DE102018211307A1

DE102018211307A1 - Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems und Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102018211307A1
Application number: DE102018211307.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Woll; Gunther Handte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) für ein Elektrofahrzeug, umfassend ein Chassis und eine Mehrzahl von parallel verschaltbaren Batteriemodulen (5), welche auf dem Chassis angeordnet sind, wobei jedes Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2) aufweist. Die einzelnen Batteriemodule (5) sind dabei separat und unabhängig voneinander zuschaltbar; die einzelnen Batteriemodule (5) sind separat und unabhängig voneinander von dem Chassis entnehmbar und mittels eines externen Ladegeräts aufladbar; und die einzelnen Batteriemodule (5) sind separat und unabhängig voneinander per Rekuperation aufladbar. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, welches ein Chassis und eine Mehrzahl von parallel verschaltbaren Batteriemodulen umfasst, welche auf dem Chassis angeordnet sind. Dabei weist jedes Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, welches ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. In elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, wie Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, aber auch in stationären Anwendungen werden aufladbare Batteriesysteme eingesetzt, vorwiegend um elektrische Antriebseinrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen. Für solche Anwendungen eignen sich insbesondere Batteriesysteme mit Lithium-Batteriezellen. Lithium-Batteriezellen zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Mehrere derartige Lithium-Batteriezellen werden elektrisch seriell als auch parallel miteinander verschaltet und zu Batteriemodulen verbunden. Ein Batteriesystem des Elektrofahrzeugs umfasst mehrere derartig ausgebildete und parallel miteinander verschaltete Batteriemodule.
Im Betrieb des Elektrofahrzeugs werden die Batteriezellen des Batteriesystems zum Antrieb des Elektrofahrzeugs sowie zur Versorgung weiterer Verbraucher genutzt und dabei entladen. Aber auch bei einem ruhenden Elektrofahrzeug findet eine geringe Entladung der Batteriezellen in Form einer Selbstentladung statt. Die Entladung der einzelnen Batteriezellen und Batteriemodule findet dabei, insbesondere im Betrieb des Elektrofahrzeugs nicht zwingend gleichmäßig statt.
Somit kann es vorkommen, dass die Batteriemodule eines solchen Batteriesystems unterschiedliche Ladezustände aufweisen. Bei Herstellung einer Parallelschaltung von Batteriemodulen mit unterschiedlichen Ladezuständen fließt ein Ausgleichsstrom zwischen den Batteriemodulen. Vor der Herstellung einer Parallelschaltung der einzelnen Batteriemodule müssen daher die Ladezustände der Batteriemodule zumindest annähernd gleich sein um solche Ausgleichsströme zu minimieren.
In dem Dokument US 2016/0046195 A1 ist eine Batteriemanagementvorrichtung offenbart, welche eine erste Batterie, eine zweite Batterie und eine Steuereinheit aufweist. Beide Batterien sind dabei mit einer Antriebseinheit elektrisch verbindbar um die besagte Antriebseinheit mit elektrischer Energie zu versorgen. Auch kann die erste Batterie von der zweiten Batterie geladen werden. Ferner ist ein Verfahren zum Verbinden der ersten Batterie und der zweiten Batterie mit der Antriebseinheit offenbart.
Aus dem Dokument US 2014/0306519 A1 ist ein hybrides Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug bekannt. Das Batteriesystem umfasst ein Lithium-Batteriemodul mit mehreren Lithium-Batteriezellen und ein Blei-Batteriemodul mit mehreren Blei-Batteriezellen. Ferner ist ein Schaltkreis vorgesehen, welcher mit dem Lithium-Batteriemodul und mit dem Blei-Batteriemodul verbunden ist. Der Schaltkreis weist einen Schalter auf, mittels welchem das Lithium-Batteriemodul sowie das Blei-Batteriemodul selektiv entladen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst dabei ein Chassis und eine Mehrzahl von parallel verschaltbaren Batteriemodulen. Die Batteriemodule sind auf dem Chassis angeordnet. Jedes Batteriemodul weist mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise mehrere Batteriezellen, auf. Bei den Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um wieder aufladbare Lithium-Batteriezellen, welche elektrisch seriell als auch parallel miteinander verschaltet sind.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Batteriemodule separat und unabhängig voneinander zuschaltbar. Unter Zuschalten ist unter anderem das Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Verbraucher zu verstehen, wodurch elektrische Energie von dem zugeschalteten Batteriemodul zu dem Verbraucher fließen kann. Unter Zuschalten ist auch das Herstellen einer elektrischen Verbindung einzelner Batteriemodule zu verstehen, wodurch die zugeschalteten Batteriemodule parallel miteinander verschaltet werden. Die so parallel miteinander verschalteten Batteriemodule können dann mit einem Verbraucher verbunden werden.
Auch sind die einzelnen Batteriemodule separat und unabhängig voneinander von dem Chassis entnehmbar und mittels eines externen Ladegeräts aufladbar. Insbesondere kann also jedes Batteriemodul entnommen und geladen werden, während die übrigen Batteriemodule auf dem Chassis verbleiben und dabei nicht geladen werden.
Ferner sind die einzelnen Batteriemodule separat und unabhängig voneinander per Rekuperation aufladbar. Unter Rekuperation ist dabei eine Rückgewinnung von Energie zu verstehen. Rekuperation ist beispielsweise nutzbar, indem bei einem Bremsvorgang des Elektrofahrzeugs Bewegungsenergie in elektrische Energie gewandelt wird, und mit der so erzeugten elektrischen Energie in die Batteriemodule geladen werden.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere dann ausgeführt, wenn das Elektrofahrzeug und damit auch das Batteriesystem nach einer Phase der Nichtbenutzung in Betrieb genommen werden, beispielsweise beim Starten des Elektrofahrzeugs morgens, nachdem das Elektrofahrzeug in der vorhergehenden Nacht nicht benutzt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft anwendbar, wenn während der Phase der Nichtbenutzung einzelne Batteriemodule mittels eines externen Ladegeräts geladen wurden, wodurch die Batteriemodule des Batteriesystems unterschiedliche Ladezustände aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend genannten Schritte.
Zunächst erfolgt ein Zuschalten einer ersten Modulgruppe von Batteriemodulen, welche einen höheren Ladezustand aufweisen als die übrigen Batteriemodule. Das Zuschalten der ersten Modulgruppe erfolgt jedoch nur, wenn eine von der ersten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine vorgegebene Mindestleistung. Die Mindestleistung ist beispielsweise eine Leistung, die zum Starten des Elektrofahrzeugs, insbesondere beim Anfahren, erforderlich ist.
Anschließend, insbesondere beim Fahren des Elektrofahrzeugs, erfolgt ein Aufladen einer zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen, welche einen geringeren Ladezustand aufweisen als die Batteriemodule der ersten Modulgruppe mittels Rekuperation. Die Batteriemodule der ersten Modulgruppe werden also beim Fahren entladen und die Batteriemodule der zweiten Modulgruppe werden beim Fahren mittels Rekuperation geladen. Dadurch gleichen sich die Ladezustände der Batteriemodule der ersten Modulgruppe und der zweiten Modulgruppe aneinander an.
Es folgt, während des Fahrens, ein Vergleichen des Ladezustands der ersten Modulgruppe mit dem Ladezustand der zweiten Modulgruppe. Ebenso folgt, während des Fahrens, ein Messen eines von der ersten Modulgruppe gelieferten Stroms.
Es erfolgt ein Zuschalten der zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen, wenn der Betrag einer Differenz aus dem Ladezustand der ersten Modulgruppe von Batteriemodulen und dem Ladezustand der zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, und wenn der von der ersten Modulgruppe von Batteriemodulen gelieferte Strom einen vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet.
Danach sind die erste Modulgruppe von Batteriemodulen und die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen zugeschaltet und elektrisch parallel miteinander verschaltet. Der Verbraucher wird somit aus einer Parallelschaltung der Batteriemodule der ersten Modulgruppe und der zweiten Modulgruppe mit elektrischer Energie versorgt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Zuschalten der zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen, anstelle der ersten Modulgruppe von Batteriemodulen, wenn die von der ersten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vorgegebene Mindestleistung, und wenn eine von der zweiten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die vorgegebene Mindestleistung. Das Elektrofahrzeug wird in diesem Fall also mit den Batteriemodulen der zweiten Modulgruppe gestartet, welche den geringeren Ladezustand aufweisen, welche aber die erforderliche Mindestleistung zur Verfügung stellen können.
In diesem Fall erfolgt vorzugsweise ein Umschalten auf die erste Modulgruppe von Batteriemodulen, wenn die von der ersten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine von einem Verbraucher angeforderte Leistung. Umschalten bedeutet hier, dass die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen abgeschaltet, also von dem Verbraucher elektrisch getrennt, wird, und dass die erste Modulgruppe von Batteriemodulen zugeschaltet wird. Die von dem Verbraucher während des Fahrens angeforderte Leistung variiert und ist, beispielsweise im Leerlauf sowie bei einem Bremsvorgang, geringer als die vorgegebene Mindestleistung. Das Umschalten auf die erste Modulgruppe von Batteriemodulen erfolgt im realen Betrieb des Elektrofahrzeugs also nach relativ geringer Zeit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt unter gewissen Bedingungen ein Umschalten auf die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen. Das bedeutet, dass die erste Modulgruppe von Batteriemodulen abgeschaltet, also von dem Verbraucher elektrisch getrennt, wird, und dass die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen zugeschaltet wird.
Das Umschalten auf die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen erfolgt, wenn der Betrag der Differenz aus dem Ladezustand der ersten Modulgruppe und dem Ladezustand der zweiten Modulgruppe den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und wenn der Ladezustand der zweiten Modulgruppe höher ist als der Ladezustand der ersten Modulgruppe, und wenn die von der zweiten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine von einem Verbraucher angeforderte Leistung, und wenn der von der ersten Modulgruppe gelieferte Strom den vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet. Dieser Fall kann insbesondere dann eintreten, wenn der Ladezustand der ersten Modulgruppe sinkt, und ein Zuschalten der zweiten Modulgruppe wegen eines durchgehend hohen von der ersten Modulgruppe gelieferten Stroms nicht erfolgen kann.
Ein Umschalten auf die zweite Modulgruppe von Batteriemodulen erfolgt vorzugsweise auch, wenn der Ladezustand der ersten Modulgruppe einen vorgegebenen Mindestladezustandswert unterschreitet. Weitere Bedingungen zum Umschalten auf die zweite Modulgruppe, welche zusätzlich erfüllt sein müssen, sind beispielsweise, dass der Betrag der Differenz aus dem Ladezustand der ersten Modulgruppe und dem Ladezustand der zweiten Modulgruppe den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, dass der Ladezustand der zweiten Modulgruppe höher ist als der Ladezustand der ersten Modulgruppe, und/oder dass die von der zweiten Modulgruppe zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die von einem Verbraucher angeforderte Leistung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vorbereitend eine Bestimmung der Ladezustände aller Batteriemodule des Batteriesystems, wobei der ersten Modulgruppe von Batteriemodulen diejenigen Batteriemodule zugeordnet werden, welche einen höheren Ladezustand aufweisen als die übrigen Batteriemodule, und deren Ladezustände sich höchstens um einen vorgegebenen Grenzwert unterscheiden. Die Ladezustände der Batteriemodule der ersten Modulgruppe sind also annähernd gleich.
Vorzugsweise erfolgt anschließend eine Bestimmung der maximalen Leistung, welche von der ersten Modulgruppe von Batteriemodulen zur Verfügung gestellt werden kann
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vorbereitend eine Bestimmung der Ladezustände aller Batteriemodule des Batteriesystems, wobei der zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen diejenigen Batteriemodule zugeordnet werden, welche einen geringeren Ladezustand aufweisen als die übrigen Batteriemodule, und deren Ladezustände sich höchstens um einen vorgegebenen Grenzwert unterscheiden. Die Ladezustände der Batteriemodule der zweiten Modulgruppe sind also annähernd gleich.
Vorzugsweise erfolgt anschließend eine Bestimmung der maximalen Leistung, welche von der zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen zur Verfügung gestellt werden kann.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Modulgruppe genau ein Batteriemodul. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Modulgruppe genau ein Batteriemodul.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Modulgruppe mindestens zwei Batteriemodule. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Modulgruppe mindestens zwei Batteriemodule.
Es wird auch ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, das ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Batteriesystem gestattet insbesondere, einzelne Batteriemodule zu entnehmen und mittels eines externen Ladegeräts zu laden. Auf diese Weise kann das Batteriesystem zumindest teilweise geladen werden, wobei aber ein Transport vieler Batteriemodule oder auch des ganzen Batteriesystems zu dem externen Ladegerät nicht erforderlich ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Batteriemodule des erfindungsgemäßen Batteriesystems, die sich auf unterschiedlichem Ladezustandsniveau befinden, parallel miteinander verschaltet werden, wobei die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund steht und eine Verschwendung von elektrischer Energie weitgehend vermieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner, einem Elektrofahrzeug eine maximal mögliche Leistung zur Verfügung zu stellen, insbesondere durch Umschaltvorgänge zwischen den Modulgruppen von Batteriemodulen mit dem Ziel der Zusammenschaltung aller Modulgruppen des Batteriesystems. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch eine möglichst lange Betriebsdauer des Elektrofahrzeugs und damit eine höhere Reichweite des Elektrofahrzeugs. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren derart konzipiert, dass keine zusätzlichen Hardwarekomponenten erforderlich sind. Insbesondere kann auf eine Balancingeinheit vorteilhaft verzichtet werden. Somit sind das erfindungsgemäße Batteriesystem und das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für kostengünstige Massenmarktsysteme geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Anwendung in Batteriesystemen mit einer beliebigen Anzahl von parallel verschaltbaren Batteriemodulen geeignet. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Austausch von Batteriemodulen mit unterschiedlichen Alterungsstufen anwendbar.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems mit mehreren Batteriemodulen,
2 eine erste beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen zu Modulgruppen,
3 eine zweite beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen zu Modulgruppen,
4 eine dritte beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen zu Modulgruppen und
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystems.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 für ein Elektrofahrzeug mit mehreren Batteriemodulen 5. Jedes der Batteriemodule 5 des Batteriesystems 10 umfasst mehrere Batteriezellen 2, die vorliegend elektrisch seriell miteinander verschaltet sind. Die Batteriezellen 2 können innerhalb eines Batteriemoduls 5 sowohl parallel als auch seriell miteinander verschaltet sein. Vorliegend sind alle Batteriemodule 5 des Batteriesystems 10 identisch ausgebildet.
Jede Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodeneinheit, welche jeweils eine Anode und eine Kathode aufweist. Die Anode der Elektrodeneinheit ist mit einem negativen Terminal der Batteriezelle 2 verbunden. Die Kathode der Elektrodeneinheit ist mit einem positiven Terminal der Batteriezelle 2 verbunden. Zur seriellen Verschaltung der Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 5 ist jeweils das negative Terminal einer Batteriezelle 2 mit dem positiven Terminal der benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden.
Die Batteriemodule 5 sind vorliegend elektrisch parallel verschaltbar. Eingangsseitig sind die Batteriemodule 5 elektrisch miteinander verbunden. Ausgangsseitig ist jedes der Batteriemodule 5 mit einem separaten Hauptschalter 61 elektrisch verbunden. Durch Schließen der Hauptschalter 61 sind die Batteriemodule 5 auch ausgangsseitig elektrisch miteinander verbunden.
Bei geschlossenen Hauptschaltern 61 sind die Batteriemodule 5 somit elektrisch parallel verschaltet.
2 zeigt eine erste beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen 5 eines Batteriesystems 10 zu Modulgruppen MG1, MG2. Das zugehörige Batteriesystem 10 umfasst vier Batteriemodule 5. Dabei weisen zwei Batteriemodule 5 einen höheren Ladezustand (SOC) auf und werden einer ersten Modulgruppe von Batteriemodulen MG1 zugeordnet. Zwei Batteriemodule 5 weisen einen geringeren Ladezustand (SOC) auf und werden einer zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen MG2 zugeordnet.
3 zeigt eine zweite beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen 5 eines Batteriesystems 10 zu Modulgruppen MG1, MG2. Das zugehörige Batteriesystem 10 umfasst sechs Batteriemodule 5. Dabei weist ein Batteriemodul 5 einen höheren Ladezustand (SOC) auf und wird einer ersten Modulgruppe von Batteriemodulen MG1 zugeordnet. Fünf Batteriemodule 5 weisen einen geringeren Ladezustand (SOC) auf und werden einer zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen MG2 zugeordnet.
4 zeigt eine dritte beispielhafte Zuordnung von Batteriemodulen 5 eines Batteriesystems 10 zu Modulgruppen MG1, MG2. Das zugehörige Batteriesystem 10 umfasst acht Batteriemodule 5. Dabei weisen sechs Batteriemodule 5 einen höheren Ladezustand (SOC) auf und werden einer ersten Modulgruppe von Batteriemodulen MG1 zugeordnet. Zwei Batteriemodule 5 weisen einen geringeren Ladezustand (SOC) auf und werden einer zweiten Modulgruppe von Batteriemodulen MG2 zugeordnet.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystems 10. In einem Startschritt 100 werden das Elektrofahrzeug und das Batteriesystem 10 eingeschaltet.
Zunächst erfolgt in einem Schritt 101 eine Bestimmung der Ladezustände SOC aller Batteriemodule 5 des Batteriesystems 10. In einem folgenden Schritt 102 folgt die Bildung der ersten Modulgruppe MG1 sowie der zweiten Modulgruppe MG2. Dabei werden der ersten Modulgruppe MG1 diejenigen Batteriemodule 5 zugeordnet, welche einen höheren Ladezustand SOC aufweisen als die übrigen Batteriemodule 5. Der zweiten Modulgruppe MG2 werden diejenigen Batteriemodule 5 zugeordnet, welche einen geringeren Ladezustand SOC aufweisen als die übrigen Batteriemodule 5. In einem folgenden Schritt 103 erfolgt eine Bestimmung der maximalen Leistung, welche die erste Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellen kann. Ebenso erfolgt eine Bestimmung der maximalen Leistung, welche die zweite Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellen kann.
In einem Schritt 104 erfolgt eine Prüfung, ob die Leistung, welche die erste Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellen kann, eine vorgegebene Mindestleistung übersteigt. Wenn die von der ersten Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die vorgegebene Mindestleistung, so wird in einem Schritt 105 die erste Modulgruppe MG1 zugeschaltet, also mit einem Verbraucher 20 des Elektrofahrzeugs verbunden. In einem Schritt 106 erfolgt dann ein Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, wobei u.a. durch Rekuperation eine Aufladung der Batteriemodule 5 der zweiten Modulgruppe MG2 stattfindet.
In einem Schritt 107 erfolgt ein Vergleich des Ladezustands SOC der ersten Modulgruppe MG1 mit dem Ladezustand SOC der zweiten Modulgruppe MG2. In einem Schritt 108 erfolgt die Messung eines von der ersten Modulgruppe MG1 gelieferten Stroms, welcher insbesondere zu dem Verbraucher 20 fließt. Wenn der Betrag einer Differenz aus dem Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 und dem Ladezustand SOC der zweiten Modulgruppe MG2 einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, und wenn der von der ersten Modulgruppe MG1 gelieferte Strom einen vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet, so erfolgt in einem nachfolgenden Schritt 109 ein Zuschalten der zweiten Modulgruppe MG2.
In einem nachfolgenden Schritt 110 erfolgt dann ein regulärer Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, wobei die erste Modulgruppe MG1 und die zweite Modulgruppe MG2 beide zugeschaltet sind. Der Fahrbetrieb endet zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Endschritt 400.
Sofern in dem vorangegangenen Schritt 104 festgestellt wurde, dass die von der ersten Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vorgegebene Mindestleistung, so erfolgt in einem Schritt 201 die Prüfung, ob eine von der zweiten Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die vorgegebene Mindestleistung. Sofern auch die von der zweiten Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vorgegebene Mindestleistung, so wird in einem Schritt 202 festgestellt, dass ein Start des Elektrofahrzeugs nicht möglich ist. Eine entsprechende Meldung wird dem Benutzer angezeigt.
Wenn im Schritt 201 festgestellt wird, dass die zweite Modulgruppe MG2 eine Leistung zur Verfügung stellen kann, welche höher ist als die vorgegebene Mindestleistung, so erfolgt mit einem Schritt 203 die Zuschaltung der zweiten Modulgruppe MG2. In einem Schritt 204 erfolgt ein Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, wobei die zweite Modulgruppe MG2 zugeschaltet ist. In einem nachfolgenden Schritt 205 wird geprüft, ob die von der ersten Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine aktuell von dem Verbraucher 20 angeforderte Leistung. Sofern die von der ersten Modulgruppe MG1 zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vom Verbraucher 20 angeforderte Leistung, so verbleibt das Elektrofahrzeug in dem Fahrbetrieb mit Schritt 204.
Sofern die von der ersten Modulgruppe 1 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die von dem Verbraucher 20 angeforderte Leistung, so erfolgt in einem nachfolgenden Schritt 206 ein Umschalten auf die erste Modulgruppe MG1. Danach erfolgt der Fahrbetrieb, welcher im Schritt 106 beschrieben ist.
Wenn in dem Schritt 107 festgestellt wird, dass der Betrag der Differenz aus dem Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 und dem Ladezustand SOC der zweiten Modulgruppe MG2 den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, so wird in einem nachfolgenden Schritt 301 geprüft, ob der Ladezustand SOC der zweiten Modulgruppe MG2 höher ist als der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1. Wenn der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 immer noch höher ist, so erfolgt weiter der Fahrbetrieb wie in Schritt 106 beschrieben.
Wenn der Ladezustand SOC der zweiten Modulgruppe MG2 höher ist als der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1, so wird in einem nachfolgenden Schritt 302 geprüft, ob die von der zweiten Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die von dem Verbraucher 20 angeforderte Leistung.
Wenn die von der zweiten Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die von dem Verbraucher 20 angeforderte Leistung, so wird in einem Schritt 303 der von der ersten Modulgruppe MG1 gelieferte Strom gemessen. Wenn der von der ersten Modulgruppe MG1 gelieferte Strom den vorgegebenen maximalen Stromwert überschreitet, so wird der Schritt 302 wiederholt. Wenn der von der ersten Modulgruppe MG1 gelieferte Strom den vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet, so findet im Schritt 304 eine Umschaltung auf die zweite Modulgruppe MG2 statt. Das Verfahren wird mit Schritt 106 fortgeführt, wobei nun jedoch die zweite Modulgruppe MG2 zugeschaltet ist.
Wenn im Schritt 302 festgestellt wird, dass die von der zweiten Modulgruppe MG2 zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vom Verbraucher 20 angeforderte Leistung, so erfolgt in einem Schritt 305 ein weiterer Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, wobei die erste Modulgruppe MG1 zugeschaltet bleibt. In einem Schritt 306 wird der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 mit einem vorgegebenen Mindestladezustand verglichen. Wenn der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 den vorgegebenen Mindestladezustandswert überschreitet, so wird der Schritt 302 wiederholt.
Wenn der Ladezustand SOC der ersten Modulgruppe MG1 den vorgegebenen Mindestladezustandswert unterschreitet, so erfolgt ein Umschalten auf die zweite Modulgruppe MG2 in einem Schritt 307. In einem Schritt 308 erfolgt ein weiterer Fahrbetrieb, wobei die zweite Modulgruppe MG2 zugeschaltet ist. Der Fahrbetrieb endet zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Endschritt 400.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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 2016/0046195 A1 [0005]
US 2014/0306519 A1 [0006]

Claims

Batteriesystem (10) für ein Elektrofahrzeug, umfassend ein Chassis und eine Mehrzahl von parallel verschaltbaren Batteriemodulen (5), welche auf dem Chassis angeordnet sind, wobei jedes Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Batteriemodule (5) separat und unabhängig voneinander zuschaltbar sind; die einzelnen Batteriemodule (5) separat und unabhängig voneinander von dem Chassis entnehmbar und mittels eines externen Ladegeräts aufladbar sind; und die einzelnen Batteriemodule (5) separat und unabhängig voneinander per Rekuperation aufladbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach Anspruch 1, umfassend folgende Schritte: - Zuschalten einer ersten Modulgruppe (MG1) von Batteriemodulen (5), welche einen höheren Ladezustand (SOC) aufweisen als die übrigen Batteriemodule (5), wenn eine von der ersten Modulgruppe (MG1) zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine vorgegebene Mindestleistung; - Aufladen einer zweiten Modulgruppe (MG2) von Batteriemodulen (5), welche einen geringeren Ladezustand (SOC) aufweisen als die Batteriemodule (5) der ersten Modulgruppe (MG1) mittels Rekuperation; - Vergleichen des Ladezustands (SOC) der ersten Modulgruppe (MG1) mit dem Ladezustand (SOC) der zweiten Modulgruppe (MG2); - Messen eines von der ersten Modulgruppe (MG1) gelieferten Stroms; - Zuschalten der zweiten Modulgruppe (MG2), wenn der Betrag einer Differenz aus dem Ladezustand (SOC) der ersten Modulgruppe (MG1) und dem Ladezustand (SOC) der zweiten Modulgruppe (MG2) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, und wenn der von der ersten Modulgruppe (MG1) gelieferte Strom einen vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Zuschalten der zweiten Modulgruppe (MG2) von Batteriemodulen (5) erfolgt, wenn die von der ersten Modulgruppe (MG1) zur Verfügung stellbare Leistung geringer ist als die vorgegebene Mindestleistung, und wenn eine von der zweiten Modulgruppe (MG2) zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als die vorgegebene Mindestleistung.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Umschalten auf die erste Modulgruppe (MG1) von Batteriemodulen (5) erfolgt, wenn die von der ersten Modulgruppe (MG1) zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine von einem Verbraucher (20) angeforderte Leistung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Umschalten auf die zweite Modulgruppe (MG2) von Batteriemodulen (5) erfolgt, wenn der Betrag der Differenz aus dem Ladezustand (SOC) der ersten Modulgruppe (MG1) und dem Ladezustand (SOC) der zweiten Modulgruppe (MG2) den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und wenn der Ladezustand (SOC) der zweiten Modulgruppe (MG2) höher ist als der Ladezustand (SOC) der ersten Modulgruppe (MG1), und wenn die von der zweiten Modulgruppe (MG2) zur Verfügung stellbare Leistung höher ist als eine von einem Verbraucher (20) angeforderte Leistung, und wenn der von der ersten Modulgruppe (MG1) gelieferte Strom den vorgegebenen maximalen Stromwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein Umschalten auf die zweite Modulgruppe (MG2) von Batteriemodulen (5) erfolgt, wenn der Ladezustand (SOC) der ersten Modulgruppe (MG1) einen vorgegebenen Mindestladezustandswert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei vorbereitend eine Bestimmung der Ladezustände (SOC) aller Batteriemodule (5) erfolgt, wobei der ersten Modulgruppe (MG1) diejenigen Batteriemodule (5) zugeordnet werden, welche einen höheren Ladezustand (SOC) aufweisen als die übrigen Batteriemodule (5), und deren Ladezustände (SOC) sich höchstens um einen vorgegebenen Grenzwert unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei vorbereitend eine Bestimmung der Ladezustände (SOC) aller Batteriemodule (5) erfolgt, wobei der zweiten Modulgruppe (MG2) diejenigen Batteriemodule (5) zugeordnet werden, welche einen geringeren Ladezustand (SOC) aufweisen als die übrigen Batteriemodule (5), und deren Ladezustände (SOC) sich höchstens um einen vorgegebenen Grenzwert unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die erste Modulgruppe (MG1) und/oder die zweite Modulgruppe (MG2) genau ein Batteriemodul (5) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die erste Modulgruppe (MG1) und/oder die zweite Modulgruppe (MG2) mindestens zwei Batteriemodule (5) umfasst.
Elektrofahrzeug, umfassend mindestens ein Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 betrieben wird.