DE102021005316A1 - Battery system for a vehicle - Google Patents

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Bianca Mix
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1) für ein Fahrzeug mit drei elektrisch miteinander verschalteten Batteriemodulen (2 bis 4) und einer Temperiervorrichtung (5) zur selektiven Temperierung der Batteriemodule (2 bis 4). Erfindungsgemäß weist ein erstes Batteriemodul (2) im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (3, 4) eine verhältnismäßig kleine elektrische Kapazität, einen geringen Memoryeffekt und im Betrieb einen verhältnismäßig großen Temperierbedarf auf. Ein zweites Batteriemodul (3) weist im Vergleich zum ersten Batteriemodul (2) und zu einem dritten Batteriemodul (4) eine mittlere elektrische Kapazität und im Betrieb einen mittleren Temperierbedarf auf. Das dritte Batteriemodul (4) weist im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (2, 3) eine verhältnismäßig große elektrische Kapazität und im Betrieb einen verhältnismäßig kleinen Temperierbedarf auf. Ausschließlich das erste Batteriemodul (2) ist mit elektrischen Verbrauchern (6.1 bis 6.n) des Fahrzeugs und einer Ladevorrichtung (7) elektrisch gekoppelt und die drei Batteriemodule (2 bis 4) sind derart elektrisch verschaltet sind, dass das zweite Batteriemodul (3) von dem ersten Batteriemodul (2) aufladbar und entladbar ist und das dritte Batteriemodul (4) von dem zweiten Batteriemodul (3) aufladbar und entladbar ist.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (1) für ein Fahrzeug.The invention relates to a battery system (1) for a vehicle with three electrically interconnected battery modules (2 to 4) and a temperature control device (5) for selective temperature control of the battery modules (2 to 4). According to the invention, a first battery module (2) has, compared to the two remaining battery modules (3, 4), a relatively small electrical capacity, a low memory effect and a relatively large temperature control requirement during operation. A second battery module (3) has, in comparison to the first battery module (2) and a third battery module (4), an average electrical capacity and, during operation, an average temperature control requirement. The third battery module (4) has a relatively large electrical capacity compared to the two remaining battery modules (2, 3) and a relatively small temperature control requirement during operation. Only the first battery module (2) is electrically coupled to electrical consumers (6.1 to 6.n) of the vehicle and a charging device (7) and the three battery modules (2 to 4) are electrically connected in such a way that the second battery module (3) can be charged and discharged by the first battery module (2) and the third battery module (4) can be charged and discharged by the second battery module (3). The invention further relates to a method for operating a battery system (1) for a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a battery system for a vehicle according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention further relates to a method for operating a battery system for a vehicle according to the preamble of claim 5.

Aus der DE 10 2020 134 138 A1 sind ein Verfahren für ein Batteriesystem für ein Fahrzeug und Batteriesystem bekannt. Das Batteriesystem umfasst mehrere Batteriemodule, wobei jedes der Batteriemodule eine oder mehrere Zellen umfasst und wobei die Batteriemodule selektiv zum Versorgen des Fahrzeugs mit elektrischer Energie an einen Anschluss des Batteriesystems elektrisch anschließbar sind. Weiterhin umfasst das Batteriesystem eine Wärmeübertragungsanordnung zum selektiven Erwärmen und Kühlen eines oder mehrerer der Batteriemodule. Ferner umfasst das Batteriesystem eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Sollkapazität des Batteriesystems zu bestimmen, eine Anzahl der von einer Heizeranordnung zu erwärmenden oder zu kühlenden Batteriemodule gemäß einer Sollkapazität des Batteriesystems zu bestimmen und die Heizeranordnung zu betreiben, um die bestimmte Anzahl der Batteriemodule zu erwärmen oder zu kühlen.From the DE 10 2020 134 138 A1 a method for a battery system for a vehicle and a battery system are known. The battery system comprises a plurality of battery modules, wherein each of the battery modules comprises one or more cells and wherein the battery modules can be selectively electrically connected to a connection of the battery system in order to supply the vehicle with electrical energy. Furthermore, the battery system comprises a heat transfer arrangement for the selective heating and cooling of one or more of the battery modules. The battery system further comprises a controller which is configured to determine a target capacity of the battery system, to determine a number of the battery modules to be heated or to be cooled by a heater arrangement in accordance with a target capacity of the battery system and to operate the heater arrangement in order to operate the specific number of battery modules to heat or to cool.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Batteriesystem für ein Fahrzeug und ein neuartiges Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems für ein Fahrzeug anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel battery system for a vehicle and a novel method for operating a battery system for a vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriesystem, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a battery system which has the features specified in claim 1 and by a method which has the features specified in claim 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Ein Batteriesystem für ein Fahrzeug weist drei elektrisch miteinander verschaltete Batteriemodule und eine Temperiervorrichtung zur selektiven Temperierung der Batteriemodule auf.A battery system for a vehicle has three electrically interconnected battery modules and a temperature control device for selective temperature control of the battery modules.

Erfindungsgemäß weist ein erstes Batteriemodul im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen eine verhältnismäßig kleine elektrische Kapazität, einen geringen Memoryeffekt und im Betrieb einen verhältnismäßig großen Temperierbedarf auf. Weiterhin weist ein zweites Batteriemodul im Vergleich zum ersten Batteriemodul und zu einem dritten Batteriemodul eine mittlere elektrische Kapazität und im Betrieb einen mittleren Temperierbedarf auf. Das dritte Batteriemodul weist im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen eine verhältnismäßig große elektrische Kapazität und im Betrieb einen verhältnismäßig kleinen Temperierbedarf auf. Dabei ist ausschließlich das erste Batteriemodul mit elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs und einer Ladevorrichtung elektrisch gekoppelt und die drei Batteriemodule sind derart elektrisch verschaltet, dass das zweite Batteriemodul von dem ersten Batteriemodul aufladbar und entladbar ist und das dritte Batteriemodul von dem zweiten Batteriemodul aufladbar und entladbar ist.According to the invention, in comparison to the two remaining battery modules, a first battery module has a relatively small electrical capacity, a low memory effect and a relatively large temperature control requirement during operation. Furthermore, in comparison to the first battery module and to a third battery module, a second battery module has an average electrical capacity and an average temperature control requirement during operation. In comparison to the two remaining battery modules, the third battery module has a relatively large electrical capacity and a relatively small temperature control requirement during operation. Only the first battery module is electrically coupled to electrical loads of the vehicle and a charging device, and the three battery modules are electrically connected in such a way that the second battery module can be charged and discharged by the first battery module and the third battery module can be charged and discharged by the second battery module.

Vorliegend werden unter Batterien elektrische Energiespeicher verstanden, welche zumindest einen Akkumulator umfassen, der als galvanisches wiederaufladbares Element ausgebildet ist.In the present case, batteries are understood to mean electrical energy stores which comprise at least one accumulator which is designed as a galvanic, rechargeable element.

Batterien, welche schnell elektrische Energie aufnehmen und/oder abgeben können, müssen häufig komplex gekühlt werden und erfordern daher mehr Bauraum und führen zu einem höheren Gewicht. Zusätzlich wird eine Effizienz verringert, weil eine zur Temperierung der Batterie erforderliche Energie nicht für einen eigentlichen Zweck, beispielsweise eine Fahrzeugbewegung, genutzt werden kann.Batteries, which can quickly absorb and / or deliver electrical energy, often have to be cooled in a complex manner and therefore require more installation space and lead to a higher weight. In addition, efficiency is reduced because the energy required to control the temperature of the battery cannot be used for an actual purpose, for example moving the vehicle.

Das vorliegende Batteriesystem zeichnet sich dadurch aus, dass diesem mit elektrischen Verbrauchern schnell elektrische Energie entnommen und dass dieses schnell elektrisch geladen werden kann, ohne im selben Umfang eine Volumen und Gewicht des Batteriesystems vergrößern zu müssen. Das heißt, dass Batteriesystem stellt einen verbesserten Kompromiss zwischen Gewicht, Leistung und Speicherkapazität dar. Weiterhin können für das dritte Batteriemodul besonders kostengünstige Akkumulatoren verwendet werden. Auch sind zumindest die Akkumulatoren des zweiten und dritten Batteriemoduls in einfacher Weise austauschbar.The present battery system is characterized in that electrical energy is quickly drawn from it with electrical consumers and that it can be electrically charged quickly without having to increase the volume and weight of the battery system to the same extent. This means that the battery system represents an improved compromise between weight, performance and storage capacity. Furthermore, particularly inexpensive accumulators can be used for the third battery module. At least the accumulators of the second and third battery modules can also be exchanged in a simple manner.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt:

  • 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Batteriesystems für ein Fahrzeug.
It shows:
  • 1 schematically a block diagram of a battery system for a vehicle.

In der einzigen 1 ist ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 für ein Fahrzeug dargestellt.In the only one 1 is a block diagram of a possible embodiment of a battery system according to the invention 1 shown for a vehicle.

Das Batteriesystem 1 umfasst drei elektrisch miteinander verschaltete
Batteriemodule 2 bis 4 und eine Temperiervorrichtung 5 zur selektiven Temperierung der Batteriemodule 2 bis 4.The battery system 1 includes three electrically interconnected
Battery modules 2 until 4th and a temperature control device 5 for selective temperature control of the battery modules 2 until 4th .

Die Batteriemodule 2 bis 4 sind in mehreren Ebenen nach Leistungsklassen gestaffelt verbaut und elektrisch miteinander gekoppelt.The battery modules 2 until 4th are installed in several levels according to performance class and electrically coupled with one another.

Dabei weist ein erstes Batteriemodul 2 im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen 3, 4 eine verhältnismäßig kleine elektrische Kapazität, einen geringen Memoryeffekt und im Betrieb einen verhältnismäßig großen Temperierbedarf auf. Insbesondere zeichnet sich das erste Batteriemodul 2 auch durch eine gute Temperierbarkeit aus. Das heißt, das erste Batteriemodul 2 weist ein Batteriematerial und einen Verbau auf, die sehr gut gekühlt und erwärmt werden können und schnell viel elektrische Energie E aufnehmen und abgeben können. Hierzu umfasst das erste Batteriemodul 2 beispielsweise zumindest einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator.A first battery module 2 compared to the two remaining battery modules 3 , 4th a relatively small electrical capacity, a low memory effect and a relatively large temperature control requirement during operation. The first battery module is particularly notable 2 also characterized by good temperature control. That is, the first battery module 2 has a battery material and a shoring, which can be cooled and heated very well and a lot of electrical energy quickly E. be able to accept and submit. This includes the first battery module 2 for example at least one lithium iron phosphate battery.

Ein zweites Batteriemodul 3 weist im Vergleich zum ersten Batteriemodul 2 und zu einem dritten Batteriemodul 4 eine mittlere elektrische Kapazität und im Betrieb einen mittleren Temperierbedarf auf. Dabei umfasst das zweite Batteriemodul 3 beispielsweise mehrere elektrisch parallel verschaltete Akkumulatoren, so dass eine Energiemenge auf die einzelnen Akkumulatoren verteilt werden kann und über die Parallelität eine elektrische Belastung, das heißt ein Verschleiß durch elektrischen Strom und durch hohe Temperaturen, geregelt werden kann.A second battery module 3 points compared to the first battery module 2 and to a third battery module 4th an average electrical capacity and an average temperature control requirement during operation. The second battery module includes 3 For example, several accumulators electrically connected in parallel, so that an amount of energy can be distributed to the individual accumulators and an electrical load, that is, wear due to electrical current and high temperatures, can be regulated via the parallelism.

Ein drittes Batteriemodul 4 weist im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen 2, 3 eine verhältnismäßig große elektrische Kapazität und im Betrieb einen verhältnismäßig kleinen Temperierbedarf auf. Dabei umfasst das dritte Batteriemodul 4 beispielsweise mehrere elektrisch parallel verschaltete Akkumulatoren, so dass eine Energiemenge auf die einzelnen Akkumulatoren verteilt werden kann und über die Parallelität die elektrische Belastung geregelt werden kann. Das dritte Batteriemodul 4 ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass dieses zumindest im Wesentlichen nicht mehr gekühlt werden muss.A third battery module 4th points compared to the two remaining battery modules 2 , 3 a relatively large electrical capacity and a relatively small temperature control requirement during operation. The third battery module includes 4th For example, several accumulators electrically connected in parallel, so that an amount of energy can be distributed to the individual accumulators and the electrical load can be regulated via the parallelism. The third battery module 4th is in particular designed in such a way that it no longer has to be cooled, at least essentially.

Um das Batteriesystem 1 effizient zu nutzen, ist ausschließlich das erste Batteriemodul 2 mit elektrischen Verbrauchern 6.1 bis 6.n des Fahrzeugs und einer Ladevorrichtung 7 elektrisch gekoppelt. Das heißt, elektrische Energie E wird in einem Ladevorgang nur dem ersten Batteriemodul 2 direkt zugeführt und nur diesem in einem Entladevorgang von den elektrischen Verbrauchern 6.1 bis 6.n entzogen.To the battery system 1 only the first battery module can be used efficiently 2 with electrical consumers 6.1 to 6.n of the vehicle and a charging device 7th electrically coupled. That is, electrical energy E. only charges the first battery module in one charge 2 fed directly and only to this in one discharge process from the electrical consumers 6.1 to 6.n withdrawn.

Weiterhin sind die drei Batteriemodule 2 bis 4 derart elektrisch verschaltet, dass das zweite Batteriemodul 3 von dem ersten Batteriemodul 2 aufladbar und entladbar ist und das dritte Batteriemodul 4 von dem zweiten Batteriemodul 3 aufladbar und entladbar ist. Das heißt, die Batteriemodule 2 bis 4 entladen und laden das Batteriemodul 2 bis 4 der jeweils nächsten Stufe.There are also three battery modules 2 until 4th electrically connected in such a way that the second battery module 3 from the first battery module 2 is chargeable and discharging and the third battery module 4th from the second battery module 3 is chargeable and unloadable. That is, the battery modules 2 until 4th discharge and charge the battery module 2 until 4th the next level.

Die Temperierung der Batteriemodule 2 bis 4 erfolgt selektiv mittels der Temperiervorrichtung 5, insbesondere angepasst an jeweils aktuell erforderliche Temperiererfordernisse des jeweiligen Batteriemoduls 2 bis 4. Zu einer schnellen Erwärmung der Batteriemodule 2 bis 4 umfassen diese beispielsweise Manganstreifen in ihren Einzelzellen, welche zu einer schnellen Erwärmung und verschleißarmen Speicherung von Wärmeenergie ausgebildet sind. Weiterhin kann die Temperiervorrichtung 5 zu einer gas- und/oder Flüssigkeitstemperierung ausgebildet sein.The temperature control of the battery modules 2 until 4th takes place selectively by means of the temperature control device 5 , in particular adapted to the currently required temperature requirements of the respective battery module 2 until 4th . For rapid heating of the battery modules 2 until 4th these include, for example, manganese strips in their individual cells, which are designed for rapid heating and low-wear storage of thermal energy. Furthermore, the temperature control device 5 be designed for gas and / or liquid temperature control.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BatteriesystemBattery system
22
BatteriemodulBattery module
33
BatteriemodulBattery module
44th
BatteriemodulBattery module
55
TemperiervorrichtungTemperature control device
6.1 bis 6.n6.1 to 6.n
Verbraucherconsumer
77th
Ladevorrichtung Loading device
EE.
Energieenergy

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102020134138 A1 [0003]DE 102020134138 A1 [0003]

Claims (5)

Batteriesystem (1) für ein Fahrzeug mit - drei elektrisch miteinander verschalteten Batteriemodulen (2 bis 4) und - einer Temperiervorrichtung (5) zur selektiven Temperierung der Batteriemodule (2 bis 4), dadurch gekennzeichnet, dass - ein erstes Batteriemodul (2) im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (3, 4) eine verhältnismäßig kleine elektrische Kapazität, einen geringen Memoryeffekt und im Betrieb einen verhältnismäßig großen Temperierbedarf aufweist, - ein zweites Batteriemodul (3) im Vergleich zum ersten Batteriemodul (2) und zu einem dritten Batteriemodul (4) eine mittlere elektrische Kapazität und im Betrieb einen mittleren Temperierbedarf aufweist, - das dritte Batteriemodul (4) im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (2, 3) eine verhältnismäßig große elektrische Kapazität und im Betrieb einen verhältnismäßig kleinen Temperierbedarf aufweist, - ausschließlich das erste Batteriemodul (2) mit elektrischen Verbrauchern (6.1 bis 6.n) des Fahrzeugs und einer Ladevorrichtung (7) elektrisch gekoppelt ist und - die drei Batteriemodule (2 bis 4) derart elektrisch verschaltet sind, dass - das zweite Batteriemodul (3) von dem ersten Batteriemodul (2) aufladbar und entladbar ist und - das dritte Batteriemodul (4) von dem zweiten Batteriemodul (3) aufladbar und entladbar ist. Battery system (1) for a vehicle with - three electrically interconnected battery modules (2 to 4) and - a temperature control device (5) for selective temperature control of the battery modules (2 to 4), characterized in that - a first battery module (2) in comparison the two remaining battery modules (3, 4) have a relatively small electrical capacity, a low memory effect and a relatively large temperature control requirement during operation, - a second battery module (3) compared to the first battery module (2) and a third battery module (4 ) has a medium electrical capacity and a medium temperature control requirement during operation, - the third battery module (4) compared to the two remaining battery modules (2, 3) has a relatively large electrical capacity and a relatively small temperature control requirement during operation, - only the first Battery module (2) with electrical consumers (6.1 to 6.n) of the vehicle gs and a charging device (7) is electrically coupled and - the three battery modules (2 to 4) are electrically connected in such a way that - the second battery module (3) can be charged and discharged by the first battery module (2) and - the third battery module ( 4) can be charged and discharged by the second battery module (3). Batteriesystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Batteriemodul (2) zumindest einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator aufweist.Battery system (1) Claim 1 , characterized in that the first battery module (2) has at least one lithium iron phosphate accumulator. Batteriesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Batteriemodul (3) mehrere elektrisch parallel verschaltete Akkumulatoren aufweist.Battery system (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the second battery module (3) has several accumulators electrically connected in parallel. Batteriesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Batteriemodul (4) mehrere elektrisch parallel verschaltete Akkumulatoren aufweist.Battery system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the third battery module (4) has a plurality of accumulators connected electrically in parallel. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (1) für ein Fahrzeug, wobei drei elektrisch miteinander verschaltete Batteriemodule (2 bis 4) selektiv temperiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass - ausschließlich mittels eines ersten Batteriemoduls (2), welches im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (3, 4) eine verhältnismäßig kleine elektrische Kapazität, einen geringen Memoryeffekt und im Betrieb einen verhältnismäßig großen Temperierbedarf aufweist, elektrische Verbraucher (6.1 bis 6.n) des Fahrzeugs direkt elektrisch versorgt werden, - ausschließlich das erste Batteriemodul (2) mittels einer Ladevorrichtung (7) elektrisch geladen wird, - ein zweites Batteriemodul (3), welches im Vergleich zum ersten Batteriemodul (2) und zu einem dritten Batteriemodul (4) eine mittlere elektrische Kapazität und im Betrieb einen mittleren Temperierbedarf aufweist, von dem ersten Batteriemodul (2) aufgeladen und entladen wird und - das dritte Batteriemodul (4), welches im Vergleich zu den beiden verbleibenden Batteriemodulen (2, 3) eine verhältnismäßig große elektrische Kapazität und im Betrieb einen verhältnismäßig kleinen Temperierbedarf aufweist, von dem zweiten Batteriemodul (3) aufgeladen und entladen wird.A method for operating a battery system (1) for a vehicle, three electrically interconnected battery modules (2 to 4) being selectively tempered, characterized in that - exclusively by means of a first battery module (2), which in comparison to the two remaining battery modules ( 3, 4) has a relatively small electrical capacity, a low memory effect and a relatively large temperature control requirement during operation, electrical loads (6.1 to 6.n) of the vehicle are directly supplied with electricity, - only the first battery module (2) by means of a charging device ( 7) is electrically charged, - a second battery module (3), which compared to the first battery module (2) and a third battery module (4) has an average electrical capacity and an average temperature control requirement during operation, of the first battery module (2) is charged and discharged and - the third battery module (4), which in comparison has a relatively large electrical capacity for the two remaining battery modules (2, 3) and a relatively small temperature control requirement during operation, and is charged and discharged by the second battery module (3).
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