( 12 . 14 ) is stable. Batteriespeichersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (11) und das Leistungsspeichermodul (13) mit einem DC-DC-Wandler (15) verschaltet sind, wobei der DC-DC-Wandler (15) aus der Zwischenkreisspannung (UDC) eine höhere System-Ausgangsspannung (Udc) erzeugt.Battery storage system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the energy storage module ( 11 ) and the power storage module ( 13 ) with a DC-DC converter ( 15 ), wherein the DC-DC converter ( 15 ) generates a higher system output voltage (U dc ) from the intermediate circuit voltage (U DC ). Batteriespeichersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Wandler (15) in einem Energiespeicherteil, der mit dem Energiespeichermodul (11) verbunden ist, einen Hochsetzsteller (17) aufweist, der eine Drossel (16), eine Diode (21) und einen Transistor (22) umfasst.Battery storage system ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the DC-DC converter ( 15 ) in an energy storage part connected to the energy storage module ( 11 ), a boost converter ( 17 ) having a throttle ( 16 ), a diode ( 21 ) and a transistor ( 22 ). Batteriespeichersystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgriff zwischen dem Energiespeichermodul (11) und dem Leistungsspeichermodul (13) auf die Drossel (16) geführt ist. Battery storage system ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the tap between the energy storage module ( 11 ) and the power storage module ( 13 ) on the throttle ( 16 ) is guided. Batteriespeichersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Wandler (15) in einem Leistungsteil, der mit dem Leistungsspeichermodul (13) verbunden ist, eine Ausgangsdrossel (19) und einen Kondensator (23) aufweist.Battery storage system ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the DC-DC converter ( 15 ) in a power section connected to the power storage module ( 13 ), an output choke ( 19 ) and a capacitor ( 23 ) having. Batteriespeichersystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsspeichermodul (13) über einen Schalter (18) mit der Ausgangsdrossel (19) verbunden ist, wobei das Leistungsspeichermodul (13) mit dem Schalter (18) aktiv oder passiv schaltbar ist.Battery storage system ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the power storage module ( 13 ) via a switch ( 18 ) with the output choke ( 19 ), wherein the power storage module ( 13 ) with the switch ( 18 ) is active or passive switchable. Batteriespeichersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Energiespeichermodulen (11) und/oder eine Mehrzahl von Leistungsspeichermodulen (13) einsetzbar sind.Battery storage system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of energy storage modules ( 11 ) and / or a plurality of power storage modules ( 13 ) can be used. Batteriespeichersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teillastbereich die Zwischenkreisspannung (UDC) absenkbar ist. Battery storage system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in a partial load range, the intermediate circuit voltage (U DC ) is lowered. Batteriespeichersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsspeichermodule (13) beim Rekuperieren nachladbar sind.Battery storage system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power storage modules ( 13 ) are reloadable during recuperation. Verfahren zur individuellen Anpassung des Leistungs- und Energiegehaltes eines Batteriespeichersystems (10) zum Einsatz in einem batterieelektrischen Fahrzeugsystem umfassend zumindest ein Energiespeichermodul (11) und zumindest ein Leistungsspeichermodul (13), das mit dem Energiespeichermodul (11) in Serie verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (11) mit zumindest einer Batteriezelle (12) eines ersten Types und das Leistungsspeichermodul (13) mit zumindest einer Batteriezelle (14) eines zweiten Types, der sich von dem ersten Typ unterscheidet, bestückt wird, wobei bei geringer geforderter Leistung durch das Fahrzeugsystem das Leistungsspeichermodul (13) passiv geschaltet wird, sodass die Leistung allein durch das Energiespeichermodul (11) bereitgestellt wird und wobei bei höherer geforderter Leistung durch das Fahrzeugsystem das Leistungsspeichermodul (13) aktiv geschaltet wird, sodass die Leistung von dem Energiespeichermodul (11) und dem Leistungsspeichermodul (13) bereitgestellt wird. Method for individually adjusting the power and energy content of a battery storage system ( 10 ) for use in a battery-electric vehicle system comprising at least one energy storage module ( 11 ) and at least one power storage module ( 13 ) connected to the energy storage module ( 11 ) is connected in series, characterized in that the energy storage module ( 11 ) with at least one battery cell ( 12 ) of a first type and the power storage module ( 13 ) with at least one battery cell ( 14 ) of a second type different from the first type, with the vehicle system requiring the power storage module at low required power ( 13 ) is switched passively, so that the power alone through the energy storage module ( 11 ) and wherein at higher demanded power by the vehicle system the power storage module ( 13 ) is switched so that the power from the energy storage module ( 11 ) and the power storage module ( 13 ) provided.
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