DE102016010839A1 - High-voltage battery system for a motor vehicle and method for producing a plurality of operating states - Google Patents
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Abstract
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Ladungsunterschiede zwischen zwei Energiespeichern (16, 18) auszugleichen. Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest teilweise elektrisch betreibbar ist, mit zumindest zwei Energiespeichern (16, 18), welche seriell und parallel miteinander schaltbar sind, und wobei eine Mehrzahl von Betriebszuständen des Hochvoltbatteriesystems (10) herstellbar ist, wobei das Hochvoltbatteriesystem (10) einen Bordlader (32) für zumindest zwei getrennte Ausgangsspannungen (U1, U2) aufweist, wovon jede der Ausgangsspannungen (U1, U2) jeweils für einen der zumindest zwei Energiespeicher (16, 18) bereitgestellt ist, wobei mittels des Bordladers (32) zumindest einer der Betriebszustände des Hochvoltbatteriesystems (10) herstellbar ist.The object of the present invention is to compensate for charge differences between two energy stores (16, 18). The invention relates to a high-voltage battery system (10) for a motor vehicle, which is at least partially electrically operable, with at least two energy stores (16, 18) which can be connected in series and in parallel, and wherein a plurality of operating states of the high-voltage battery system (10) can be produced in which the high-voltage battery system (10) has an on-board charger (32) for at least two separate output voltages (U1, U2), each of the output voltages (U1, U2) being provided for each of the at least two energy stores (16, 18), wherein the on-board charger (32) of at least one of the operating states of the high-voltage battery system (10) can be produced.
Description
Die Erfindung betrifft ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Betriebszuständen in einem Hochvoltbatteriesystem gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to a high-voltage battery system for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing a plurality of operating states in a high-voltage battery system according to patent claim 7.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Hochvoltbatteriesysteme mit zumindest zwei Energiespeichern bekannt. Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hochvoltbatteriesystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Ladungsunterschiede zwischen den zumindest zwei Energiespeichern ausgeglichen werden können.Object of the present invention is to develop a high-voltage battery system of the type mentioned in such a way that charge differences between the at least two energy storage can be compensated.
Diese Aufgabe wird durch ein Hochvoltbatteriesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Betriebszuständen gemäß dem Patentanspruch 7 ermöglicht.This object is made possible by a high-voltage battery system having the features of patent claim 1 and by a method for producing a plurality of operating states according to patent claim 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um ein Hochvoltbatteriesystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass Ladungsunterschiede zwischen den zumindest zwei Energiespeichern ausgeglichen werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Hochvoltbatteriesystem einen Bordlader für zumindest zwei getrennte Ausgangsspannungen aufweist, wovon jede der Ausgangsspannungen jeweils für einen der zumindest zwei Energiespeicher bereitgestellt ist, wobei mittels des Bordladers zumindest einer der Betriebszustände des Hochvoltbatteriesystems herstellbar ist. In dem Hochvoltbatteriesystem können die Teilstränge unterschiedlich geladen sein und unterschiedliche Spannungen aufweisen. Die Folge wären unkontrollierbare Ausgleichsströme, was zu Energieverlusten (Wärme), Alterung der Bauteile oder sogar zur Zerstörung der Bauteile führen würde. Insbesondere Relais wären von den unkontrollierbaren Ausgleichsströmen besonders betroffen. Das im Laufe der Zeit entstehende Ungleichgewicht der Ladungszustände beziehungsweise der Spannungen der zumindest zwei Energiespeicher kann erfindungsgemäß über den Bordlader, welcher insbesondere zweiphasig ausgebildet sein kann, ausgeglichen werden. Der Umladestrom ist jederzeit regelbar. Eine galvanische Trennung der beiden Teilbordnetze ist jederzeit gewährleistet. Somit können Umladeströme zum Batteriebalancing jederzeit kontrolliert geregelt werden und, wenn nötig, auch gestoppt werden. Weiterhin vorteilhaft ist, dass ein Mehraufwand aufgrund des Bordladers nicht entsteht, da der Bordlader, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, als zweiphasiger Lader für zumindest zwei getrennte Ausgangsspannungen bereits entwickelt ist.In order to develop a high-voltage battery system in the preamble of claim 1 and a method specified in the preamble of claim 7 such that charge differences between the at least two energy storage can be compensated, it is inventively provided that the high-voltage battery system has an on-board charger for at least two separate output voltages of which each of the output voltages is provided in each case for one of the at least two energy stores, wherein at least one of the operating states of the high-voltage battery system can be produced by means of the on-board charger. In the high voltage battery system, the sub-strings may be charged differently and have different voltages. The consequence would be uncontrollable balancing currents, which would lead to energy losses (heat), aging of the components or even destruction of the components. In particular relays would be particularly affected by the uncontrollable balancing currents. The resulting over time imbalance of the charge states or the voltages of the at least two energy storage devices can be compensated according to the invention via the on-board charger, which may be in particular two-phase. The recharging current can be regulated at any time. A galvanic separation of the two sub-networks is guaranteed at all times. Thus, recharge currents for battery balancing can be controlled at any time and, if necessary, also stopped. It is furthermore advantageous that an additional expenditure due to the on-board loader does not arise since the on-board loader, as already known from the prior art, has already been developed as a two-phase supercharger for at least two separate output voltages.
Mittels des erfindungsgemäßen Hochvoltbatteriesystems kann auf komplizierte Verschaltungen beispielsweise beim Elektromotor verzichtet werden. Beispielsweise wird derzeit zum Ausgleich der Ströme ein Elektromotor mit mehr als einem Drehstromsystem verwendet (zum Beispiel zwei getrennte Dreiphasensysteme). Diese werden von getrennten Invertern betrieben und können sowohl im Stern als auch im Dreieck verschaltet werden. Auch eine Kombination aus Stern/Dreieck ist möglich. Die Gleichspannungsversorgung der Inverter erfolgt jeweils über Teilabgriffe des Hochvoltbatteriesystems. Somit kann beispielsweise bei einem 800-Volt-Batteriesystem und einem 2 × 3-Phasen-Motor der eine Inverter mit den unteren 400 Volt (0 bis 400 Volt) und der andere mit den oberen 400 Volt (400 bis 800 Volt) versorgt werden. Somit können jeweils Halbleiter mit einer geringeren Sperrfestigkeit gegenüber einem Betrieb an 800 Volt verwendet werden. Über den Stator des Motors kann die Energie von der einen Spannungsebene in die andere übertragen werden. Durch die Wahl des Windungszahlverhältnisses zwischen den beiden Drehstromsystemen und der Schaltungsart (Stern/Dreieck) kann die Gesamtspannung auch in einem anderen Verhältnis aufgeteilt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Elektromotor sehr kompliziert aufgebaut sein muss beziehungsweise dass bei einem Defekt der gesamte Elektromotor ausgetauscht werden muss, was zu erhöhten Kosten führen kann.By means of the high-voltage battery system according to the invention can be dispensed with complicated interconnections, for example, the electric motor. For example, an electric motor with more than one three-phase system is currently used to equalize the currents (for example, two separate three-phase systems). These are operated by separate inverters and can be connected both in the star and in the delta. Also a combination of star / triangle is possible. The DC voltage supply of the inverter takes place via partial taps of the high-voltage battery system. Thus, for example, in an 800 volt battery system and a 2 x 3 phase motor, one inverter may be supplied with the lower 400 volt (0 to 400 volt) and the other with the upper 400 volt (400 to 800 volt). Thus, each semiconductor with a lower blocking resistance can be used against operation at 800 volts. Via the stator of the motor, the energy can be transferred from one voltage level to the other. By choosing the turns ratio between the two three-phase systems and the circuit type (star / delta), the total voltage can also be split in a different ratio. However, this has the disadvantage that the electric motor must be constructed very complicated or that in case of a defect, the entire electric motor must be replaced, which can lead to increased costs.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Hochvoltbatteriesystems weist das Hochvoltbatteriesystem genau zwei Energiespeicher und einen Bordlader mit genau zwei Ausgangsspannungen auf. Dies hat den Vorteil, dass bei derzeitigen Hochvoltbatteriesystemen in Kraftfahrzeugen diese mit jeweils unterschiedlichen Betriebszuständen geladen werden beziehungsweise ein Betriebszustand beispielsweise der Fahrbetrieb ist. Mittels der genau zwei Energiespeicher ist es beispielsweise möglich, dass ein Laden mit einer höheren Spannung durchgeführt werden kann, wobei die Spannungen auf die einzelnen Energiespeicher aufgeteilt werden können. Somit ist es sinnvoll, dass der Bordlader ebenfalls genau zwei Ausgangsspannungen für die jeweiligen Energiespeicher aufweist.According to an advantageous embodiment of the high-voltage battery system, the high-voltage battery system on exactly two energy storage and a on-board charger with exactly two output voltages. This has the advantage that in current high-voltage battery systems in motor vehicles this each loaded with different operating conditions or an operating state, for example, the driving is. By means of the exactly two energy stores, it is possible, for example, that charging can be carried out with a higher voltage, it being possible to divide the voltages between the individual energy stores. Thus, it makes sense that the on-board charger also has exactly two output voltages for the respective energy storage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform können die zwei Energiespeicher mittels genau eines Schalters miteinander elektrisch gekoppelt sein. Mittels des genau einen Schalters ist eine Serienschaltung der genau zwei Energiespeicher möglich, wodurch ein weiterer Betriebszustand des gesamten Hochvoltbatteriesystems herstellbar ist.According to a further advantageous embodiment, the two energy stores can be electrically coupled to each other by means of exactly one switch. By means of exactly one switch, a series connection of exactly two energy storage is possible, whereby a further operating state of the entire high-voltage battery system can be produced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform können jeweilige Anschlüsse bereitgestellt werden, über die die zumindest zwei Energiespeicher mit einer Gleichspannung oder mit einer Wechselspannung aufladbar sind. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Optionen zum Aufladen der zumindest zwei Energiespeicher bereitgestellt werden können. Beispielsweise können so mit einer Gleichspannung aus einer Aufladesäule die zumindest zwei Energiespeicher aufgeladen werden beziehungsweise ist ebenfalls ein Aufladen aus einer haushaltsüblichen Wechselstromsteckdose möglich.In a further advantageous embodiment, respective terminals can be provided, via which the at least two energy stores can be charged with a DC voltage or with an AC voltage. This has the advantage that several options for charging the at least two energy stores can be provided. For example, can be charged with a DC voltage from a Aufladesäule the at least two energy storage or is also a charge from a household standard AC power outlet possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform werden weitere jeweilige Anschlüsse bereitgestellt, über die die zumindest zwei Energiespeicher mit zumindest zwei in der Spannung unterschiedlichen Gleichspannungen aufladbar sind. Es hat sich erwiesen, dass beispielsweise Energiespeicher in Kraftfahrzeugen eine Spannung von jeweils 400 Volt aufweisen. Mit dem Bereitstellen der weiteren Anschlüsse kann beispielsweise ein Laden mit 800 Volt (doppelte Spannung der Energiespeicher) zur Verfügung gestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Hochvoltbatteriesystem schneller geladen werden kann. Somit kann ein weiterer Betriebszustand über das erfindungsgemäße Hochvoltbatteriesystem bereitgestellt werden. Dies steigert die Flexibilität beim Aufladevorgang.In a further advantageous embodiment, further respective connections are provided, via which the at least two energy stores can be charged with at least two DC voltages which are different in voltage. It has been found that, for example, energy stores in motor vehicles have a voltage of 400 volts each. By providing the further connections, charging with 800 volts (double voltage of the energy storage devices) can be provided, for example. This has the advantage that the high-voltage battery system can be charged faster. Thus, a further operating state can be provided via the high-voltage battery system according to the invention. This increases the flexibility during the charging process.
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest eine der Mehrzahl der Betriebszustände ein Fahrbetrieb und zumindest einer der Mehrzahl der Betriebszustände ein Aufladebetrieb ist. Insbesondere können es drei Aufladebetriebe sein. Bei den unterschiedlichen Betriebszuständen kann es vorkommen, dass Ladungsunterschiede zwischen den beiden Energiespeichern auftauchen und ausgeglichen werden müssen. Beispielsweise kann bei einem Umschalten von einem 800-Volt-Lademodus (zwei Energiespeicher des Hochvoltbatteriesystems in Reihe geschaltet) zum 400-Volt-Fahrmodus (Energiespeicher werden parallelgeschaltet) können die Energiespeicher unterschiedlich geladen sein und unterschiedliche Spannungen aufweisen. Unkontrollierbare Ausgleichsströme wären die Folge, was zu Energieverlusten (Wärme), Alterung der Bauteile oder gar zur Zerstörung der Bauteile führen würde. Die im Laufe der Zeit entstehenden Ungleichgewichte bei der Mehrzahl der Betriebszustände können ausgeglichen werden. Bei den Betriebszuständen kann es sich insbesondere um ein 800-Volt-Gleichstromladen handeln beziehungsweise um ein 400-Volt-Gleichstromladen handeln, beziehungsweise um ein 400-Wechselstromladen beziehungsweise um einen Fahrbetrieb.It has also proved to be advantageous if at least one of the plurality of operating states is a driving operation and at least one of the plurality of operating states is a charging operation. In particular, it can be three charging stations. In the different operating conditions, it may happen that differences in charge between the two energy storage must occur and must be compensated. For example, when switching from an 800-volt charging mode (two energy storage devices of the high-voltage battery system connected in series) to the 400-volt driving mode (energy storage devices are connected in parallel), the energy stores can be charged differently and have different voltages. Uncontrollable equalizing currents would be the result, which would lead to energy losses (heat), aging of the components or even to the destruction of the components. The imbalances that arise over time in the majority of operating states can be compensated. In particular, the operating states may be an 800-volt DC charging or a 400-volt DC charging, or a 400-AC charging or a driving operation.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Betriebszuständen in einem Hochvoltbatteriesystem mit zumindest zwei Batteriespeichern eines Kraftfahrzeugs, welches zumindest teilweise elektrisch betrieben wird, wobei mittels eines Bordladers, der mit den zumindest zwei Energiespeichern gekoppelt ist, zumindest zwei getrennte Ausgangsspannungen erzeugt werden, sodass zumindest eine der Mehrzahl der Betriebszustände hergestellt wird.The invention also relates to a method for producing a plurality of operating states in a high-voltage battery system having at least two battery stores of a motor vehicle which is operated at least partially electrically, wherein at least two separate output voltages are generated by means of an on-board charger which is coupled to the at least two energy stores, so that at least one of the plurality of operating conditions is established.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Mittels des ersten Energiespeichers
Die jeweiligen Teilstränge
Des Weiteren weist das Hochvoltbatteriesystem
Durch das erfindungsgemäße Hochvoltbatteriesystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- HochvoltbatteriesystemHigh-voltage battery system
- 1212
- erster Teilstrangfirst substrand
- 1414
- zweiter Teilstrangsecond substrand
- 1616
- erster Energiespeicherfirst energy store
- 1818
- zweiter Energiespeichersecond energy store
- 2020
- erstes Nebenaggregatfirst accessory
- 2222
- zweites Nebenaggregatsecond accessory
- 2424
- erster Kondensatorfirst capacitor
- 2626
- zweiter Kondensatorsecond capacitor
- 2828
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- 3030
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- 3232
- Bordladerboard charger
- 3434
- SpannungswandlerDC converter
- 3636
- erster DC/DC-Wandlerfirst DC / DC converter
- 3838
- zweiter DC/DC-Wandlersecond DC / DC converter
- 4040
- Anschlussconnection
- 4242
- Anschlussconnection
- 4444
- Anschlussconnection
- 4646
- Anschlussconnection
- 4848
- Anschlussconnection
- 5050
- Anschlussconnection
- 51a51a
- WechselstromanschlussAC connection
- 51b51b
- WechselstromanschlussAC connection
- 51c 51c
- WechselstromanschlussAC connection
- 5252
- Schalterswitch
- 5454
- Pfeilarrow
- 5656
- Ausgleichsstromtransient
- 5858
- magnetische Leistungsübertragungmagnetic power transmission
- U1 U 1
- erste Spannungfirst tension
- U2 U 2
- zweite Spannungsecond tension
- U3 U 3
- dritte Spannungthird tension
- UAC U AC
- WechselspannungAC
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2015/0002095 A1 [0002] US 2015/0002095 A1 [0002]
Claims (7)
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DE102016010839.8A Withdrawn DE102016010839A1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | High-voltage battery system for a motor vehicle and method for producing a plurality of operating states |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |