DE102018214568A1 - Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102018214568A1
DE102018214568A1 DE102018214568.7A DE102018214568A DE102018214568A1 DE 102018214568 A1 DE102018214568 A1 DE 102018214568A1 DE 102018214568 A DE102018214568 A DE 102018214568A DE 102018214568 A1 DE102018214568 A1 DE 102018214568A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery
performance
energy
cells
electric vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018214568.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Woll
Jochen Buck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102018214568.7A priority Critical patent/DE102018214568A1/de
Publication of DE102018214568A1 publication Critical patent/DE102018214568A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1446—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in response to parameters of a vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs, welches eine Hochenergiebatterie, die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochenergiezellen aufweist, und eine Hochleistungsbatterie, die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochleistungszellen aufweist, umfasst. Dabei wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen durchgeführt, während das Batteriesystem in einer Hochenergiebetriebsart betrieben wird, in welcher die Hochenergiebatterie aktiv ist, und in welcher die Hochleistungsbatterie inaktiv ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, welches ein Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs, welches eine Hochenergiebatterie, die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochenergiezellen aufweist, und eine Hochleistungsbatterie, die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochleistungszellen aufweist, umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, welches ein Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
  • Stand der Technik
  • Batteriesysteme, insbesondere in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, sind so auszulegen, dass sie den Anforderungen der Automobilhersteller hinsichtlich verfügbarer Energie und abrufbarer Leistung gerecht werden. Es sind Hochenergiebatterien bekannt, welche eine verhältnismäßig große Speicherkapazität aufweisen und somit eine verhältnismäßig große Energiemenge speichern können. Ferner sind Hochleistungsbatterien bekannt, welche eine verhältnismäßig große Leistung, beispielsweise in Form eines hohen Stromes, abgeben können. Eine Hochleistungsbatterie kann beispielsweise als Kondensator ausgeführt sein.
  • Um mit solchen verfügbaren Batterien die Energieanforderungen und Leistungsanforderungen zu treffen, sind hybride Batteriesysteme bekannt, welche eine Kombination aus Hochenergiebatterien und Hochleistungsbatterien aufweisen. Beispielsweise ist ein derartiges hybrides Batteriesystem in einer Hochenergiebetriebsart, in welcher nur die Hochenergiebatterie aktiv ist, und in einer Hochleistungsbetriebsart, in welcher nur die Hochleistungsbatterie aktiv ist, betreibbar.
  • Solche Batterien weisen jeweils mehrere Batteriezellen auf. Die Batterien sind derart ausgelegt, dass die einzelnen Batteriezellen in Serie miteinander verschaltet sind, um die nötige Hochvoltspannung von beispielsweise 400V bereitstellen zu können. Im Betrieb des Fahrzeugs werden die Batteriezellen zum Antrieb des Fahrzeugs und zur Versorgung weitere Verbraucher entladen. Aber auch bei einem ruhenden Fahrzeug findet eine geringe Entladung der Batteriezellen in Form einer Selbstentladung statt.
  • Die Entladung der Batteriezellen findet dabei nicht zwingend gleichmäßig statt. Die Ladungen der Batteriezellen weichen somit voneinander ab, und die Spannungen der Batteriezellen liegen nicht alle auf dem gleichen Niveau. Grund hierfür sind unterschiedliche Selbstentladung als auch unterschiedliche Alterung einzelner Zellen. Mit zunehmender Alterung werden die Batteriezellen schneller entladen. Die Batteriezelle mit der höchsten Spannung bestimmt das Ende eines Ladevorgangs, und die Batteriezelle mit der niedrigsten Spannung bestimmt das Ende eines Entladevorgangs.
  • Zum Betrieb eines solchen Batteriesystems müssen die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen aber annähernd gleich sein. In Kraftfahrzeugen, die batterieelektrisch betrieben werden, findet daher regelmäßig ein Ausgleich der Ladezustände der einzelnen Batteriezellen statt. Ein solcher Ausgleich wird auch als Balancing bezeichnet.
  • Aus den Dokumenten US 2016/0046201 A1 und DE 10 2014 225 782 A1 ist jeweils eine Batterie für ein Elektrofahrzeug bekannt, welche mehrere verschiedenartige Batteriemodule aufweist, insbesondere ein Hochenergiemodul und ein Hochleistungsmodul. Wenn ein Gaspedal des Elektrofahrzeugs betätigt wird, so werden die Batteriemodule seriell verschaltet. Wenn ein Gaspedal des Elektrofahrzeugs nicht betätigt wird, so werden die Batteriemodule parallel verschaltet. Wenn die Batteriemodule parallel verschaltet sind findet ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Batteriemodule statt.
  • In den Dokumenten US 2015/0333543 A1 und DE 10 2012 110 030 A1 ist eine Energiespeicherungsanordnung offenbart, welche eine Hochstromzelle und eine Hochenergiezelle umfasst. Die Hochstromzelle und die Hochenergiezelle sind derart verschaltet und werden derart geladen sowie entladen, dass ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen stattfindet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen. Das Batteriesystem ist dabei als hybrides Batteriesystem ausgestaltet und umfasst mindestens eine Hochenergiebatterie und eine Hochleistungsbatterie. Die Hochenergiebatterie weist eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochenergiezellen auf. Die Hochleistungsbatterie weist eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochleistungszellen auf. Mehrere Hochenergiezellen der Hochenergiebatterie können zusätzlich auch parallel verschaltet sein. Ebenso können mehrere Hochleistungszellen der Hochleistungsbatterie zusätzlich auch parallel verschaltet sein.
  • Es wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen durchgeführt, während das Batteriesystem in einer Hochenergiebetriebsart betrieben wird, in welcher die Hochenergiebatterie aktiv ist, und in welcher die Hochleistungsbatterie inaktiv ist. In der Hochenergiebetriebsart liefert ausschließlich die Hochenergiebatterie einen Strom zum Antrieb eines Motors des Elektrofahrzeugs, und die Hochleistungsbatterie liefert keinen Strom.
  • Das Batteriesystem kann auch in einer Hochleistungsbetriebsart betrieben werden, in welcher die Hochleistungsbatterie aktiv ist, und in welcher die Hochenergiebatterie inaktiv ist. In der Hochleistungsbetriebsart liefert ausschließlich die Hochleistungsbatterie einen Strom zum Antrieb des Motors des Elektrofahrzeugs, und die Hochenergiebatterie liefert keinen Strom. Das Batteriesystem kann auch in einer Hybridbetriebsart betrieben werden, in welcher die Hochleistungsbatterie und die Hochenergiebatterie aktiv sind und jeweils einen Strom zum Antrieb des Motors des Elektrofahrzeugs liefern.
  • Die Hochenergiebetriebsart wird insbesondere dann gewählt, wenn das Elektrofahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt und somit keine hohe Leistung und kein hoher Strom für den Motor erforderlich sind. Die Hochleistungsbetriebsart sowie die Hybridbetriebsart werden insbesondere dann gewählt, wenn eine hohe Leistung und ein hoher Strom für den Motor erforderlich sind, beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang des Elektrofahrzeugs sowie bei Fahren bergauf. Ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen wird also insbesondere dann durchgeführt, wenn das Elektrofahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen gestartet, wenn die Hochleistungsbatterie seit einer vorgegebenen Zeitspanne inaktiv ist. Dies geschieht insbesondere, wenn das Elektrofahrzeug seit der vorgegebenen Zeitspanne mit der konstanten Geschwindigkeit fährt, wenn also während der vorgegebenen Zeitspanne kein Beschleunigungsvorgang und kein Fahren bergauf stattfinden. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Hochenergiebetriebsart noch für einen gewissen Zeitraum beibehalten wird, so dass ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen ohne Unterbrechung durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen gestartet, wenn von mindestens einer Steuereinheit des Elektrofahrzeugs berechnet wird, dass die Hochleistungsbatterie für einen vorgegebenen Zeitraum voraussichtlich inaktiv bleiben wird. Dies geschieht also, wenn nach der Berechnung der Steuereinheit das Elektrofahrzeug im dem vorgegebenen Zeitraum die Hochenergiebetriebsart beibehalten wird, so dass ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen ohne Unterbrechung durchgeführt werden kann.
  • Die besagte Steuereinheit, welche eine solche Berechnung durchführt, ist beispielsweise ein Tempomat. Wenn der Tempomat auf eine konstante Geschwindigkeit programmiert ist, so ist für einen vorgegebenen Zeitraum kein Beschleunigungsvorgang zu erwarten, und die Hochenergiebetriebsart wird voraussichtlich beibehalten.
  • Die besagte Steuereinheit, welche eine solche Berechnung durchführt, kann beispielsweise auch ein Navigationsgerät sein. Wenn mittels des Navigationsgeräts ein Ziel einprogrammiert ist und eine entsprechende Route berechnet ist, so kann ein Abgleich der Route mit einem bekannten Höhenprofil erfolgen. Wenn auf der berechneten Route keine Steigung erkennbar ist, so ist für einen vorgegebenen Zeitraum kein Fahren bergauf zu erwarten, und die Hochenergiebetriebsart wird voraussichtlich beibehalten.
  • Vorzugsweise wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen unterbrochen, wenn die Hochleistungsbatterie aktiv ist. Dies geschieht insbesondere, wenn ein Beschleunigungsvorgang oder ein Fahren bergauf stattfinden, wodurch die Hochenergiebetriebsart verlassen wird, und das Batteriesystem in der Hochleistungsbetriebsart oder in der Hybridbetriebsart betrieben wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen durchgeführt, während die Hochenergiebatterie inaktiv ist. Dies geschieht insbesondere, wenn das Elektrofahrzeug steht und das Batteriesystem ausgeschaltet ist, wenn also weder die Hochenergiebatterie noch die Hochleistungsbatterie einen Strom zum Antrieb eines Motors des Elektrofahrzeugs liefern. Ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen kann auch durchgeführt werden, wenn das Batteriesystem in der Hochleistungsbetriebsart betrieben wird.
  • Vorteilhaft wird auch ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen zwischen der Hochleistungsbatterie und der Hochenergiebatterie durchgeführt, wenn ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen erfolgt ist, und wenn ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen erfolgt ist. Dies geschieht insbesondere, wenn das Elektrofahrzeug steht und das Batteriesystem ausgeschaltet ist, wenn also weder die Hochenergiebatterie noch die Hochleistungsbatterie einen Strom zum Antrieb eines Motors des Elektrofahrzeugs liefern. Ein solcher Ausgleich ist sinnvoll, wenn die Hochleistungsbatterie und die Hochenergiebatterie unterschiedliche Spannungen aufweisen.
  • Ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen wird vorzugsweise als passives Balancing durchgeführt. Auch ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen wird vorzugsweise als passives Balancing durchgeführt. Ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen zwischen der Hochleistungsbatterie und der Hochenergiebatterie wird vorzugsweise als aktives Balancing durchgeführt.
  • Beim aktiven Balancing wird elektrische Energie von Batteriezellen, die einen hohen Ladezustand aufweisen, an Batteriezellen, die einen niedrigen Ladezustand aufweisen, abgegeben. Auf diese Art werden die Ladezustände der Batteriezellen aneinander angeglichen. Beim aktiven Balancing wird vorteilhaft keine Energie in Verlustwärme umgesetzt. Zum Durchführen des aktiven Balancings ist jedoch eine entsprechende Balancingeinheit erforderlich.
  • Beim passiven Balancing wird elektrische Energie von Batteriezellen, die einen hohen Ladezustand aufweisen, an einen Widerstand abgegeben und dort in Wärme umgesetzt. Auf diese Art wird der Ladezustand der besagten Batteriezellen verringert und an Ladezustände der übrigen Batteriezellen angeglichen. Beim passiven Balancing wird elektrische Energie in Verlustwärme umgesetzt. Zum Durchführen des passiven Balancings ist nur eine kleine Balancingeinheit erforderlich, die im Wesentlichen elektrische Widerstände aufweist.
  • Es wird auch ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, das ein Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet einen Betrieb eines hybriden Batteriesystems in einem Elektrofahrzeug, wobei ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen auch während der Fahrt ablaufen kann. Somit ist nach der Fahrt nur noch ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen erforderlich. Der besagte Ausgleich, der auch als Balancing der Hochleistungszellen bezeichnet wird, kann dabei ereignisgesteuert gestartet werden, insbesondere von einem Tempomat oder einem Navigationsgerät. Vorteilhaft kann dabei ein Zeitpunkt zum Starten des Balancings der Hochleistungszellen derart berechnet werden, dass das Balancing der Hochleistungszellen voraussichtlich ohne Unterbrechung durchgeführt werden kann. Wenn das Balancing der Hochleistungszellen häufig durchgeführt wird, so bleiben die Ladungszustände der Hochleistungszellen annähernd gleich. Bei jedem einzelnen Balancing muss also nur eine geringe Menge an elektrischer Energie abgegeben werden. Dadurch wird eine Überhitzung einer dafür vorgesehenen Balancing-Schaltung vorteilhaft vermieden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Batteriesystems in einem Elektrofahrzeug und
    • 2: 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 in einem Elektrofahrzeug. Das Batteriesystem 10 ist mit einer Leistungselektronik 23 verbunden. Die Leistungselektronik 23 ist vorliegend als Multilevel-Inverter mit Mittelabgriff ausgestaltet. Mittels der Leistungselektronik 23 ist ein dreiphasiger Motor 25 eines Elektrofahrzeugs ansteuerbar. Das Batteriesystem 10 ist in einem Motorbetrieb, in welchem das Batteriesystem 10 Energie an den Motor 25 abgibt, und in einem Generatorbetrieb, in welchem das Batteriesystem 10 Energie von dem Motor 25 aufnimmt, betreibbar.
  • Das Batteriesystem 10 umfasst eine Hochenergiebatterie 12 und eine Hochleistungsbatterie 14, welche seriell verschaltet und mit der Leistungselektronik 23 verbunden sind. Die Hochenergiebatterie 12 weist eine verhältnismäßig große Speicherkapazität auf, und die Hochleistungsbatterie 14 kann eine verhältnismäßig große Leistung, insbesondere in Form eines hohen Stromes, abgeben.
  • Die Hochenergiebatterie 12 weist eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochenergiezellen 32 auf. Die Hochleistungsbatterie 14 weist eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochleistungszellen 34 auf. Mehrere Hochenergiezellen 32 der Hochenergiebatterie 12 können zusätzlich auch parallel verschaltet sein. Ebenso können mehrere Hochleistungszellen 34 der Hochleistungsbatterie 14 zusätzlich auch parallel verschaltet sein.
  • Das Batteriesystem 10 kann in einer Hochleistungsbetriebsart betrieben werden, in welcher die Hochleistungsbatterie 14 aktiv ist, und in welcher die Hochenergiebatterie 12 inaktiv ist. In der Hochleistungsbetriebsart liefert ausschließlich die Hochleistungsbatterie 14 einen Strom zum Antrieb des Motors 25 des Elektrofahrzeugs. Ebenso kann das Batteriesystem 10 in einer Hochenergiebetriebsart betrieben werden, in welcher die Hochenergiebatterie 12 aktiv ist, und in welcher die Hochleistungsbatterie 14 inaktiv ist. In der Hochenergiebetriebsart liefert ausschließlich die Hochenergiebatterie 12 einen Strom zum Antrieb des Motors 25 des Elektrofahrzeugs. Das Batteriesystem 10 kann auch in einer Hybridbetriebsart betrieben werden, in welcher die Hochleistungsbatterie 14 und die Hochenergiebatterie 12 aktiv sind und jeweils einen Strom zum Antrieb des Motors 25 des Elektrofahrzeugs liefern.
  • Ferner umfasst das Batteriesystem 10 ein Batteriemanagementsystem 20 zum Betrieb des Batteriesystems 10. Das Batteriemanagementsystem 20 ist dabei ebenfalls mit der Leistungselektronik 23, beispielsweise über einen CAN-Bus, verbunden. Das Batteriemanagementsystem 20 steuert und überwacht das Batteriesystem 10. Insbesondere steuert das Batteriemanagementsystem 20 Vorgänge, bei denen ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 und/oder der Hochenergiezellen 32 durchgeführt wird.
  • Das Batteriemanagementsystem 20 ist ferner mit einer Steuereinheit 30 des Elektrofahrzeugs, beispielsweise über einen CAN-Bus, verbunden. Bei der Steuereinheit 30 handelt es sich beispielsweise um einen Tempomat oder um ein Navigationsgerät.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystems 10. In einem Startschritt 100 werden das Elektrofahrzeug und das Batteriesystem 10 eingeschaltet. In einem nachfolgenden Schritt 101 werden die Ladezustände der Hochleistungszellen 34 überprüft. Insbesondere wird dabei überprüft, ob die Ladezustände der Hochleistungszellen 34 annähernd gleich sind, oder ob ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 erforderlich ist.
  • Sofern ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 durchzuführen ist, wird nun auf einen geeigneten Zeitpunkt zum Starten des Ausgleichs gewartet. Ein solcher geeigneter Zeitpunkt kann dabei durch mehrere Ereignisse bestimmt werden. Ein solches Ereignis tritt dann ein, wenn die Hochleistungsbatterie 14 für einen vorgegebenen Zeitraum voraussichtlich inaktiv bleiben wird.
  • Beispielsweise kann der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 in einem Schritt 111 gestartet werden, wenn die Hochleistungsbatterie 14 seit einer vorgegebenen Zeitspanne inaktiv ist. Dies geschieht beispielsweise, wenn das Batteriemanagementsystem 20 feststellt, dass das Batteriesystem 10 seit der vorgegebenen Zeitspanne in der Hochenergiebetriebsart betrieben wird.
  • Beispielsweise kann der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 auch in einem Schritt 112 gestartet werden, wenn die Steuereinheit 30, die ein Tempomat ist, ein entsprechendes Signal an das Batteriemanagementsystem 20 sendet. Dies geschieht insbesondere, wenn der Tempomat auf eine konstante Geschwindigkeit programmiert ist. In diesem Fall ist für einen vorgegebenen Zeitraum kein Beschleunigungsvorgang zu erwarten, und die Hochenergiebetriebsart wird voraussichtlich beibehalten.
  • Beispielsweise kann der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 auch in einem Schritt 113 gestartet werden, wenn die Steuereinheit 30, die ein Navigationsgerät ist, ein entsprechendes Signal an das Batteriemanagementsystem 20 sendet. Dies geschieht insbesondere, wenn mittels des Navigationsgeräts ein Ziel einprogrammiert ist und eine entsprechende Route berechnet ist, wenn ein Abgleich der Route mit einem bekannten Höhenprofil erfolgt ist, und wenn auf der berechneten Route keine Steigung erkennbar ist. In diesem Fall ist für einen vorgegebenen Zeitraum kein Fahren bergauf zu erwarten, und die Hochenergiebetriebsart wird voraussichtlich beibehalten.
  • Nachdem der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 in einem der Schritte 111, 112 oder 113 gestartet wurde wird dieser Ausgleich in einem Schritt 114 durchgeführt. Der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 wird dabei unterbrochen, wenn die Hochenergiebetriebsart verlassen wird und die Hochleistungsbatterie 14 wieder aktiv ist. In diesem Fall wird in einem Schritt 115 geprüft, ob die Ladezustände der Hochleistungszellen 34 ausreichend angeglichen sind, oder ein erneuter Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen erforderlich ist.
  • Wenn die Prüfung in Schritt 115 ergibt, dass ein erneuter Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 erforderlich ist, so wird wieder auf einen geeigneten Zeitpunkt zum Starten des Ausgleichs gewartet. Wenn ein entsprechendes Ereignis, das einen solchen geeigneten Zeitpunkt bestimmt, eintritt, so wird der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 wieder in einem der Schritte 111, 112 oder 113 gestartet.
  • Wenn die Prüfung in Schritt 115 ergibt, dass ein erneuter Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen 34 nicht erforderlich ist, so kann in einem Schritt 117 ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen 32 durchgeführt werden. Dies geschieht vorzugsweise nur, während die Hochenergiebatterie 12 inaktiv ist, insbesondere, wenn das Elektrofahrzeug und/oder das Batteriesystem 10 ausgeschaltet sind. Ebenso wird in dem Schritt 117 ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen zwischen der Hochleistungsbatterie 14 und der Hochenergiebatterie 12 durchgeführt, wenn erforderlich.
  • Nachdem ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen zwischen der Hochleistungsbatterie 14 und der Hochenergiebatterie 12 durchgeführt wurde endet das Verfahren zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Endschritt 120.
  • 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 2016/0046201 A1 [0007]
    • DE 102014225782 A1 [0007]
    • US 2015/0333543 A1 [0008]
    • DE 102012110030 A1 [0008]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (10) eines Elektrofahrzeugs, welches eine Hochenergiebatterie (12), die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochenergiezellen (32) aufweist, und eine Hochleistungsbatterie (14), die eine Vielzahl von seriell verschalteten Hochleistungszellen (34) aufweist, umfasst, wobei ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen (34) durchgeführt wird, während das Batteriesystem (10) in einer Hochenergiebetriebsart betrieben wird, in welcher die Hochenergiebatterie (12) aktiv ist, und in welcher die Hochleistungsbatterie (14) inaktiv ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen (34) gestartet wird, wenn die Hochleistungsbatterie (14) seit einer vorgegebenen Zeitspanne inaktiv ist.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen (34) gestartet wird, wenn von mindestens einer Steuereinheit (30) des Elektrofahrzeugs berechnet wird, dass die Hochleistungsbatterie (14) für einen vorgegebenen Zeitraum voraussichtlich inaktiv bleiben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (30) ein Tempomat ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Steuereinheit (30) ein Navigationsgerät ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen (34) unterbrochen wird, wenn die Hochleistungsbatterie (14) aktiv ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen (32) durchgeführt wird, während die Hochenergiebatterie (12) inaktiv ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen zwischen der Hochleistungsbatterie (14) und der Hochenergiebatterie (12) durchgeführt wird, wenn ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochleistungszellen (34) erfolgt ist, und wenn ein Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen der Hochenergiezellen (32) erfolgt ist.
  9. Elektrofahrzeug, umfassend mindestens ein Batteriesystem (10), welches mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche betrieben wird.
DE102018214568.7A 2018-08-29 2018-08-29 Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug Pending DE102018214568A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018214568.7A DE102018214568A1 (de) 2018-08-29 2018-08-29 Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018214568.7A DE102018214568A1 (de) 2018-08-29 2018-08-29 Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018214568A1 true DE102018214568A1 (de) 2020-03-05

Family

ID=69526757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018214568.7A Pending DE102018214568A1 (de) 2018-08-29 2018-08-29 Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018214568A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9056556B1 (en) * 2014-02-25 2015-06-16 Elwha Llc System and method for configuration and management of an energy storage system for a vehicle
DE102014225782A1 (de) * 2014-08-12 2016-02-18 Hyundai Motor Company System und verfahren zum kontrollieren einer batterie zum verlängern einer fahrleistung
US20160176298A1 (en) * 2011-03-16 2016-06-23 Johnson Controls Technology Company Energy Source System Having Multiple Energy Storage Devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160176298A1 (en) * 2011-03-16 2016-06-23 Johnson Controls Technology Company Energy Source System Having Multiple Energy Storage Devices
US9056556B1 (en) * 2014-02-25 2015-06-16 Elwha Llc System and method for configuration and management of an energy storage system for a vehicle
DE102014225782A1 (de) * 2014-08-12 2016-02-18 Hyundai Motor Company System und verfahren zum kontrollieren einer batterie zum verlängern einer fahrleistung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014203030B4 (de) Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Fahrzeugbordnetz
DE102015108116B4 (de) Fahrzeugsystem mit akkumulatorverstärkung (boost) und bypasssteuerung
DE102013200763A1 (de) System und verfahren für das fahrzeugenergiemanagement
DE102014109430A1 (de) Energiespeichersystem und Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems
DE102014207390A1 (de) Bordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
DE102014216470A1 (de) Bordnetzversorgungseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
DE102010009260A1 (de) Einrichtung zur Versorgung eines Bordnetzes
EP3720733B1 (de) Verfahren zum steuern einer elektrischen anlage eines elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs mit mehreren batterien sowie elektrische anlage eines elektrisch antreibbaren kraftfahrzeugs
DE102004010988A1 (de) Hybridantriebssystem für einen Portalhubstapler
EP3067240B1 (de) Verfahren zur spannungsversorgung eines bordnetzes eines kraftfahrzeugs
DE102010019296A1 (de) Energieversorgungsvorrichtung mit unterschiedlichen Batterietypen
DE102008061583A1 (de) Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug
WO2008098533A2 (de) Verfahren zur steuerung oder regelung der spannung einzelner zellen in einem zellstapel eines energiespeichers
DE102018001301B4 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102019125734A1 (de) Energiesystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
DE102019003542A1 (de) Spannungsversorgungsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, wobei ein erster elektrischer und ein zweiter elektrischer Energiespeicher direkt mit einem Ladeanschluss gekoppelt sind, sowie Verfahren
DE102015120285A1 (de) Batterie, Fahrzeug mit einer solchen Batterie und Verwendung einer solchen Batterie
DE102010017439A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen von Zellen eines Energiespeichers
DE102018214568A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs und Elektrofahrzeug
DE102019201137A1 (de) Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinheit
DE102019217698A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems und/oder einer Vorrichtung, elektrisches Energiespeichersystem und Vorrichtung
DE102014202922A1 (de) Batteriesystem und Fortbewegungsmittel, umfassend ein Batteriesystem
DE102010017752A1 (de) Kraftfahrzeug mit mehreren Batteriebänken
DE102012215178A1 (de) System und Verfahren zur Versorgung eines Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie, sowie Kraftfahrzeug
DE102017211001A1 (de) Hybrides Batteriesystem und Verfahren zum Betrieb eines hybriden Batteriesystems

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified