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Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie mehrere Batteriezelleneinheiten umfassend jeweils eine Batteriezelle aufweist, wobei die Batteriezellen der jeweiligen Batteriezelleneinheiten in einer Zellanordnung miteinander verschaltet sind. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie.
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Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugbatterien, insbesondere dem Gebiet der Hochvoltbatterien für Kraftfahrzeuge, angesiedelt. Nichtsdestoweniger kann die im Zusammenhang mit der Erfindung im Folgenden detaillierter beschriebene Batterie auch außerhalb eines Kraftfahrzeugs Anwendung finden, zum Beispiel als stationärer Energiespeicher, Energiespeicher für eine Fotovoltaik Anlage oder ähnliches.
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Typische, aus dem Stand der Technik bekannte Hochvoltbatterien für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise mehrere Batteriemodule auf, die wiederum mehrere Batteriezellen umfassen. Weiterhin sind auch aus dem Stand der Technik die verschiedensten Arten von Batteriezellen bekannt, wie zum Beispiel prismatische Zellen, Pouch-Zellen, Rundzellen, Zellen basierend auf verschiedenen Zellchemien, Zellen unterschiedlicher Kapazitäten, und so weiter. Je nach Anwendungsfall wird dann typischerweise zum Bereitstellen einer Hochvoltbatterie ein bestimmter Zelltyp gewählt. Typischerweise wird sich also bei der Ausbildung einer Hochvoltbatterie auf einen Zellentyp beschränkt.
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Die
EP 2 804 252 A1 beschreibt eine Batteriebaugruppe einer Batterie mit zwei verschiedenen Zellarten. Eine Zellart ist dabei als Hochleistungszelleneinheit ausgebildet, und die andere Zellart als Hochenergiezelleneinheit. Die ersten und zweiten Zelleneinheiten, das heißt die Hochleistungszelleneinheiten und die Hochenergiezelleneinheiten, sollen dabei vorzugsweise getrennt voneinander belastet werden, sodass der Strom zum Antrieb des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs während einer Beschleunigung beispielsweise aus den Hochleistungszellen bezogen wird, während er bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit aus den Hochenergiezellen bezogen wird. Dabei bleibt also immer eine der Zelleneinheiten ungenutzt, was sehr ineffizient ist.
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Weiterhin beschreibt die
WO 2011/057845 A1 ebenfalls ein Batteriesystem mit unterschiedlichen Zelltypen, insbesondere wiederum Leistungszellen und Energiezellen. Dabei verfügt das Energiesystem über zwei Energiespeicher, die unterschiedliche Ausgangsspannungen erzeugen. Diese sind über eine Diode miteinander verschaltet. Zusätzlich kommen zum Spannungsangleich noch DC/DC-Umsetzer zum Einsatz. Dieses Konzept ist aufgrund der benötigten Zusatzkomponenten, wie der Dioden und der DC/DC-Umsetzer, nur auf eine sehr geringe Anzahl von Energiespeichern unterschiedlicher Art oder unterschiedlichen Typs anwendbar, jedoch beispielsweise nicht auf Zellebene einer Hochvoltbatterie mit mehreren 100 Batteriezellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie bereitzustellen, die auf möglichst einfache Weise mehr Flexibilität ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie, durch ein Kraftfahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug weist mehrere Batteriezelleneinheiten umfassend jeweils eine Batteriezelle auf, wobei die Batteriezellen der jeweiligen Batteriezelleneinheiten in einer Zellanordnung miteinander verschaltet sind. Dabei umfasst eine jeweilige Batteriezelleneinheit eine Schalteranordnung, mittels welche eine jeweilige Batteriezelle unabhängig von den anderen der Batteriezellen aus der Zellanordnung wegschaltbar ist, wobei eine Art der jeweiligen der Batteriezellen vorgegeben ist und die Batterie derart ausgestaltet ist, dass die Schalteranordnungen der Batteriezelleneinheiten zumindest in Abhängigkeit von den vorgegebenen Arten der Batteriezellen steuerbar sind.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein Vorsehen einer Schalteranordnung für eine jeweilige Batteriezelle es auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, beliebige Batteriezellenarten und -typen miteinander zu kombinieren. Eine solche Schalteranordnung ermöglicht darüber hinaus nicht nur das gezielte Zu- und Wegschalten einzelner solcher Batteriezellen in und aus der Zellanordnung, die im Allgemeinen als beliebige Kombination aus Parallel- und/oder Serienschaltung von Batteriezellen realisiert sein kann, sondern zum Beispiel auch durch gezielte Ansteuerung von Schaltern dieser Schalteranordnung beispielsweise einen Spannungsabgleich mittels Pulsweitenmodulation. Damit lässt sich ein Mix aus beliebigen Arten von Batteriezellen in einer gemeinsamen Verschaltung auf besonders einfache und kostengünstige Weise umsetzen, da sich dies insbesondere, wie dies nachfolgend näher beschrieben ist, beispielsweise durch lediglich zwei Schalter pro Batteriezelle bewerkstelligen lässt, die zum Beispiel als elektronisch steuerbare Schalter, wie zum Beispiel MOSFETs (Metalloxid-Feldeffekttransistoren) ausgeführt sein können. Im Gegensatz zum Vorsehen von einer Diode und DC/DC-Wandlern pro Batteriezelle lässt sich eine Verschaltung unterschiedlicher Batteriezellentypen durch eine solche Schalteranordnung einerseits auf deutlich kostengünstigere, andererseits aber vor allem auf deutlich kompaktere Art und Weise umsetzen. Damit ermöglicht die Erfindung ein enorm hohes Potential an Flexibilität und Performance-, Bauraum-, Steifigkeits- und Gewichtsoptimierung.
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Wie bereits erwähnt kann im Allgemeinen die Zellanordnung, in welcher die Batteriezelleneinheiten verschaltet sind, als eine beliebige Serien- und/oder Parallelschaltung dieser Batteriezelleneinheiten bereitgestellt sein. Eine jeweilige Batteriezelleneinheit umfasst dabei zudem vorzugsweise nur eine einzelne Batteriezelle in Form einer galvanischen Zelle, sowie die genannte Schalteranordnung, und gegebenenfalls weitere Komponenten, wie zum Beispiel eine Zellsteuereinheit und/oder Sensoren. Insbesondere lässt sich auf diese Art und Weise eine jeweilige Batteriezelleneinheit als Smartcell, das heißt als intelligente Batteriezelle bereitstellen, die dieses hohe Maß an Flexibilität erst ermöglicht. Ein Wegschalten einer Batteriezelle aus der Zellanordnung soll dabei so verstanden werden, dass die übrige Zellanordnung ohne diese nunmehr weggeschaltete Batteriezelle weiterhin ordnungsgemäß betrieben werden kann und insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers betrieben werden kann oder auch weiterhin ordnungsgemäß Energie aufnehmen kann, zum Beispiel durch Rekuperation und/oder einen Ladevorgang. Beispielsweise können auch, wenn Batteriezellen unterschiedliche große Kapazitäten aufweisen, diejenigen Batteriezellen, die zuerst entladen sind, einfach aus der Zellanordnung weggeschaltet werden, und der Betrieb des Kraftfahrzeugs basierend auf den restlichen Batteriezellen einfach fortgeführt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Batterie eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Schalteranordnungen der Batteriezelleneinheiten zumindest in Abhängigkeit von den vorgegebenen Arten der Batteriezellen zu steuern. Wie bereits erwähnt, können die einzelnen Batteriezellen, genauer gesagt die Batteriezelleneinheiten ebenfalls jeweilige Steuereinheiten umfassen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Steuerung der Schalteranordnungen durch eine übergeordnete Steuereinheit der Batterie erfolgt. Diese kann zur Steuerung der Schalteranordnungen nichtsdestoweniger mit den Zellsteuereinheiten der einzelnen Batteriezelleneinheiten in kommunikativem Kontakt stehen. Die Steuereinheit kann zum Beispiel Teil eines übergeordneten Batteriemanagementsystems sein. Zudem kann die Steuereinheit im Kraftfahrzeug, in welchem die Batterie, die insbesondere vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet ist, Anwendung findet, angeordnet sein, insbesondere zumindest innerhalb eines Batteriegehäuses der Batterie selbst. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit der Batterie als kraftfahrzeugexterne Steuereinheit ausgebildet ist, und zum Beispiel durch einen Backend-Server bereitgestellt ist. In diesem Fall kann eine drahtlose Kommunikation als eine Verbindung zwischen einem Kommunikationsmodul der Batterie und der Steuereinheit bereitgestellt sein, um entsprechende Daten, wie zum Beispiel von Sensoren oder den Zellsteuereinheiten bereitgestellten Daten, an die kraftfahrzeugexterne Steuereinheit zu übermitteln und von dieser zum Beispiel die entsprechenden Steuersignale zur Steuerung der Schalteranordnungen zu empfangen. Damit stehen für diese zentrale Steuereinheit der Batterie ebenfalls vielzählige Ausbildungsmöglichkeiten bereit, die wiederum ein hohes Maß an Flexibilität bieten. Ist beispielsweise ein hohes Maß an Rechenleistung erforderlich, beziehungsweise soll diese Rechenleistung durch die Steuereinheit bereitgestellt sein, so gestaltet sich gerade eine Auslagerung dieser Steuereinheit aus dem Kraftfahrzeug als besonders vorteilhaft, da darum wiederum Bauraum innerhalb des Kraftfahrzeugs eingespart werden kann.
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Die Art der jeweiligen Batteriezellen kann zum Beispiel in einem Speicher der Batterie abgelegt sein. Dieser Speicher kann ebenfalls Teil der genannten Steuereinheit sei und sich damit ebenfalls außerhalb des Kraftfahrzeugs befinden oder auch innerhalb des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise können gleich bei der Konzeptionierung der Batterie die innerhalb der Batterie verwendeten Batteriezellen hinsichtlich ihrer Art spezifiziert und dieser Art in dem Speicher abgelegt werden. Die Batteriezellen können aufgrund ihrer Intelligenz aber auch dazu ausgelegt sein, selbsttätig ihre Art an die Steuereinheit zu übermitteln. Unterscheiden sich also entsprechende Batteriezellen verschiedener Batteriezelleneinheiten hinsichtlich ihrer Art, so kann das vorteilhafterweise von der Steuereinheit bei der Ansteuerung der jeweiligen Schalteranordnungen berücksichtigt werden, was vorteilhafterweise einen gemeinsamen Betrieb verschiedener Batteriezellenarten ermöglicht.
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Diese vorteilhafte Steuerung lässt sich durch eine Schalteranordnung, die beispielsweise nur aus zwei Schaltern bestehen kann, auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisieren. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Schalteranordnung einer jeweiligen Batteriezelleneinheit einen ersten Schalter umfasst, welcher in Reihe zur Batteriezelle der Batteriezelleneinheit geschaltet ist, und einen zweiten Schalter umfasst, der parallel zur Reihenschaltung aus der Batteriezelle und dem ersten Schalter geschaltet ist. Durch eine solche Schalteranordnung lässt sich eine betreffende Batteriezelle vorteilhafterweise sowohl aus einer Serienschaltung als auch einer Parallelschaltung wegschalten. Soll zum Beispiel eine Batteriezelle aus einer Parallelschaltung weggeschaltet werden, so kann dies auf einfache Weise durch Öffnen beider Schalter dieser Batteriezelleneinheit erfolgen. Soll eine Batteriezelle beispielsweise aus einer Serienschaltung weggeschaltet werden, so kann dies auf einfache Weise durch Überbrücken dieser Batteriezelle erfolgen, indem der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen wird. Durch diese Schalter lässt sich eine betroffene Batteriezelle einer Batteriezelleneinheit jedoch nicht nur aus einer Schalteranordnung wegschalten sondern auch bei Bedarf jederzeit wieder zuschalten. Dieses hohe Maß an Flexibilität des Zu- und Wegschaltens ist dabei nicht nur für jede einzelne Batteriezelleneinheit gegeben, sondern auch für ganze Gruppen solcher Batteriezelleneinheiten. Dies ermöglicht es beispielsweise die gesamte Zellanordnung hinsichtlich einer aktuellen Anforderung zu modifizieren. Die Art und Anzahl an miteinander verschalteten Parallelschaltungen und Serienschaltungen von Batteriezellen können so ebenfalls angepasst werden.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung definiert die Art einer jeweiligen Batteriezelle mindestens eine der folgenden Zellcharakteristiken: eine Zellchemie der Batteriezelle, eine Kapazität der Batteriezelle, eine geometrische Abmessung der Batteriezelleneinheit, ein Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte der Batteriezelle, und eine Ruhespannung der Batteriezelle.
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Mit anderen Worten können sich die Batteriezellen der Batteriezelleneinheiten der Batterie in einer oder auch allen diesen Zellcharakteristiken voneinander unterscheiden. Nichtsdestoweniger können diese unterschiedlichen Arten von Batteriezellen dennoch gleichzeitig betrieben und genutzt, temporär auch inaktiv geschaltet werden und so weiter. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn Batteriezellen unterschiedlicher Kapazität und/oder Zellchemie genutzt werden können. Gerade durch die Möglichkeit der Nutzung, insbesondere der Möglichkeit des gemeinsamen Betriebs von Batteriezellen unterschiedlicher Kapazitäten, wird es nämlich vorteilhafterweise ermöglicht, diese Batteriezellen auch hinsichtlich ihrer Größe unterschiedlich auszugestalten, das heißt hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen. Die Batteriezellgeometrien können so bauraumoptimiert ausgestaltet werden. Manche der Batteriezellen können also die Größe einer Milchpackung haben, andere die Größe einer Zigarettenschachtel und andere wiederum die Größe einer Zündholzschachtel. Durch die unterschiedlichen geometrischen Abmessungen von Batteriezellen ergeben sich üblicherweise auch Unterschiede hinsichtlich ihrer Kapazitäten. Da dies nunmehr durch die Batteriezelle vorgesehene Schalteranordnung nun vorteilhafterweise dennoch den gemeinsamen Betrieb solcher unterschiedlicher Batteriezellenarten ermöglicht, lassen sich nun Batterien, insbesondere Hochvoltbatterien gestalten, die hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen optimal an den in einem bestimmten Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst sind.
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Vor allem die Möglichkeit, nunmehr Batteriezellen zum Beispiel hinsichtlich ihrer Höhe unterschiedlich ausgestalten zu können, insbesondere bezogen auf ihre bestimmungsgemäße Einbaulage im Kraftfahrzeug, und dennoch miteinander zu verschalten und gemeinsam betreiben zu können, ist besonders vorteilhaft, da sich somit die Höhe der Gesamtbatterie lokal an die örtlichen Gegebenheiten innerhalb des Kraftfahrzeugs anpassen lässt. Auch ermöglicht dies eine gewichtsoptimierte Ausgestaltung der Batterie, insbesondere wiederum an Gegebenheiten im Kraftfahrzeug angepasst. Aufgrund dieser nunmehr möglichen geometrischen Flexibilität der Batteriezellen können diese nunmehr auch so innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet und verteilt werden, dass sich für das Kraftfahrzeug eine ausgeglichene und optimierte Gewichtsverteilung insgesamt ergibt. Dadurch können durch die Batterie beziehungsweise die einzelnen Batteriezelleneinheiten auch Asymmetrien in der Gewichtsverteilung innerhalb des Kraftfahrzeugs, die durch andere Kraftfahrzeugkomponenten bedingt sind, ausgeglichen werden oder auch gezielt bei Bedarf erzeugt werden. Diese geometrischen Freiheitsgrade bei der Ausgestaltung und Verwendung einzelner miteinander verschaltbarer Batteriezellen waren bislang nicht möglich, da unterschiedliche Geometrien unweigerlich, auch bei der Verwendung der gleichen Zellchemie, zu Unterschieden in den elektrischen Eigenschaften einer solchen Batteriezelle, insbesondere bedingt durch sich daraus ergebende Kapazitätsunterschiede, führen. Daraus ergeben sich in der Regel unterschiedliche Zellspannungen, sodass sich solche unterschiedliche Zellen nicht ohne Weiteres miteinander verschalten lassen oder nur durch sehr aufwändige Maßnahmen.
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Solche Unterschiede in der Zellspannung ergeben sich insbesondere auch dann, wenn die Batteriezellen unterschiedliche Zellchemien aufweisen. Beispielsweise können manche der Batteriezellen als Lithium-Eisen-Phosphat-Batteriezellen bereitgestellt sein, andere wiederum als Nickel-Mangan-Kobalt-Batteriezellen. Aufgrund der stark unterschiedlichen Kennlinien solcher Batteriezellen war bislang auch eine Verschaltung von Batteriezellen unterschiedlicher Zellchemien nicht möglich. Durch auch dies wird nun mehr durch die Erfindung und ihre Ausgestaltungen möglich, und zwar wiederum auf besonders einfache und kotengünstige Weise durch Ausnutzung einer geeigneten Ansteuerung der Schalteranordnung jeder der Batteriezelleneinheiten in Abhängigkeit von der betreffenden Art, in diesem Beispiel in Abhängigkeit von der Zellchemie der jeweiligen Batteriezellen einer Batteriezelleneinheit. In entsprechender Weise ermöglicht dies auch wiederum das Breitstellen, miteinander Verschalten und gemeinsame Betreiben von Batteriezellen, welche sich hinsichtlich ihres Verhältnisses von Leistungsdichte zu Energiedichte unterscheiden. Üblicherweise muss hierbei immer ein gewisser Kompromiss eingegangen werden. Beispielsweise wird ein solcher Verhältnis der Batteriezellen typischerweise in Abhängigkeit von der Art des Kraftfahrzeugs, in welchem eine solche Batterie Anwendung finden soll, gewählt. Durch die Erfindung ist es nunmehr möglich, Energiezellen, Leistungszellen und im Allgemeinen Batteriezellen, die sich in beliebiger Weise in ihrem Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte unterscheiden können, in einer Batterie gemeinsam zu verwenden, und auch gemeinsam zu betreiben. Nichtsdestoweniger ist es auch denkbar, eine solche Batterie gezielt für einen bestimmten Kraftfahrzeugtyp, wie zum Beispiel ein Sportmodell, auszubilden. In einem solchen Fall kann die Batterie dann mehr Leistungszellen umfassen und weniger Energiezellen, wobei eine Leistungszelle dann typischerweise ein größeres Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte aufweist als eine Energiezelle. Bei Kraftfahrzeugen, bei denen keine sonderlich hohen Leistungsanforderungen erfüllt werden müssen, können dann umgekehrt mehr Energiezellen und weniger Leistungszellen verwendet werden. Durch die Flexibilität, die durch die erfindungsgemäße Batterie und ihre Ausgestaltungen bereitgestellt wird, insbesondere durch die Tatsache, dass eine besonders flexible Schaltung der einzelnen Batteriezelleneinheiten in Abhängigkeit von ihrer Art erfolgen kann, können auch Batterien auf flexible Weise unterschiedlich ausgestaltet werden, je nach Anforderung, ohne hierfür zum Beispiel das komplette Batteriekonzept ändern zu müssen oder softwareseitig große Änderungen an der Steuerung vornehmen zu müssen.
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Durch die Erfindung ist es auch möglich, Batteriezellen mit unterschiedlichen Ruhespannungen, und insbesondere auch unterschiedlichen Zellspannungen, gleichzeitig miteinander zu betreiben. Wie bereits erwähnt ergeben sich solche unterschiedlichen Ruhe- beziehungsweise Zellspannungen bereits dann, zumindest in den meisten Betriebspunkten, sobald sich Batteriezellen bereits in ihrer Kapazität und/oder Zellchemie unterscheiden.
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Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Batterie mindestens zwei Batteriezellen umfasst, die sich in ihrer Art unterschieden. Die Art bezieht sich wiederum auf zumindest eine der oben genannten Zellcharakteristiken. Dadurch wird eine besonders flexibel einsetzbare Batterie bereitgestellt.
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Weiterhin kann zum Beispiel für eine jeweilige Batteriezelle mindestens eine Kennlinie abgelegt sein, welche einen Zusammenhang zwischen einer Zellspannung der Batteriezelle und einem Ladezustand der Batteriezelle beschreibt, insbesondere für jeweilige verschiedene Temperaturbereiche, dann entsprechend in Form eines Kennlinienfelds, wobei die Batterie derart eingerichtet sein kann, dass die Schalteranordnungen der Batteriezelleneinheiten in Abhängigkeit von den Kennlinien und/oder von für die jeweiligen Batteriezellen ermittelten aktuellen Werten für den Ladezustand der jeweiligen Batteriezellen, und insbesondere in Abhängigkeit von aktuellen Temperaturen der jeweiligen Batteriezellen, gesteuert werden. Eine solche Kennlinie kann also beispielsweise für eine aktuelle Zelltemperatur angeben, welche Zellspannung sich dann für welchen Ladezustand der Batteriezelle einstellt. Beim Verschalten verschiedener Batteriezellen können so die Ausgangsspannungen der Batteriezellen vorteilhaft basierend auf solchen Kennlinienfeldern aneinander angeglichen werden. Ein solche Kennlinienfeld wird üblicherweise, wie bereits beschrieben, durch die Zellchemie und/oder Kapazität einer Batteriezelle festgelegt. Solche Kennlinienfelder können aber nicht nur zur Spannungsanpassung genutzt werden, sondern beispielsweise auch zum Überwachen der jeweiligen Batteriezelle, zur Altersbestimmung, zur Ermittlung des aktuellen Ladezustands, für ein Zellbalancing, und so weiter. Somit kann insgesamt der Betrieb einer Batteriezelleneinheit auf die Art der in dieser Batteriezelleneinheit vorhandenen Batteriezelle optimal abgestimmt werden.
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Im Übrigen kann eine Spannungsanpassung einer Zellspannung einer Batteriezelle in Abstimmung auf die übrigen Batteriezellen beispielsweise auch unabhängig von einem solchen Kennlinienfeld erfolgen, indem beispielsweise die aktuelle Ausgangsspannung einer solchen Batteriezelle, zum Beispiel durch eine geeignete durch die Batteriezelleneinheit selbst bereitgestellte Sensorik, erfasst wird. Beispielsweise kann für die Zellanordnung auch eine bestimmte Gesamtausgangsspannung vorgegeben sein und dann die jeweiligen Ausgangsspannungen der Batteriezelleneinheiten in Anpassung an die vorgegebene Ausgangsspannung gesteuert oder geregelt werden.
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Gerade in Zusammenhang mit dieser Spannungsanpassung stellt es eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Schalteranordnung einer jeweiligen Batteriezelleneinheit derart ansteuerbar ist, dass eine Ausgangsspannung der Batteriezelleneinheit mittels Pulsweitenmodulation durch Ansteuerung der Schalteranordnung, insbesondere des oben genannten ersten Schalters, auf eine von einer aktuell von der Batteriezelle bereitgestellten Zellspannung verschiedenen, vorgegebenen Wert einstellbar ist. Sind beispielsweise zwei Batteriezellen zueinander parallel geschaltet beziehungsweise zwei Batteriezelleneinheiten, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Art auch unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen, so kann gezielt eine der Ausgangsspannungen einer solchen Batteriezelleneinheit an die andere Ausgangsspannung durch eine solche Pulsweitenmodulation angeglichen werden, indem dann einfach der erste Schalter der anzugleichenden Batteriezelleneinheit geeignet angesteuert wird. Durch eine solche Schalteransteuerung und dadurch bereitgestellte Pulsweitenmodulation kann es zum Beispiel erreicht werden, dass eine Batteriezelle mit vier Volt Ausgangsspannung nach außen hin wie eine Batteriezelle mit einer Ausgangsspannung von drei Volt erscheint. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine beliebige Kombination unterschiedlicher Arten von Batteriezellen in beliebigen Schaltungsanordnungen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Batterie derart ausgestaltet, dass die Schalteranordnungen der Batteriezelleneinheiten zumindest in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs steuerbar sind, insbesondere wobei die Batterie derart ausgestaltet ist, dass, wenn die Batterie mindestens zwei Zellarten, die sich in ihrem Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte unterscheiden, im Falle zumindest einer bestimmten Lastphase, in welcher vorbestimmt hohe Leistungen von der Batterie zu erbringen sind oder vorbestimmt hohe Leistungen der Batterie zuzuführen sind, zumindest manche der Batteriezellen mit niedrigerem Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte durch Ansteuerung der entsprechenden Schalteranordnungen aus der Zellanordnung weggeschaltet werden. Auch eine solche Steuerung der Schalteranordnung kann wiederum durch die oben genannten Steuereinheit bereitgestellt werden.
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Leistungszellen können innerhalb deutlich kürzerer Zeit vielmehr Energie aufnehmen oder abgeben als Energiezellen. Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn durch diese gezielte Ansteuerung der Schalteranordnungen solche Leistungszellen zum Beispiel dann zugeschaltet werden und beispielsweise die Energiezellen weggeschaltet werden, wenn in kurzer Zeit viel Energie aufgenommen oder abgegeben werden muss. Beispielsweise können bei einer Energiezuführung, zum Beispiel durch Rekuperation, zunächst gezielt die Leistungszellen geladen werden, während die Energiezellen weggeschaltet sind. Anschließend kann eine Umlagerung der Ladung erfolgen, insbesondere von den nunmehr geladenen oder zumindest mehr geladenen Leistungszellen zu den Energiezellen, indem dann die Leistungszellen in entsprechender Weise mit den Energiezellen verschaltet werden, sodass zum Beispiel ein Stromfluss von den Leistungszellen zu den Energiezellen bewirkt werden kann. Eine möglichst schnelle Energieaufnahme kann dann durch die Leistungszellen bewirkt werden, und ein langsames Energieumschichten von den Leistungszellen zu den Energiezellen kann dann im Anschluss daran wiederum durch geeignete Ansteuerung der Schalteranordnungen erfolgen. Hierdurch ist ein besonders schonender Betrieb der jeweiligen Batteriezellen möglich, der Alterungseffekte der jeweiligen Batteriezellen minimieren kann. Gleiches gilt in entsprechender Weise auch für Energieabgabe. Auch dann können bei hohen Leistungsanforderungen an die Batterie, wenn also viel Energie in kurzer Zeit abgegeben werden soll, vornehmlich die Leistungszellen zum Einsatz kommen und im Anschluss daran oder auch parallel dazu können die Energiezellen langsam Ladung an die Leistungszelten nachliefern. Selbst wenn dann also temporär hauptsächlich Leistungszelten zum Betrieb verwendet werden, bleiben währenddessen die ebenfalls vorhandenen Energiezellen nicht ungenutzt, was den Betrieb der Batterie besonders effizient macht.
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Auch ergeben sich durch die oben genannten und beschriebenen Schalteranordnungen vielzählige weitere vorteilhafte Kombinations- und Steuermöglichkeiten einer solchen Batterie sowie auch Vorteile für die Ausbildung und Anordnung anderer Fahrzeugkomponenten. Beispielsweise lässt sich durch die hohe geometrische Flexibilität eine Zellverteilung innerhalb des Kraftfahrzeugs realisieren, die zur Gewichtsoptimierung und vor allem zur Optimierung der Gewichtsverteilung innerhalb des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann. Zudem können auch Zellen, die einer stärkeren Kühlung bedürfen, gezielt dort angeordnet werden, wo eine hohe Kühlleistung durch eine Kühleinrichtung bereitgestellt werden kann bzw. wo ausreichend Platz im Kraftfahrzeug ist, um eine Kühleinrichtung mit entsprechend hoher Kühlleistung anordnen zu können.
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Weiterhin ist es zudem auch besonders vorteilhaft, wenn die jeweiligen Batteriezelleneinheiten mit einem strukturbehafteten Zellgehäuse ausgebildet sind. Demnach können eine oder mehrere Seiten des vorzugsweise metallischen Zellgehäuses der Batteriezelleneinheit mit einer Reliefstruktur ausgebildet sein. Dadurch lässt sich die Eigen-Steifigkeit eines solchen Zellgehäuses deutlich erhöhen. Aufgrund der Tatsache, dass durch das Zellgehäuse selbst eine deutlich höhere Steifigkeit, die vor allem im Crashfall besonders relevant ist, bereitgestellt werden kann, können deutlich aufwändigere Maßnahmen zum Schutz der Batterie und zur Versteifung entfallen oder gewichtssparender ausgeführt werden können. Durch eine solche Reliefstruktur im Gehäuse und der daraus resultierenden höheren Steifigkeit dieser Gehäuses, können solche Gehäuse den Batteriezellen, wenn diese sich im Laufe der Zeit ausdehnen, was auch als Swelling bezeichnet wird, eine entsprechend höhere Rückstellkraft entgegensetzten. Dadurch können üblicherweise zusätzlich erforderliche Verspannmaßnahmen zum Verspannen von Zellpacks entfallen oder ebenfalls deutlich einfacher und gewichtssparender ausgeführt werden. Solche strukturbehafteten Zellgehäuse sind beispielsweise in früheren Anmeldungen der gleichen Anmelderin beschrieben, insbesondere in der Anmeldung mit dem Titel „Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemodul“, eingereicht im Jahr 2018, in der Anmeldung mit dem Titel „Batteriezellenanordnung für eine Kraftfahrzeugbatterie, Batterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils“, eingereicht im Jahr 2018, und in der Anmeldung mit dem Titel „Zellgehäuse für eine prismatische Batteriezelle, Batteriemodul und Kraftfahrzeug“, eingereicht im Jahr 2019. Die dort im Zusammenhang mit den Zellgehäusen beschriebenen Merkmale können in gleicher Weise auch von einem jeweiligen Gehäuse der jeweiligen Batteriezelleneinheiten im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst sein.
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Des Weiteren Betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen. Wie beschrieben sind die erfindungsgemäße Batterie oder ihre Ausgestaltungen vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgeführt. Entsprechend stellt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Elektrofahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug mit Elektroantrieb dar.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie für Kraftfahrzeug, wobei die Batterie mehrere Batteriezelleneinheiten umfassend jeweils eine Batteriezelle aufweist, wobei die Batteriezellen der jeweiligen Batteriezelleneinheiten in einer Zellanordnung miteinander verschaltet sind. Dabei umfasst eine jeweilige Batteriezelleneinheit eine Schalteranordnung, mittels welcher eine jeweilige Batteriezelle unabhängig von den anderen der Batteriezellen aus der Zellanordnung wegschaltbar ist, wobei eine Art einer jeweiligen der Batteriezellen vorgegeben ist und wobei die Schalteranordnungen der Batteriezelleneinheiten zumindest in Abhängigkeit von den vorgegebenen Arten der Batteriezellen gesteuert werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit mehreren Batteriezelleneinheiten, die jeweils eine Batteriezelle aufweisen, die sich in ihrer Art unterscheiden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung zweier Ladekennlinien für zwei Batteriezellen mit unterschiedlicher Kapazität;
- 3 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batterie mit vielzähligen Batteriezelleneinheiten mit jeweils unterschiedlich ausgebildeten Batteriezellen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batteriezelleneinheit mit einem strukturierten Zellgehäuse zur Verwendung in einer Batterie gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 10 mit mehreren Batteriezelleneinheiten E1, E2, von denen hier exemplarisch lediglich zwei dargestellt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine jeweilige dieser Batteriezelleneinheiten E1, E2 weist dabei eine Batteriezelle 12, insbesondere eine galvanische Zelle, auf. Eine jeweilige Batteriezelleneinheit E1, E2 umfasst dabei insbesondere genau eine Batteriezelle 12. Diese Batteriezelleneinheiten E1, E2 sind dabei in einer Zellanordnung 14 miteinander verschaltet, welche hier exemplarisch und zu Veranschaulichungszwecken als einfache Parallelschaltung dieser beiden Batteriezelleneinheiten E1, E2 ausgebildet ist. Im Allgemeinen kann die Batterie aber beliebige Kombinationen von Reihen- und Parallelschaltungen solcher Batteriezelleneinheiten E1, E2 aufweisen.
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Im Allgemeinen werden in einer Batterie normalerweise nur gleichartige Batteriezellen miteinander verschaltet, da unterschiedliche Arten von Batteriezellen typischerweise auch unterschiedliche Zellspannungen zur Folge haben, zumindest in den meisten Arbeitspunkten, sodass bei einer Anordnung solcher Batteriezellen mit unterschiedlichen Zellspannungen in einer Parallelschaltung ein Ausgleichsstrom von einer Zelle zur anderen die Folge wäre, was natürlich unerwünscht ist. Dies schränkt die Flexibilität und Einsatzmöglichkeiten solcher Zellanordnungen jedoch enorm ein.
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Durch die Erfindung beziehungsweise ihre Ausgestaltungen wird es nun vorteilhafterweise ermöglicht, auch Batteriezellen unterschiedlicher Art miteinander zu verschalten. Dies lässt sich vorteilhafterweise dadurch bewerkstelligen, dass eine jeweilige Batteriezelleneinheit E1, E2, eine zugeordnete Schalteranordnung 16 aufweist. In diesem Beispiel umfasst eine solche Schalteranordnung 16 zum einen einen ersten Schalter S1, welcher zur Batteriezelle 12 der gleichen Batteriezelleneinheit E1, E2 in Reihe geschaltet ist, sowie einen zweiten Schalter S2, welcher parallel zur Reihenschaltung aus dem ersten Schalter S1 und der Batteriezelle 12 geschaltet ist. Durch eine solche Schalteranordnung 16 lässt es sich einerseits nun vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass nunmehr jede Batteriezelle 12 unabhängig von den anderen Batteriezellen 12 der Zellanordnung 14 aus dieser Zellanordnung 14 wegschaltbar ist, und zwar sowohl wenn sich eine solche Batteriezelle 12 mit anderen Batteriezellen 12 in einer Parallelschaltung, wie in 1 dargestellt, befindet, als auch wenn sich eine solche Batteriezelle 12 mit anderen Batteriezellen 12 in einer seriellen Schaltung befindet. Sind beispielsweise die beiden Batteriezellen 12, welche in 1 dargestellt sind, derart unterschiedlich ausgebildet, dass diese unterschiedliche Kapazitäten aufweisen, so kann beispielsweise dann diejenige der beiden Batteriezellen 12 einfach aus dieser Zellanordnung 14 weggeschaltet werden, die zuerst entladen ist, sodass der Betrieb eines Verbrauchers des Kraftfahrzeugs, in welchem diese Batteriezelle 10 zur Anwendung kommt, weiterhin durch die Versorgung der anderen Batteriezelle 12 weiter gewährleistet werden kann. Handelt es sich beispielsweise bei den Batteriezellen 12 um Batteriezellen 12 mit einem unterschiedlichen Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte, so kann beispielsweise auch gezielt die leistungsstärkere der beiden Batteriezellen 12, das heißt diejenige mit dem größeren Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte, gezielt in Lastphasen, in welchen in sehr kurzer Zeit eine große Energiemenge der Batterie 10 entnommen oder zugeführt werden soll, verwendet werden, während in anderen Phasen beide oder auch nur die andere der beiden Batteriezellen 12 verwendet werden kann. Dies ermöglicht einen besonders angepassten und schonenden Betrieb der Batteriezelleneinheiten E1, E2 und Alterungseffekte können in ihrem Ausmaß reduziert werden. Dies erhöht vorteilhafterweise die Gesamtlebensdauer der Batterie 10. Durch diese Schalteranordnung 16 wird es aber vorteilhafterweise vor allem ermöglicht, eine Spannungsanpassung zwischen unterschiedlichen Batteriezellen 12 beziehungsweise deren Batteriezelleneinheiten E1, E2 vorzunehmen. Wie dies ebenfalls exemplarisch in 1 illustriert ist, weist in diesem Beispiel die Batteriezelle 12 der ersten Batteriezelleneinheit E1 eine erste Zellspannung U1 auf, während die andere Batteriezelle 12 der zweiten Batteriezelleneinheit E2 eine von der ersten Zellspannung U1 verschiedene zweite Zellspannung U2 aufweist, die zum Beispiel größer ist als die erste Zellspannung U1. In diesem Fall kann zum Beispiel der erste Schalter S1 der zweiten Batteriezelleneinheit E2 derart angesteuert und geschaltet werden, dass am Ausgang dieser zweiten Batteriezelleneinheit E2 durch Pulsweitenmodulation ebenfalls die erste Spannung U1 bereitgestellt wird. Nach außen hin haben also beide Batteriezelleneinheiten E1, E2 die gleiche Spannung, nämlich in diesem Beispiel die Spannung U1, obwohl sich die Zellspannungen der Batteriezellen 12 der betreffenden Batteriezelleneinheiten E1, E2 unterscheiden. Dies erlaubt vorteilhafterweise die Kombination beliebiger Arten unterschiedlicher Batteriezellen 12, was ein extrem hohes Maß an Ausgestaltungsmöglichkeiten bezüglich einer solchen Batterie 10 mit sich bringt. Beispielsweise können die Batteriezellen 12 beziehungsweise die Batteriezelleneinheiten E1, E2 mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen angepasst auf den im Kraftfahrzeug vorhandenen Bauraum ausgestaltet werden. Üblicherweise bedingen unterschiedliche Zellgrößen auch unterschiedliche Kapazitäten, die wiederum in unterschiedlichen Zellspannungen resultieren, wie dies anhand eines Beispiels in 2 grafisch dargestellt ist. 2 zeigt dabei schematisch zwei Kennlinien K1, K2 für zwei Batteriezellen 12 mit unterschiedlicher Kapazität, aber gleicher Zellchemie, während eines Ladevorgangs. Diese beiden Kennlinien K1, K2 beziehen sich dabei im Übrigen auf eine gleiche Zelltemperatur, in diesem Beispiel 25 Grad Celsius. Diese Kennlinien K1, K2 beschreiben dabei die in Zusammenhang zwischen der Zellspannung U in Volt mit dem Ladezustand SOC in Prozent der jeweiligen Batteriezelle 12. Die Kurve K1 veranschaulicht dabei die Kennlinie einer Batteriezelle 12 mit einer Kapazität von 22, 5 Amperestunden und die zweite Kurve K2 veranschaulicht den Verlauf der Kennlinie für eine Batteriezelle 12 mit einer Kapazität von 25 Amperestunden. Da es sich dabei um zwei Batteriezellen 12 mit gleicher Zellchemie handelt, verlaufen die beiden Kurven K1, K2 zwar ähnlich, unterscheiden sich jedoch dennoch, gerade bei niedrigen Ladezuständen SOC. Dies bedeutet, dass sich die Zellspannungen U zweier solcher Batteriezellen 12 mit unterschiedlichen Kennlinien K1, K2 bei der gleichen Temperatur und mit dem gleichen aktuellen Ladezustand SOC in der Regel mehr oder weniger stark unterscheiden. Ein solcher Spannungsunterschied kann nun durch die oben beschriebenen Schalteranordnungen 16 und deren Ansteuerung vorteilhafterweise ausgeglichen werden. Dies ermöglicht es als vorteilhafterweise, Batteriezellen 12 unterschiedlicher Kapazitäten, und daraus resultierend auch unterschiedlicher geometrischer Abmessungen, miteinander zu kombinieren. Es lassen sich aber nicht nur Batteriezellen unterschiedlicher Abmessungen, Geometrien und Kapazitäten miteinander kombinieren, sondern beispielsweise auch Batteriezellen 12 mit vollkommen unterschiedlichen Zellchemien. Auch in diesem Fall würden sich die korrespondierenden Kennlinien voneinander unterscheiden, insbesondere noch drastischer als diejenigen, die in 2 dargestellt sind, nichtsdestoweniger kann ein solcher Unterschied durch die zu 1 beschriebene Pulsweitenmodulation ganz analog kompensiert werden.
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Zur Ansteuerung der entsprechenden Schalteranordnungen 16 weist die Batterie 10 zudem eine zentrale Steuereinheit 18 auf. Optional können auch den jeweiligen Batteriezelleneinheiten E1, E2 jeweilige Zellsteuereinheiten 20 zugeordnet sein. Diese Zellsteuereinheiten 20 können über eine geeignete Kommunikationsverbindung mit der zentralen Steuereinheit 18 kommunizieren. Die zentrale Steuereinheit 18 muss dabei nicht notwendigerweise innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, sondern kann zum Beispiel auch durch einen Backend Server bereitgestellt sein. Weiterhin können auch die Zellsteuereinheiten 20 entfallen und die Schalteranordnungen 16 können von der zentralen Steuereinheit 18 aus direkt ansteuerbar sein. Die zentrale Steuereinheit 18 weist nunmehr einen Speicher 18a auf, in welchem die Arten A1, A2, der jeweiligen Batteriezelleneinheiten E1, E2 beziehungsweise deren zugeordneter Batteriezellen 12 abgelenkt sein können. Die Steuereinheit 18 kann nun vorteilhafterweise die jeweiligen Schalteranordnungen 16, insbesondere in diesem Beispiel mittelbar über die jeweiligen Zellsteuereinheiten 20, in Abhängigkeit von diesen vorgegebenen Arten A1, A2 der jeweiligen Batteriezellen 12, beziehungsweise deren Batteriezelleneinheiten E1, E2 ansteuern. Dieser Arten A1, A2 können dann entsprechend die genannten Zellcharakteristiken definieren, wie zum Beispiel die Zellchemie der betreffenden Batteriezellen 12, die Kapazität der Batteriezellen 12, die geometrischen Abmessungen der Batteriezelleneinheiten E1, E2, das Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte der jeweiligen Batteriezellen 12, die Ruhespannung der jeweiligen Batteriezellen 12, die Zellspannungen der jeweiligen Batteriezellen 12 und so weiter.
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Eine Ansteuerung der Schalteranordnungen 16 kann dabei nicht nur in Abhängigkeit von den Arten A1, A2 der jeweiligen Batteriezellen erfolgen, sondern beispielsweise auch in Abhängigkeit von der aktuellen Fahr- oder Betriebssituation des Kraftfahrzeugs, sowie in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie zum Beispiel einem Betriebsmodus, einer vom Fahrer gewünschten Fahrstrategie, oder ähnlichem. Damit ist durch die Erfindung ein extrem hohes Maß an Anpassungsmöglichkeiten durch die Batterie 10 gegeben.
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Diese Anpassungsmöglichkeiten werden erst durch die Möglichkeit bereitgestellt, verschiedenste Batteriezellen 12 mit unterschiedlichen Ruhespannungen, unterschiedlichen Zellspannungen, unterschiedlichen geometrischen Abmessungen, unterschiedlichen Kapazitäten, unterschiedlichen Verhältnissen von Leistungsdichte zu Energiedichte, und vor allem auch unterschiedlichen Zellchemien, kombinieren zu können.
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3 zeigt dabei eine schematische und perspektivische Darstellung einer solchen Batterie 10, insbesondere einer Hochvoltbatterie, mit vielzähligen verschiedenartig ausgebildeten Batteriezelleneinheiten E4, E5, E6, D7, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Durch diese Darstellung soll veranschaulicht werden, dass beliebig unterschiedlich ausgebildete Batteriezelleneinheiten E4, E5, E6, D7 in einer Batterie 10 miteinander kombiniert und miteinander auf vorteilhafte Weise verschaltet und auch gleichzeitig betrieben werden können.
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Weiterhin ist es zudem auch besonders vorteilhaft, wenn die jeweiligen Batteriezelleneinheiten mit einem strukturbehafteten Zellgehäuse 22 ausgebildet sind, wie dies zum Beispiel in 4 veranschaulicht ist. 4 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer solchen exemplarischen Batteriezelleneinheit En für eine Batterie 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Batteriezelleneinheit weist hierbei ein Zellgehäuse 22 auf, welches auf einer Vorder- und Rückseite mit einer Struktur 24 ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die Steifigkeit eines solchen Zellgehäuses 22 deutlich erhöhen. Insgesamt lässt sich eine deutlich höhere Robustheit einer solchen Batteriezelleneinheit En bereitstellen, auf besonders gewichtssparende Art und Weise, da aufgrund der Tatsache, dass durch das Zellgehäuse 22 selbst eine deutlich höhere Steifigkeit, die vor allem im Crashfall besonders relevant ist, bereitgestellt werden kann, deutlich aufwändigere Maßnahmen zum Schutz der Batterie 10 und zur Versteifung der Karosserie oder ähnlichem entfallen oder gewichtssparender ausgeführt werden können.
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Durch die beliebige Kombinations- und Zuschaltmöglichkeit von Batteriezellen 12 mit unterschiedlichem Verhältnis von Leistungsdichte zu Energiedichte wird vorteilhafterweise durch die Batterie 10 eine Performanceoptimierungsmöglichkeit bereitgestellt. Die Möglichkeit, die Batteriezellen 12 mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen auszubilden, erlaubt zudem vorteilhafterweise eine Bauraumoptimierung. Durch ein solches strukturbehaftetes Zellgehäuse 22 wird durch die Erfindung zudem eine Steifigkeitsoptimierung der Batterie 10 bereitgestellt, was vor allem in Crashsituationen besonders relevant ist. Gleichzeitig wird auch eine Gewichtsoptimierung bereitgestellt, da sich solche Batteriezelleneinheiten nicht nur besonders flexibel schalten lassen, sondern infolgedessen auch im Kraftfahrzeug sehr flexibel anordnen lassen, sodass diese auch gezielt dazu genutzt werden können, das Gewicht und die Gewichtsverteilung innerhalb des Kraftfahrzeugs zu optimieren. Der Betrieb der Batterie 10 lässt sich zudem auch auf eine vorhandene Kühleinrichtung optimiert gestalten und zum Beispiel gerade dort leistungsstarke Zellen positionieren, wo auch viel Kühlleistung bereitgestellt werden kann. Auch dies kommt einer optimierten Bauraumausnutzung, gerade auch im Hinblick auf andere mit der Batterie 10 in Zusammenhang stehenden Komponenten wie der Kühleinrichtung, zugute.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein flexibles Batteriekonzept bereitgestellt werden kann, welches durch die Verwendung flexibel schaltbarer Batteriezelleneinheiten die Kombination beliebiger Arten von Batteriezellen ermöglicht und damit eine besonders flexible Anpassung an jeweilige Erfordernisse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2804252 A1 [0004]
- WO 2011/057845 A1 [0005]
