DE102021101323A1 - Batteriesystem und verfahren zur verwendung im batteriesystem - Google Patents

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Andres V. Mituta
Shifang Li
Emil Francu
Garrett M. Seeman
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GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Ein Batteriesystem und ein Verfahren umfassen ein Hilfsleistungsmodul, das zur Unterstützung von Hilfslasten konfiguriert ist. Ein erster Schützschalter ist zwischen ersten und zweiten Batteriepacks angeschlossen, und ein zweiter Schützschalter ist in Reihe mit dem ersten Schützschalter geschaltet. Eine Steuerung bestimmt, ob der erste und der zweite Schützschalter geöffnet oder geschlossen werden sollen, je nachdem, ob die Batteriepacks in einem Hochspannungs- oder einem Niederspannungsmodus geladen werden. Die Schützschalter sind beide geschlossen, wenn sie sich im Hochspannungsmodus befinden, und mindestens einer der Schützschalter ist geöffnet, wenn sie sich im Niederspannungsmodus befinden. Mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks wird betrieben, um das Hilfsleistungsmodul mit Strom zu versorgen, während mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird, unabhängig davon, ob sich die Batteriepacks im Hochspannungs- oder im Niederspannungsmodus befinden.

Description

  • EINLEITUNG
  • Elektrische Antriebsstränge enthalten oft eine oder mehrere mehrphasige/wechselstrombetriebene elektrische Maschinen, die aus einem gewickelten Stator und einem magnetischen Rotor konstruiert sind. Die Statorwicklungen sind mit einer AC-Seite eines Wechselrichters verbunden, wobei eine Gleichstrom (DC)-Seite des Wechselrichters mit positiven und negativen Schienen eines Gleichspannungsbusses verbunden ist. Wenn die elektrische Maschine als Fahrmotor arbeitet, erzeugt die Schaltsteuerung der EIN/AUS-Zustände einzelner Halbleiterschalter des Leistungswechselrichters eine AC-Ausgangsspannung auf einem Niveau, das zur Erregung der Statorwicklungen geeignet ist. Die sequentiell erregten Statorwicklungen erzeugen ein rotierendes Magnetfeld, das schließlich mit einem Rotorfeld zusammenwirkt, um die Maschinendrehung und das Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen.
  • Der DC-Spannungsbus ist elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden, die in mobilen Anwendungen typischerweise durch einen mehrzelligen Batteriepack verkörpert wird. Die Spannungswerte der derzeit für die Stromversorgung der Antriebsfunktionen verwendeten Batterietypen steigen weiter an, um die Nachfrage nach größeren elektrischen Reichweiten zu befriedigen. Die Batterieladeinfrastruktur und die zugehörigen Lademethoden entwickeln sich ebenfalls ständig weiter. Zum Beispiel sind einige neue DC-Schnellladestationen (DCFC) in der Lage, Ladespannungen von 800 V oder mehr zu liefern, während ältere „Legacy“-DCFC-Stationen in der Lage sein können, niedrigere Ladespannungen zu liefern, zum Beispiel 400 V. Um einen weiten Bereich möglicher Ladespannungen abdecken zu können, verwenden einige Batteriesysteme mehrere Batteriepacks anstelle einer einzelnen Batterie. Die einzelnen Batteriepakete einiger Batteriesysteme können z. B. während des Antriebsbetriebs selektiv parallelgeschaltet werden und während des Hochspannungsladebetriebs zu einer Reihenschaltung rekonfiguriert werden, wobei die Reihenschaltung einer solchen Batteriesystemkonfiguration die Nutzung höherer Ladespannungen ermöglicht.
  • KURZFASSUNG
  • Die vorliegende Offenlegung bietet ein Verfahren zur Verwendung eines Batteriesystems. Das Batteriesystem umfasst positive und negative Gleichspannungs-Busschienen, erste und zweite Batteriepakete, die mit den positiven und negativen Gleichspannungs-Busschienen verbunden sind, und ein Hilfsleistungsmodul, das zur Unterstützung von Hilfslasten konfiguriert ist. Das Batteriesystem umfasst auch einen ersten Schützschalter, der zwischen den ersten und zweiten Batteriepack geschaltet ist, und einen zweiten Schützschalter in Reihe mit dem ersten Schützschalter zwischen dem ersten und zweiten Batteriepack. Eine Steuerung bestimmt, ob der erste und der zweite Schützschalter geöffnet oder geschlossen werden sollen, je nachdem, ob der erste und der zweite Batteriepack in einem Hochspannungs- oder einem Niederspannungsmodus geladen werden. Der erste und der zweite Schützschalter sind beide geschlossen, wenn sie sich im Hochspannungsmodus befinden, der den ersten und den zweiten Batteriepack elektrisch in Reihe schaltet. Mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter ist geöffnet, wenn er sich im Niederspannungsmodus befindet, in dem der erste und der zweite Batteriepack elektrisch parallelgeschaltet sind. Mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks arbeitet, um das Hilfsleistungsmodul mit Strom zu versorgen, während mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird, unabhängig davon, ob sich die ersten und zweiten Batteriepacks im Hochspannungs- oder im Niederspannungsmodus befinden.
  • Das Verfahren umfasst optional einen oder mehrere der folgenden Schritte:
    • eine durchschnittliche Energiedifferenz wird auf der Grundlage eines maximal nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepacks bestimmt, und eine durchschnittliche Energiedifferenz wird auf der Grundlage eines maximal nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepacks bestimmt;
    • einer der ersten und zweiten Batteriepacks wird, basierend auf der kleineren durchschnittlichen Energiedifferenz, ausgewählt, um die Leistung an das Hilfsleistungsmodul zu liefern;
    • die Ladung wird vom ersten Batteriepack auf das zweite Batteriepack umgeschaltet und die vom zweiten Batteriepack gelieferte Leistung auf das erste Batteriepack umgeschaltet, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben, wenn es sich im Hochspannungsmodus befindet;
    • dem zweiten Batteriepack wird eine Verringerung der Stromstärke während des Leistungsübergangs zwischen dem ersten und zweiten Batteriepack signalisiert;
    • die Ladung wird von dem ersten Batteriepack zu dem zweiten Batteriepack umgeschaltet und die gelieferte Leistung von dem zweiten Batteriepack zu dem ersten Batteriepack umgeschaltet, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben, wenn es sich in dem Hochspannungsmodus befindet, auf der durchschnittlichen Energiedifferenz basiert, die aus dem maximal nutzbaren Energieniveau und dem verbleibenden Energieniveau bis zum vollständigen Laden des ersten Batteriepacks gebildet wird, und der durchschnittlichen Energiedifferenz, die aus dem maximal nutzbaren Energieniveau und dem verbleibenden Energieniveau bis zum vollständigen Laden des zweiten Batteriepacks gebildet wird,
    • die durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zum vollständigen Aufladen des ersten Batteriepacks wird überwacht, und die durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zum vollständigen Aufladen des zweiten Batteriepacks wird überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks zu dem anderen der ersten und zweiten Batteriepacks umgeschaltet werden soll;
    • eine verbleibende Zeit zum Laden des ersten und des zweiten Batteriepacks wird überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks auf das andere der ersten und zweiten Batteriepacks umgeschaltet werden soll;
    • ein Ladezustand des ersten Batteriepakets und ein Ladezustand des zweiten Batteriepakets wird überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepakete auf das andere der ersten und zweiten Batteriepakete umgeschaltet werden soll;
    • die Stromstärken in der parallelen Anordnung und Strom in der Reihenschaltung werden verglichen;
    • das Laden des ersten und zweiten Batteriepacks in der Parallelschaltung ist abgeschlossen, wenn der Strom in der Parallelschaltung größer ist als der Strom in der Reihenschaltung;
    • einer der ersten und zweiten Batteriepacks wird vom Ladevorgang getrennt und dann wird der andere der ersten und zweiten Batteriepacks geladen, wenn der Strom in der Parallelanordnung kleiner ist als der Strom in der Reihenanordnung;
    • der mindestens eine der ersten und zweiten Schützschalter signalisiert wird, sich während des Niederspannungsmodus zu öffnen, so dass die ersten und zweiten Batteriepacks in der parallelen Anordnung sind, in der sowohl die ersten als auch die zweiten Batteriepacks die Energie an das Hilfsleistungsmodul liefern, während sowohl die ersten als auch die zweiten Batteriepacks geladen werden;
    • dem ersten und dem zweiten Schützschalter wird, während des Hochspannungsmodus zu schließen, so dass sich der erste und der zweite Batteriepack in der Reihenschaltung befinden, in der einer des ersten und des zweiten Batteriepacks die Energie für das Hilfsleistungsmodul bereitstellt und der andere des ersten und des zweiten Batteriepacks geladen wird;
    • die Ladung wird vom ersten Batteriepack auf den zweiten Batteriepack umgeschaltet und die vom zweiten Batteriepack gelieferte Energie auf den ersten Batteriepack umgeschaltet, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben, wenn sich der erste und der zweite Batteriepack in der Serienanordnung befinden, und
    • die Umschaltung des Ladevorgangs erfolgt nicht, wenn sich der erste und der zweite Batteriepack in der Parallelanordnung befinden.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Batteriesystem bereit, das positive und negative Gleichspannungs-Busschienen, erste und zweite Batteriepacks, die jeweils mit den positiven und negativen Gleichspannungs-Busschienen verbunden sind, und ein Hilfsleistungsmodul umfasst, das zur Unterstützung von Hilfslasten konfiguriert ist. Das Hilfsleistungsmodul steht in elektrischer Verbindung mit mindestens einem der ersten und zweiten Batteriepakete. Das Batteriesystem umfasst ferner einen ersten Schützschalter, der zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepaket angeschlossen ist, und einen zweiten Schützschalter in Reihe mit dem ersten Schützschalter zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepaket. Das Batteriesystem enthält außerdem eine Steuerung, die mit dem ersten und dem zweiten Schützschalter in Verbindung steht, um den ersten und den zweiten Schützschalter selektiv zu öffnen und zu schließen, je nachdem, ob sich der erste und der zweite Batteriepack in einem Hochspannungs- oder in einem Niederspannungsmodus befinden. Der erste und der zweite Schützschalter sind beide geschlossen, wenn sie sich im Hochspannungsmodus befinden, der den ersten und den zweiten Batteriepack elektrisch in Reihe schaltet. Mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter ist geöffnet, wenn er sich im Niederspannungsmodus befindet, in dem der erste und der zweite Batteriepack elektrisch parallelgeschaltet sind. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie bestimmt, welcher der ersten und zweiten Batteriepacks betrieben wird, um das Hilfsleistungsmodul mit Strom zu versorgen, während mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird, unabhängig davon, ob sich die ersten und zweiten Batteriepacks im Hochspannungs- oder im Niederspannungsmodus befinden.
  • Das Batteriesystem umfasst optional eines oder mehrere der folgenden:
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass s eine durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage eines maximalen nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepacks bestimmt, und eine durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage eines maximalen nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepacks bestimmt;
    • die Steuerung wählt einen der ersten und zweiten Batteriepacks aus, um die Leistung an das Hilfsleistungsmodul zu liefern, basierend auf der kleineren durchschnittlichen Energiedifferenz; die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie dem mindestens einen der ersten und zweiten Schützschalter signalisiert, sich während des Niederspannungsmodus zu öffnen, so dass sich der erste und der zweite Batteriepack in der Parallelanordnung befinden, in der sowohl der erste als auch der zweite Batteriepack das Hilfsleistungsmodul mit Strom versorgen, während sowohl der erste als auch der zweite Batteriepack geladen werden;
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie den Ladevorgang vom ersten Batteriepack auf den zweiten Batteriepack überträgt und die vom zweiten Batteriepack gelieferte Leistung auf den ersten Batteriepack überträgt, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben, wenn es sich im Hochspannungsmodus befindet;
    • die Steuerung signalisiert dem zweiten Batteriepack eine Verringerung der Stromstärke während des Leistungsübergangs zwischen dem ersten und zweiten Batteriepack;
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie die durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepacks überwacht und die durchschnittliche Energiedifferenz auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepacks überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks zu dem anderen der ersten und zweiten Batteriepacks übergehen soll;
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie eine verbleibende Zeit zum Laden des ersten und des zweiten Batteriepacks überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks auf das andere der ersten und zweiten Batteriepacks umgeschaltet werden soll;
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie einen Ladezustand des ersten Batteriepacks und einen Ladezustand des zweiten Batteriepacks überwacht, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks auf das andere der ersten und zweiten Batteriepacks übergehen soll;
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie den Strom in der Parallelanordnung und den Strom in der Reihenanordnung vergleicht, und die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie es zulässt, dass das Laden des ersten und des zweiten Batteriepacks in der Parallelanordnung abgeschlossen wird, wenn der Strom in der Parallelanordnung größer ist als der Strom in der Reihenanordnung; und
    • die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie den Strom in der Parallelanordnung und den Strom in der Reihenanordnung vergleicht, und die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie das Laden eines der ersten und zweiten Batteriepacks unterbricht, wenn der Strom in der Parallelanordnung geringer ist als der Strom in der Reihenanordnung, und dann das andere der ersten und zweiten Batteriepacks zum Laden auswählt.
  • Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder FIGS. sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Anspruchsumfang der Offenbarung wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Konfigurationen zur Ausführung der Ansprüche im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausführungen und Konfigurationen zum Ausführen der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften beweglichen Plattform, die ein Batteriesystem verwendet, das einen Gleichstrom-Schnellladevorgang (DCFC) durchläuft.
    • 2 ist ein schematischer Schaltplan des Batteriesystems.
    • 3 ist eine Tabelle mit möglichen seriellen und parallelen Betriebsarten und entsprechenden Schaltzuständen zur Steuerung des Batteriesystems.
    • 4 ist ein Diagramm eines Ladezustands eines ersten Batteriepacks und eines zweiten Batteriepacks, ausgerichtet mit einem Diagramm eines Stationsstroms von einer DCFC-Station außerhalb des Fahrzeugs, die den ersten Batteriepack und den zweiten Batteriepack lädt.
    • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Verwendung des Batteriesystems von 1-4 gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreibt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Diejenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse verfügen, werden erkennen, dass alle Richtungsangaben (z. B. oben, unten, oben, unten, oben, unten, links, rechts, vertikal, horizontal usw.) für die FIGS beschreibend verwendet werden, um das Verständnis des Lesers zu erleichtern, und keine Einschränkungen (z. B. in Bezug auf die Position, Ausrichtung oder Verwendung usw.) für den Umfang der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus kann sich der Begriff „im Wesentlichen“ auf eine geringfügige Ungenauigkeit oder geringfügige Abweichung eines Zustands, einer Menge, eines Werts oder einer Abmessung usw. beziehen, von denen einige innerhalb von Fertigungsabweichungen oder Toleranzbereichen liegen. Der Ausdruck „mindestens eines von“, wie er hier verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er das nicht ausschließende logische „oder“ einschließt, d. h. A und/oder B und so weiter, abhängig von der Anzahl der Komponenten.
  • Unter Bezugnahme auf die FIGUREN, in denen gleiche Ziffern gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist in 1 allgemein eine bewegliche Plattform 10, wie z. B. ein Fahrzeug, dargestellt. Die bewegliche Plattform 10 kann einen elektrischen Antriebsstrang 11 und ein Batteriesystem 12 umfassen, das ein Multi-Pack-Batteriesystem 12 mit einem oder mehreren Batteriepaketen 14A, 14B sein kann. Das Batteriesystem 12 kann positive und negative Gleichspannungs-Busschienen 16+, 16- umfassen, wobei erste und zweite Batteriepakete 14A, 14B jeweils mit den positiven und negativen Gleichspannungs-Busschienen 16+, 16- verbunden sind.
  • In der Beispielkonfiguration von 1 versorgt der elektrische Antriebsstrang 11 die elektrischen Antriebsfunktionen der beweglichen Plattform 10, die in 1 ein Kraftfahrzeug ist. Nicht einschränkende Beispiele für das Fahrzeug können ein Auto, ein LKW, ein Motorrad, ein Geländewagen, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, Schienenfahrzeuge oder jede andere geeignete bewegliche Plattform sein. Zusätzlich kann das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug usw. sein. Es ist zu würdigen, dass alternativ eine Nicht-Fahrzeug-Anwendung verwendet werden kann, wie z. B. landwirtschaftliche Geräte, stationäre Plattformen, stationäre oder mobile Kraftwerke, Roboter, Förderer, Transportplattformen, etc. Daher kann das hier beschriebene Batteriesystem 12 in wiederaufladbaren elektrischen Systemen für Fahrzeug- oder Nicht-Fahrzeug-Anwendungen verwendet werden. Zur Veranschaulichung wird die bewegliche Plattform 10 von 1 im Folgenden im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben, ohne die vorliegende Lehre auf Fahrzeuganwendungen im Allgemeinen zu beschränken.
  • Die bewegliche Plattform 10 ist in einem Gleichstrom-Schnellladebetrieb (DCFC) dargestellt, bei dem das Batteriesystem 12 elektrisch mit einer DCFC-Station 18 außerhalb des Fahrzeugs verbunden ist, z. B. über einen Fahrzeugladeanschluss 20, der mit einem Körper 22 der beweglichen Plattform 10 verbunden ist, der intern mit einem Gleichstrom-Ladestecker unter Verwendung eines Hochspannungs-Ladekabels 24 verbunden ist. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann der Endanschluss des Ladekabels 24 ein SAE J1772, CHAdeMO-Ladestecker oder ein anderer geeigneter länderspezifischer oder anwendungsspezifischer Ladekuppler oder -stecker sein. Die bewegliche Plattform 10 kann Vorder- und Hinterräder 26F bzw. 26R umfassen, die mit der Straßenoberfläche in Kontakt kommen. Die Vorder- und Hinterräder 26F, 26R können mit separaten vorderen und hinteren Antriebsachsen 28F, 28R verbunden sein. In einer Konfiguration mit Allradantrieb (AWD) können die Antriebsachsen 28F, 28R einzeln von separaten rotierenden Elektromaschinen 30 (ME) angetrieben werden, die jeweils als elektrische Fahrmotoren über entsprechende Leistungsumrichtermodule 32 funktionieren, wie in 2 gezeigt und unten beschrieben.
  • Das Batteriesystem 12 ist elektrisch mit der DCFC-Station und einer elektrischen Last verbunden, wie z. B. einem oder mehreren Wechselrichtermodulen 32 (PIM-A, PIM-B in 2), einem Hilfsleistungsmodul 34 (APM) und einem On-Board-Lademodul 36 (OBCM), die jeweils Teil eines integrierten Leistungselektronikmoduls 38 (IPEO) sind, einem weiteren On-Board-Lademodul (OBCDM), einem Klimasteuermodul usw. In 2 ist das IPEO 38, das als Teil der Schaltung dargestellt ist, auch separat von der Schaltung vergrößert dargestellt, um das APM 34 und das OBCM 36, das Teil des IPEO 38 ist, zu veranschaulichen. Das Hilfsspannungsmodul 34 ist so konfiguriert, dass es Hilfslasten, wie z. B. Zubehör, unterstützt, das 12-Volt-Zubehör oder anderes Zubehör mit niedrigem Spannungsniveau umfassen kann. Das Hilfsleistungsmodul 34 steht in elektrischer Verbindung mit mindestens einem der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B. Mit anderen Worten, das Hilfsleistungsmodul 34 kann elektrisch mit dem ersten Batteriepack 14A oder dem zweiten Batteriepack 14B oder beiden Batteriepacks 14A, 14B verbunden sein.
  • Bezugnehmend auf 2 kann die elektrische Last auch eine oder mehrere rotierende elektrische Maschinen 30 umfassen, wie die schematisch dargestellte und mit dem PIM-B 32 verbundene elektrische Maschine 30 (ME). Es ist zu verstehen, dass eine andere elektrische Maschine 30 an das PIM-A 32 angeschlossen werden kann. Das PIM-A 32 kann mit einer elektrischen Maschine 30 verwendet werden, die mit den Vorderrädern 26F der beweglichen Plattform 10 (F-PIM) verbunden ist, und das PIM-B 32 kann mit einer elektrischen Maschine 30 verwendet werden, die mit den Hinterrädern 26R der beweglichen Plattform 10 verbunden ist. In bestimmten Konfigurationen kann das PIM-B 32 optional ein Wechselrichtermodul 32 für eine elektrische Maschine 30, die das linke Rad 26R antreibt (L-PIM), und ein Wechselrichtermodul 32 für eine elektrische Maschine 30, die das rechte Rad 26R antreibt (R-PIM), enthalten.
  • Die Wechselrichtermodule 32, wie z. B. das PIM-A oder PIM-B, erzeugen eine mehrphasige Wechselspannung (VAC) durch interne Schaltsteuerung unter Verwendung von Pulsweitenmodulation, Pulsdichtemodulation oder anderen geeigneten Techniken. In Fortsetzung von 2 erregt die Wechselspannung die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine(n) 30, um dadurch ein Motordrehmoment (Pfeil TM) an einem Rotor zu erzeugen, das an die Antriebsachsen 28F, 28R ausgegeben wird, um eines oder mehrere der Räder 26F, 26R anzutreiben. Während in 2 eine elektrische Maschine 30 dargestellt ist, kann das mit dem Batteriepack 14B verbundene PIM-A 32 ebenfalls eine entsprechende elektrische Maschine 30 aufweisen, z.B. um einen Allradantriebsmodus zu ermöglichen oder um eine der Antriebsachsen 28F, 28R von 1 unabhängig anzutreiben.
  • Die Batteriepakete 14A, 14B, die eine Lithium-Ionen-, Zink-Luft-, Nickel-Metallhydrid-, Bleisäure- oder eine andere anwendungsgeeignete Batteriechemie verwenden können, werden selektiv über eine DCFC-Ladespannung VCH von der externen DCFC-Station 18 nachgeladen. Wenn die bewegliche Plattform 10 in Betrieb ist, wird eine modulierte Schaltsteuerung durch eine Steuerung 40 über Steuersignale (Pfeil CCO in 1) durchgeführt, um letztendlich eine oder mehrere elektrische Maschinen 30 (siehe 2) zu erregen, um ein Motordrehmoment (TM) zu erzeugen und an eines oder mehrere der Räder 26F, 26R zu liefern und dadurch die bewegliche Plattform 10 anzutreiben und/oder andere nützliche Arbeiten auszuführen. Somit bilden die Batteriepakete 14A, 14B und die Steuerung 40 zusammen das Batteriesystem 12, mit anderen möglichen Komponenten wie Wärmemanagement/Kühlung und Leistungselektronik-Hardware, die in den Figuren zur Veranschaulichung weggelassen werden können. Daher kann die Steuerung 40 im Allgemeinen in elektrischer Verbindung mit dem Batteriesystem 12 stehen. Beispielsweise kann die Steuerung 40 das Batteriesystem 12 so steuern, dass es die Batteriepacks 14A, 14B lädt und auswählt, welcher der Batteriepacks 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt.
  • Die Steuerung 40 kann eine Host-Maschine oder ein verteiltes System sein, z. B. ein Computer wie ein Digitalrechner oder Mikrocomputer. Die Steuerung 40 umfasst einen Prozessor P und einen Speicher M, wobei der Speicher M anwendungsgeeignete Mengen an greifbarem, nicht transitorischem Speicher, z. B. Festwertspeicher, enthält, ob optisch, magnetisch, Flash oder anders. Im Speicher M der Steuerung 40 können Anweisungen gespeichert werden, die über den Prozessor P der Steuerung 40 automatisch ausgeführt werden, um die jeweilige Steuerungsfunktionalität bereitzustellen. Das Steuergerät 40 enthält auch ausreichende Mengen an Speicher mit wahlfreiem Zugriff, elektrisch löschbarem, programmierbarem Festwertspeicher und dergleichen, sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen und Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Daher kann die Steuerung 40 alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. enthalten, die notwendig sind, um z. B. das Laden des Batteriesystems 12 und die Stromversorgung verschiedener Komponenten, wie der elektrischen Maschine(n) 30 und des Hilfsleistungsmoduls 34, zu steuern. Es ist zu verstehen, dass die Steuerung 40 auch jedes Gerät umfassen kann, das in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren zu analysieren, Daten zu vergleichen und die notwendigen Entscheidungen zu treffen, die zur Steuerung des Batteriesystems 12 erforderlich sind. Optional kann auch mehr als ein Steuergerät 40 verwendet werden. Die Steuereinheit 40 ist so programmiert, dass sie Anweisungen ausführt, die ein Verfahren 100 zur Verwendung des Batteriesystems 12 verkörpern, wobei die Steuereinheit 40 Eingangssignale (Pfeil CCI) empfängt, die einen von einem Antrieb angeforderten oder autonom angeforderten Lademodus der Batteriepacks 14A, 14B anzeigen, und in Reaktion darauf die Steuersignale (CCO) an die Batteriepacks 14A, 14B ausgibt.
  • Einige der Eingangssignale (Pfeil CCI) können während eines DCFC-Betriebs als Teil der laufenden Kommunikation zwischen der Steuerung 40 und der DCFC-Station von 1 ermittelt werden. Eine solche Kommunikation erfolgt beim Anschluss der beweglichen Plattform 10 an die DCFC-Station, z. B. wenn die DCFC-Station ihre maximale Ladespannung VCH an die Steuerung 40 übermittelt. In einem Antriebs-/Antriebsmodus kann eine vom Bediener angeforderte oder autonom ermittelte Antriebsanforderung die Steuerung 40 veranlassen, eine parallel geschaltete (P-geschaltete) Konfiguration der Batteriepacks 14A, 14B herzustellen. Mit anderen Worten: In der P-verbundenen Konfiguration befinden sich die Batteriepakete 14A, 14B in einer parallelen Anordnung. Während bestimmter DCFC-Operationen kann die Steuerung 40 die Batteriepacks 14A, 14B selektiv in eine seriengeschaltete (S-geschaltete) Konfiguration rekonfigurieren, um die Vorteile der Ladespannung VCH zu nutzen, wie jetzt mit Bezug auf 2 beschrieben wird. Mit anderen Worten, in der S-verbundenen Konfiguration befinden sich die Batteriepakete 14A, 14B in einer Reihenschaltung.
  • Bezug nehmend auf 2 kann das Batteriesystem 12 Teil eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems 42 (RESS) sein, das aus zwei oder mehr Batteriepaketen 14A, 14B aufgebaut ist, von denen jedes ein zugehöriges Batteriemodul 44 in Form von miteinander verbundenen Batteriezellen, Zellmessschaltungen usw. aufweist. Die Batteriemodule 44 sind im Wesentlichen identisch, d.h. sie haben die gleichen internen Komponenten und gleiche Spannungskapazitäten, z.B. von 300-500 Volt DC (VDC), obwohl auch andere Spannungspegel denkbar sind. Es ist zu verstehen, dass mehr als zwei BatteriepacksX in anderen Konfigurationen verwendet werden können, wobei die beiden Batteriepacks 14A, 14B im Folgenden zu Illustrationszwecken verwendet werden. Die Batteriepacks 14A, 14B können in der P-verbundenen Konfiguration angeordnet sein, wobei die Batteriemodule 44 in jedem der Batteriepacks 14A, 14B eine entsprechende Modulspannung Vm aufweisen, und wobei eine Batteriepackspannung VB gleich der Modulspannung Vm ist.
  • Als anschauliches Beispiel kann die Modulspannung Vm im Bereich von etwa 300-500 V liegen. Die Ladespannung VCH von der DCFC-Station von 1 kann entweder im gleichen Bereich liegen oder die Ladespannung VCH kann höher sein, z. B. 600-1000V , wobei im Rahmen dieser Offenbarung auch andere Batterie- und Ladespannungsniveaus verwendbar sind. So weist das Batteriesystem 12 in der P-geschalteten Konfiguration eine Batteriepackspannung VB auf, die durch die Potentialdifferenz zwischen positiver und negativer DC-Bus-Schiene 16+, 16-, genauer gesagt den Plus- und Minusklemmen des Batteriesystems 12, definiert ist und die gleich der Modulspannung Vm ist. In der S-verbundenen Konfiguration ist die Batteriepackspannung VB jedoch ein Vielfaches der Modulspannung Vm, wobei das Vielfache die Anzahl der S-verbundenen Batteriepacks 14A, 14B ist, die im Aufbau des Batteriesystems 12 verwendet werden.
  • Ein Schaltsteuerkreis ist aus mehreren Schaltern SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 aufgebaut, wie in 2 dargestellt, die als Illustration der rekonfigurierbaren Natur des Batteriesystems 12 dient. Jeder der dargestellten Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 kann in einer tatsächlichen Implementierung als Mehrfachschalter ausgeführt sein. Die Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 können als Halbleiterschalter, mechanische Schalter, d.h., federvorgespannte Schütze mit einem EIN/leitenden Zustand beim Schließen und einem AUS/nichtleitenden Zustand beim Öffnen, elektromechanische Schalter wie Schütze oder Relais, die den Stromfluss in beiden Richtungen sperren können, Halbleiterschalter wie IGBTs oder MOSFETs, mit oder ohne antiparallel geschaltete Dioden, die einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, usw., und/oder Kombinationen davon. Der Schalter SA2 ist zwischen dem negativen (-) Anschluss des Batteriemoduls 44 des ersten Batteriepacks 14A und der negativen DC-Busschiene 16-angeschlossen, während der Schalter SB1 zwischen dem positiven (+) Anschluss des Batteriemoduls 44 des zweiten Batteriepacks 14B und der positiven DC-Busschiene 16+ angeschlossen ist.
  • Je nach Stellung der Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 kann das Hilfsleistungsmodul 34 elektrisch mit dem ersten Batteriepack 14A oder dem zweiten Batteriepack 14B oder beiden Batteriepacks 14A, 14B verbunden sein. Ein erster Schützschalter S1 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B angeschlossen, und ein zweiter Schützschalter S2 ist in Reihe mit dem ersten Schützschalter S1 zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B. Der erste Schützschalter S1 kann der Schalter S1 und der zweite Schützschalter S2 kann der Schalter S2 in den Figuren sein. Als solche sind die Schalter S1, S2 wiederum zwischen den ersten und zweiten Batteriepaketen 14A, 14B angeordnet. Insbesondere ist eine Seite (X) des Schalters S1 zwischen dem Schalter SA2 und dem negativen (-) Anschluss des Batteriemoduls 44 des ersten Batteriepacks 14A verbunden, und eine gegenüberliegende Seite (Y) des Schalters S1 ist zwischen dem positiven (+) Anschluss des Batteriemoduls 44 des zweiten Batteriepacks 14B und dem Schalter SB1 verbunden. Außerdem ist eine Seite (Y) des Schalters S2 zwischen dem Schalter S1 von der Seite X und einer gegenüberliegenden Seite (Z) des Schalters S2 zwischen dem positiven (+) Anschluss des Batteriemoduls 44 des zweiten Batteriepacks 14B und dem Schalter SB1 verbunden. Daher sind die Schalter S1, S2, die zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B angeordnet sind, in Reihe miteinander geschaltet, d.h. eine Reihenschaltung. Als solche können diese Schalter S1, S2 zusammenwirken, um eine Schaltfunktionsredundanz für den Serienpfad zwischen den ersten und zweiten Batteriepaketen 14A, 14B bereitzustellen. In bestimmten Konfigurationen ist der Schützschalter S1 in den ersten Batteriepack 14A integriert/vollständig darin untergebracht und der Schützschalter S2 ist in den zweiten Batteriepack 14B integriert/vollständig darin untergebracht.
  • Wenn der Schalter S1 und/oder der Schalter S2 geöffnet sind und die Schalter SA1 und SB1 geschlossen sind, sind das erste und das zweite Batteriepaket 14A, 14B elektrisch parallel geschaltet. Wenn die Schalter S1, S2 geschlossen und die Schalter SA2 und SB1 geöffnet sind, sind der erste und der zweite Batteriepack 14A, 14B elektrisch in Reihe geschaltet. Die Spannung VB des Batteriepacks erhöht sich daher in der Reihenschaltung gegenüber der Spannung in der Parallelschaltung, so dass das Batteriesystem 12 eine höhere Ladespannung nutzen kann.
  • Verschiedene Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 können zur Steuerung des Batteriesystems 12 verwendet werden, wie in 2 dargestellt. Beispielsweise können im ersten Batteriepaket 14A, von links nach rechts gesehen, die Schalter PCA, SA1 und SA3 mit der positiven Busschiene 16+ und dem positiven (+) Anschluss des Batteriemoduls 44 für das erste Batteriepaket 14A verbunden sein. Ein Schalter SA2 kann zwischen der negativen Busschiene 16- und dem negativen (-) Anschluss des Batteriemoduls 44 für den ersten Batteriepack 14A angeschlossen werden. In ähnlicher Weise können im zweiten Batteriepack 14B, wiederum von links nach rechts betrachtet, die Schalter SB3, SB1 und PCB zwischen der positiven Busschiene 16+ und dem positiven (+) Anschluss des Batteriemoduls 44 des zweiten Batteriepacks 14B eingesetzt werden, während ein Schalter SB2 zwischen der negativen Busschiene 16- und dem negativen (-) Anschluss des Batteriemoduls 44 des zweiten Batteriepacks 14B angeschlossen werden kann.
  • In der hier verwendeten Beschriftungsnomenklatur bezieht sich „S“ allgemein auf „Schalter“, unabhängig von der Konstruktion, während „1“, „2“ und „3“ als nominelle Schalterkennungen verwendet werden. „A“ bezieht sich im Allgemeinen auf die Merkmale des ersten Batteriepacks 14A und „B“ bezieht sich im Allgemeinen auf die Merkmale des zweiten Batteriepacks 14B. „PC“ bezieht sich auf „Pre-Charge“, wobei die beiden Vorladeschalter PCA und PCB dazu dienen, sicherzustellen, dass der Spannungsbus ausreichend geladen ist, bevor die Vorladeschalter PCA und PCB geöffnet werden. Es ist zu verstehen, dass jeder Vorladeschalter PCA und PCB mit einem Vorladewiderstand in Reihe geschaltet ist, um die Einschaltströme zu begrenzen, wenn die Vorladeschalter PCA und PCB zunächst geschlossen werden.
  • Das Batteriesystem 12 kann von der Steuereinheit 40 unter Verwendung einer Schaltsteuerlogik gesteuert werden, wie in einer Logiktabelle in 3 dargestellt, um das Laden der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B und/oder den Antrieb der beweglichen Plattform 10 durchzuführen. Die Spalte ganz links in 3 zeigt die verschiedenen Antriebs- und Lademodi der Batteriepakete 14A, 14B an, und die obere Zeile von 3 identifiziert die verschiedenen Schalter SA1, SA2, SA3, SB1, SB2, SB3, S1, S2, OB1, OB2, die 2 entsprechen. Wie im Folgenden beschrieben, ermöglicht die offengelegte Konfiguration des Batteriesystems 12 die Auswahl von einem oder mehreren parallelen Lademodi und Serienlademodi durch die Steuerung 40, die beispielsweise 800V DCFC, 400V DCFC, 400V 22 Kilowatt (kW) Laden, 400V 11 kW Laden umfassen. Darüber hinaus ermöglicht die offengelegte Konfiguration des Batteriesystems 12 die Auswahl von einem oder mehreren Antriebsmodi durch die Steuerung 40, die einen Modus „Antriebssystem aktiv“ (PSA) umfassen. Die Logiktabelle ist mit entsprechenden modusspezifischen Schalter-Offen/Schließen-Zuständen bestückt, wobei „O“ einem offenen Schalterzustand entspricht, in dem ein offener Stromkreis gebildet wird, d.h. der Schalter leitet keinen Strom, und „X“ einem geschlossenen Schalterzustand, in dem der Schalter leitet. „Xn“ entspricht einem geschlossenen Schalterzustand, bei dem einer der Schalter geschlossen ist, aber nicht beide Schalter in der Logiktabelle geschlossen sind. Zum Beispiel identifiziert der 800-V-DCFC-Lademodus in der Logiktabelle Schalter SA1 und SA2 als X1, was bedeutet, dass SA1 oder SA2 geschlossen ist, aber nicht beide geschlossen sind. Die Spalte ganz rechts in identifiziert die Gesamtzahl der Schalter, die für jeden der Lademodi und den Antriebsmodus geschlossen sind.
  • Wie oben erwähnt, steht die Steuerung 40 in Kommunikation mit den Schaltern SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2, die den ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 umfassen. Im Allgemeinen bestimmt die Steuerung 40, ob der erste und der zweite Schützschalter S1, S2 geöffnet oder geschlossen werden sollen, je nachdem, ob der erste und der zweite Batteriepack 14A, 14B in einem Hochspannungs- oder in einem Niederspannungsmodus geladen werden. So signalisiert die Steuerung 40 dem ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 das selektive Öffnen und Schließen, je nachdem, ob sich die Batteriepakete 14A, 14B im Hoch- oder Niederspannungsmodus befinden.
  • Der erste und der zweite Schützschalter S1, S2 sind beide geschlossen, wenn sie sich im Hochspannungsmodus befinden, der das erste und das zweite Batteriepaket 14A, 14B elektrisch in Reihe schaltet. Der Hochspannungsmodus kann sein, wenn die Batteriepakete 14A, 14B für 600 V oder mehr in Reihe geschaltet werden. Während des Ladens in der Reihenschaltung wird jeweils eines der Batteriepakete 14A, 14B geladen und das andere der Batteriepakete 14A, 14B versorgt das Hilfsleistungsmodul mit Strom. Die Steuerung 40 bestimmt, welches der Batteriepakete 14A, 14B geladen wird und welches das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt. Das heißt, dass nicht beide Batteriepacks 14A, 14B während des Ladevorgangs gleichzeitig Strom an das Hilfsleistungsmodul liefern.
  • Mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 wird geöffnet, wenn er sich im Niederspannungsmodus befindet, der die ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B in einer Parallelanordnung elektrisch verbindet. Wenn beispielsweise mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 geöffnet ist, wenn er sich im Niederspannungsmodus befindet, ist der erste Schützschalter S1 geöffnet, oder der zweite Schützschalter S2 ist geöffnet, oder beide der ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 sind geöffnet. Der Niederspannungsmodus kann sein, wenn die Batteriepakete 14A, 14B parallel für 300V-500V geschaltet sind. Während des Ladens in der Parallelschaltung versorgen beide Batteriepacks 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom, während beide Batteriepacks 14A, 14B geladen werden. Das heißt, beide Batteriepacks 14A, 14B versorgen das Hilfsleistungsmodul während des Ladevorgangs gleichzeitig mit Strom.
  • Daher versorgt mindestens eines der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom, während mindestens eines der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B geladen wird, unabhängig davon, ob sich die ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B im Hochspannungs- oder im Niederspannungsmodus befinden. Das heißt, bei bestimmten Ladevorgängen kann das erste Batteriepaket 14A das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen, während das zweite Batteriepaket 14B lädt, das zweite Batteriepaket 14B kann das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen, während das erste Batteriepaket 14A lädt, oder sowohl das erste als auch das zweite Batteriepaket 14A können das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen, während sowohl das erste als auch das zweite Batteriepaket 14A, 14B laden. Einfach ausgedrückt, ist die Steuerung 40 so konfiguriert, dass sie bestimmt, welches der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt, während mindestens eines der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B geladen wird.
  • Es werden verschiedene Informationen gesammelt, überwacht usw., um zu bestimmen, welcher der Batteriepacks 14A, 14B geladen wird, während mindestens einer der Batteriepacks 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt; einige davon werden im Folgenden erläutert. Je nachdem, ob sich die Batteriepacks 14A, 14B im Hochspannungsmodus (in der Reihenanordnung) oder im Niederspannungsmodus (in der Parallelanordnung) befinden, wird bestimmt, ob einer oder beide der Batteriepacks 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen, wie im Folgenden beschrieben.
  • Dem mindestens einen der ersten und zweiten Schützschalter S1, S2 wird signalisiert, sich während des Niederspannungsmodus zu öffnen, so dass sich das erste und zweite Batteriepaket 14A, 14B in der Parallelanordnung befinden, in der sowohl das erste als auch das zweite Batteriepaket 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen, während sowohl das erste als auch das zweite Batteriepaket 14A, 14B geladen werden. Daher versorgen beide Batteriepacks 14A, 14B gleichzeitig das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom, während sowohl das erste als auch das zweite Batteriepack 14A, 14B gleichzeitig geladen werden. Wie bereits erwähnt, kann der erste Schützschalter S1 offen sein, der zweite Schützschalter S2 kann offen sein, oder sowohl der erste als auch der zweite Schützschalter S1, S2 können in der Parallelanordnung offen sein. Der erste und der zweite Schützschalter S1, S2 werden während des Hochspannungsmodus zum Schließen signalisiert, so dass sich das erste und das zweite Batteriepaket 14A, 14B in der Reihenschaltung befinden, in der eines der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt und das andere der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B lädt. In dieser Konfiguration liefert einer der Batteriepacks 14A, 14B den Strom, während der andere der Batteriepacks 14A, 14B lädt. Daher führen die beiden Batteriepacks 14A, 14B in der Reihenschaltung nicht denselben Vorgang (d. h. Laden und Stromversorgung) zur gleichen Zeit aus.
  • Im Allgemeinen bestimmt das Steuergerät 40, wann die Ladung zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B übergeht, wenn sie sich in der Reihenschaltung befinden, und zusätzlich, wann die Stromversorgung übergeht, die zum Betrieb des Hilfsleistungsmoduls 34 geliefert wird. In bestimmten Konfigurationen bestimmt die Steuerung 40 beispielsweise, dass das erste Batteriepaket 14A geladen wird, während das zweite Batteriepaket 14B das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgt, wenn es sich in der Reihenschaltung befindet. Wenn das Steuergerät 40 feststellt, dass es Zeit für den Übergang ist, wird der Ladevorgang vom ersten Batteriepack 14A auf den zweiten Batteriepack 14B umgeschaltet und der vom zweiten Batteriepack 14B gelieferte Strom wird auf den ersten Batteriepack 14A umgeschaltet, um das Hilfsleistungsmodul 34 zu betreiben, wenn sich der erste und zweite Batteriepack 14A, 14B in der Reihenschaltung befinden. Der Übergang des Ladevorgangs erfolgt nicht, wenn sich das erste und das zweite Batteriepaket 14A, 14B in der Parallelanordnung befinden. Darüber hinaus erfolgt der Übergang der Stromversorgung nicht, wenn das erste und das zweite Batteriepaket 14A, 14B in der Parallelanordnung sind.
  • Die Steuerung 40 verwendet verschiedene Informationen, um zu bestimmen, wann der Übergang zwischen den Batteriepacks 14A, 14B in der Reihenschaltung erfolgen soll, und Beispiele für die Informationen und den Übergang werden im Folgenden erläutert.
  • Eine durchschnittliche Energiedifferenz (des ersten Batteriepacks 14A) wird (über die Steuerung 40) auf der Grundlage eines maximal nutzbaren Energiepegels des ersten Batteriepacks 14A und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepacks 14A ermittelt. Eine durchschnittliche Energiedifferenz (des zweiten Batteriepacks 14B) wird (über die Steuerung 40) auf der Grundlage eines maximal nutzbaren Energiepegels des zweiten Batteriepacks 14B und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepacks 14B bestimmt. Daher ist die Steuerung 40 so konfiguriert, dass sie den maximal nutzbaren Energiepegel des ersten und des zweiten Batteriepacks 14A, 14B und den verbleibenden Energiepegel bis zur vollständigen Aufladung des ersten und des zweiten Batteriepacks 14A, 14B bestimmt und diese Informationen verwendet, um die durchschnittliche Energiedifferenz jedes der Batteriepacks 14A, 14B zu bestimmen. Die durchschnittliche Energiedifferenz des ersten Batteriepacks 14A und die durchschnittliche Energiedifferenz des zweiten Batteriepacks 14B setzt voraus, dass der Ladezustand und die Spannung des ersten Batteriepacks 14A ähnlich oder gleich dem Ladezustand und der Spannung des zweiten Batteriepacks 14B ist.
  • Im Allgemeinen ist die Steuerung 40 so konfiguriert, dass sie eines der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B zur Stromversorgung des Hilfsleistungsmoduls 34 auf der Grundlage eines Vergleichs des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepakets 14A und des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepakets 14B auswählt. Daher wählt die Steuerung 40 einen der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B aus, um das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom zu versorgen, basierend auf einem Vergleich der durchschnittlichen Energiedifferenz des ersten Batteriepacks 14A und der durchschnittlichen Energiedifferenz des zweiten Batteriepacks 14B. Basierend auf der kleineren durchschnittlichen Energiedifferenz wird eines der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B ausgewählt (über die Steuerung 40), um das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom zu versorgen. Wenn beispielsweise die durchschnittliche Energiedifferenz des ersten Batteriepacks 14A geringer ist als die durchschnittliche Energiedifferenz des zweiten Batteriepacks 14B, wird der erste Batteriepack 14A zur Stromversorgung des Zubehörs ausgewählt, da die Zubehörlast die Laderate des ersten Batteriepacks 14A nicht so stark beeinflussen würde wie die des zweiten Batteriepacks 14B. Die durchschnittliche Energiedifferenz des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B kann verwendet werden, um zu bestimmen, welcher der Batteriepacks 14A, 14B die Zubehörlast für die Reihenschaltung unterstützt.
  • Wenn der verbleibende Energiestand bis zur vollständigen Aufladung des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B gleich oder gleich ist, sollte der Batteriepack 14A, 14B, der das Zubehör mit Strom versorgt, auf den anderen Batteriepack 14A, 14B umgeschaltet werden, und dann mit einer schnelleren Rate hin- und hergeschaltet werden, um sicherzustellen, dass die Ladegeschwindigkeit ausgeglichen bleibt. Im Allgemeinen sollten in dieser Situation die Batteriepacks 14A, 14B unter Verwendung der Berechnung der verbleibenden Ladezeit geteilt durch zwei hin- und hergeschaltet werden, um sicherzustellen, dass die Laderaten ausgeglichen bleiben. Diese Berechnung geht auch davon aus, dass der Ladezustand und die Spannung des ersten Batteriepacks 14A ähnlich oder gleich dem Ladezustand und der Spannung des zweiten Batteriepacks 14B ist.
  • Wenn beispielsweise der erste und der zweite Schützschalter S1, S2 geschlossen sind, kann der erste Batteriepack 14A im Hochspannungsmodus geladen werden und der zweite Batteriepack 14B kann im Hochspannungsmodus das Hilfsleistungsmodul 34 mit Strom versorgen. In bestimmten Konfigurationen wird die Ladung vom ersten Batteriepack 14A auf den zweiten Batteriepack 14B übertragen und die vom zweiten Batteriepack 14B gelieferte Leistung wird auf den ersten Batteriepack 14A übertragen, um das Hilfsleistungsmodul 34 zu betreiben, wenn es sich im Hochspannungsmodus befindet, basierend auf der durchschnittlichen Energiedifferenz, die aus dem maximal nutzbaren Energieniveau und dem verbleibenden Energieniveau bis zum vollständigen Laden des ersten Batteriepacks 14A gebildet wird, und der durchschnittlichen Energiedifferenz, die aus dem maximal nutzbaren Energieniveau und dem verbleibenden Energieniveau bis zum vollständigen Laden des zweiten Batteriepacks 14B gebildet wird.
  • Die Steuerung 40 kann verschiedene Parameter überwachen, um zu bestimmen, wann der Übergang zwischen den Batteriepacks 14A, 14B erfolgen soll. So kann die durchschnittliche Energiedifferenz (über die Steuerung 40) auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zum vollständigen Aufladen des ersten Batteriepacks 14A überwacht werden, und die durchschnittliche Energiedifferenz kann (über die Steuerung 40) auf der Grundlage des maximal nutzbaren Energiepegels und des verbleibenden Energiepegels bis zum vollständigen Aufladen des zweiten Batteriepacks 14B überwacht werden, um zu bestimmen, ob die an das Hilfsleistungsmodul 34 gelieferte Leistung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B zu dem anderen der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B übergehen soll. Zusätzlich kann eine verbleibende Zeit zum Aufladen des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B (über die Steuerung 40) überwacht werden, um zu bestimmen, ob der an das Hilfsleistungsmodul 34 gelieferte Strom von einem der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B auf das andere der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B übertragen werden soll. Darüber hinaus können ein Ladezustand des ersten Batteriepakets 14A und ein Ladezustand des zweiten Batteriepakets 14B (über die Steuerung 40) überwacht werden, um zu bestimmen, ob der an das Hilfsleistungsmodul 34 gelieferte Strom von einem der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B auf das andere der ersten und zweiten Batteriepakete 14A, 14B übergehen soll.
  • Im Allgemeinen wird der Ladevorgang von einem der Batteriepacks 14A, 14B auf den anderen der Batteriepacks 14A, 14B übertragen, um die Batteriepacks 14A, 14B vollständig zu laden, und dementsprechend wird der Strom für den Betrieb des Hilfsleistungsmoduls 34 auf den anderen der Batteriepacks 14A, 14B übertragen. Die Steuerung 40 ist so konfiguriert, dass sie das Laden und die Stromversorgung zwischen den Batteriepacks 14A, 14B umschaltet. Daher wird beispielsweise die Ladung vom ersten Batteriepack 14A auf das zweite Batteriepack 14B und die Stromversorgung des Hilfsleistungsmoduls 34 vom zweiten Batteriepack 14B auf das erste Batteriepack 14A umgeschaltet, wenn es sich im Hochspannungsmodus befindet.
  • Während dieses Übergangs zeigt das Ladezustandsdiagramm, wie in 4 am besten durch die ausgerichteten Graphen dargestellt, dass sich der Ladezustand des ersten und des zweiten Batteriepacks 14A, 14B zur gleichen Zeit abflacht, in der der zum Laden eines der Batteriepacks 14A, 14B gelieferte Strom gemäß dem Stationsstromdiagramm reduziert wird. Daher signalisiert die Steuerung 40 der externen DCFC-Station 18, den Strom zu reduzieren, der dem Batteriepaket 14A, 14B zugeführt wird, das gemäß der Stationsstromkurve geladen wird. Die y-Achse des Ladezustandsdiagramms kann einen Prozentsatz des Ladezustands der Batterie 14A, 14B darstellen, und die x-Achse des Ladezustandsdiagramms kann die Zeit darstellen. Zusätzlich kann die y-Achse des Stationsstromdiagramms den Strom und die x-Achse des Stationsstromdiagramms die Zeit darstellen.
  • In einem Beispiel wird, wenn das zweite Batteriepaket 14B geladen wird, dem zweiten Batteriepaket 14B eine Verringerung der Stromstärke während des Leistungsübergangs zwischen dem ersten und zweiten Batteriepaket 14A, 14B signalisiert. In einem anderen Beispiel wird, wenn das erste Batteriepaket 14A geladen wird, dem ersten Batteriepaket 14A eine Verringerung der Stromstärke während des Leistungsübergangs zwischen dem ersten und zweiten Batteriepaket 14A, 14B signalisiert. In 4, bezogen auf das Stationsstromdiagramm, wird beispielsweise das erste Batteriepaket 14A zunächst ausgewählt, um das Zubehör mit Strom zu versorgen, und versorgt somit das Hilfsleistungsmodul 34, und das zweite Batteriepaket 14B wird zu diesem Zeitpunkt geladen. Wenn der Übergang in 4 auftritt, wird der Strom zum zweiten Batteriepack 14B reduziert, um den Ladevorgang auf den ersten Batteriepack 14A zu übertragen, und der Strom zur Versorgung des Zubehörs wird reduziert, um die Stromversorgung des Zubehörs vom ersten Batteriepack 14A auf den zweiten Batteriepack 14B zu übertragen. Betrachtet man nun das Ladezustandsdiagramm in 4, so ist der Ladezustand des zweiten Batteriepacks 14B größer als der Ladezustand des ersten Batteriepacks 14A, aber die Ladezustände der einzelnen Batteriepacks 14A, 14B gleichen sich während dieser Übergangszeit an. Sobald der Übergang abgeschlossen ist, wie in der Stationsladung von 4 gezeigt, wird das erste Batteriepaket 14A geladen, während das zweite Batteriepaket 14B das Zubehör, d. h. das Hilfsleistungsmodul 34, mit Strom versorgt. Die Verringerung der Stromstärke, die in der Stationsstromkurve auftritt, kann ein Stationsmindeststrom und eine Marge sein (als ein nicht einschränkendes Beispiel fällt der Strom auf 10 Ampere ), um eine Unterbrechung der Ladesitzung der Off-Board-DCFC-Station 18 zu vermeiden. Durch die Reduzierung des Stroms während des Übergangs zwischen den Batteriepaketen 14A, 14B wird eine Fehlertoleranz gegenüber dem Niederspannungs- oder 12-V-Zubehörgeschaffen. Daher schützt die Reduzierung des Stroms während des Übergangs das Niederspannungs- oder 12-V-Zubehör und verhindert auch eine Unterbrechung der Stromversorgung für einen oder mehrere der Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2. Es ist zu verstehen, dass der Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B bei vollem Strom erfolgen kann (d. h. kein Abfall des Stroms auf das Stationsminimum), wenn ein hohes Vertrauen in das Niederspannungs- oder 12-V-Zubehör besteht.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das die Methode 100 der Verwendung des Batteriesystems 12 beschreibt. Die Steuerung 40 überwacht, sammelt Daten, trifft Entscheidungen, öffnet/schließt verschiedene Schalter SA1, SA2, SA3, PCA, SB1, SB2, SB3, PCB, S1, S2, OB1, OB2 in Abhängigkeit vom gewünschten Antriebsmodus und/oder Lademodus. Bezug nehmend auf 5 beginnt das Verfahren 100 damit, dass die Steuerung 40 den Ladevorgang in Block 102 startet. Während dieses Verfahrens 100 kann der Ladevorgang mit beiden, dem ersten und dem zweiten Batteriepack 14A, 14B, in der parallelen Anordnung erfolgen oder der Ladevorgang kann mit jeweils einem Batteriepack 14A, 14B in der Serienanordnung erfolgen. Außerdem kann der Ladevorgang an einem bestimmten Punkt des Verfahrens 100 von der Reihenanordnung auf die Parallelanordnung umgeschaltet werden, wie weiter unten beschrieben. Im Allgemeinen beginnt das Verfahren 100 von 5 in Block 102 mit den Batteriepaketen 14A, 14B in der Reihenanordnung.
  • In Block 104 kann die durchschnittliche Energiedifferenz verwendet werden, um zu bestimmen, welches der Batteriepakete 14A, 14B das Zubehör mit Strom versorgen wird. Insbesondere in Block 104 vergleicht die Steuerung 40 die durchschnittliche Energiedifferenz (die durch Subtraktion des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Ladung von der maximal nutzbaren Energie bestimmt werden kann) des ersten Batteriepacks 14A und die durchschnittliche Energiedifferenz (die durch Subtraktion des verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Ladung von der maximal nutzbaren Energie bestimmt werden kann) des zweiten Batteriepacks 14B. In Fortsetzung von Block 104 wird das Zubehör über die Steuerung 40 aus dem Batteriepack 14A, 14B mit der höheren durchschnittlichen Energiedifferenz (d. h. dem Batteriepack 14A, 14B, das mehr Ladung benötigt) gespeist.
  • Als Nächstes, in Block 106, schaltet die Steuerung 40 das Batteriepaket 14A, 14B mit der niedrigeren durchschnittlichen Energiedifferenz (d. h. der geringsten Energiedifferenz) ein, um das Zubehör mit einer Spannung von 300V-500V zu versorgen. In Block 108 sammelt und/oder bestimmt die Steuerung 40 die Differenz der Spannung, die Differenz des Ladezustands und die verstrichene Zeit des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B und verwendet diese Daten, um zu bestimmen, ob das Zubehör auf das andere Batteriepack 14A, 14B umgeschaltet oder umgeschaltet werden soll.
  • Der Strom in der Parallelanordnung und der Strom in der Reihenanordnung werden (über die Steuerung 40) in Block 110 verglichen. Abhängig von den Ergebnissen des Vergleichs in Block 110 wird das Verfahren 100 mit den Batteriepaketen 14A, 14B in der Reihenanordnung fortgesetzt oder zu den Batteriepaketen 14A, 14B in der Parallelanordnung umgeschaltet, um den Ladevorgang abzuschließen.
  • In Block 112 wird der Ladevorgang des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B in der Parallelanordnung abgeschlossen, wenn der Strom in der Parallelanordnung größer ist als der Strom in der Reihenanordnung. Daher schalten die Batteriepacks 14A, 14B in Block 112 von der Reihenanordnung in die Parallelanordnung um.
  • Wie bereits erwähnt, wird in Block 110 der Strom in der Parallelanordnung mit dem Strom in der Reihenanordnung verglichen (über die Steuerung 40). Wenn der Strom in der Parallelanordnung geringer ist als der Strom in der Reihenanordnung, dann fahren die Batteriepakete 14A, 14B in der Reihenanordnung bis Block 114 fort. Im Allgemeinen kann in bestimmten Konfigurationen die Ladung von einem der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B unterbrochen werden und dann beginnt der andere der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B mit der Ladung (über die Steuerung 40), wenn der Strom in der Parallelanordnung geringer ist als der Strom in der Reihenanordnung. Mit anderen Worten, die Steuerung 40 ist so konfiguriert, dass sie den Ladevorgang eines der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B unterbricht, wenn der Strom in der parallelen Anordnung geringer ist als der Strom in der seriellen Anordnung, und dann das andere der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B zum Laden auswählt, während er auch den an das Hilfsleistungsmodul 34 gelieferten Strom an das andere der ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B weiterleitet.
  • Wenn der Strom in der Reihenschaltung kleiner ist als der Strom in der Parallelschaltung, dann kann die Steuerung 40 in Block 114 zusätzliche Informationen berücksichtigen. In Block 114 sammelt und/oder ermittelt die Steuerung 40 die Differenz der Spannung, die Differenz des Ladezustands, die durchschnittliche Energiedifferenz und vergleicht die Istwerte mit theoretischen Daten. Im weiteren Verlauf von Block 114 wird die ermittelte Spannungsdifferenz mit der theoretischen Spannungsdifferenz verglichen, die ermittelte Ladezustandsdifferenz wird mit dem theoretischen Ladezustand verglichen, und die ermittelte durchschnittliche Energiedifferenz wird mit der theoretischen Energiedifferenz jedes der Batteriepakete 14A, 14B verglichen. Weiter mit Block 114, wenn die theoretischen Daten größer sind als die tatsächlichen Daten, dann kehrt das Verfahren 100 zu Block 108 zurück.
  • Wenn die ermittelte Spannungsdifferenz größer als die theoretische Spannungsdifferenz ist, die ermittelte Differenz des Ladezustands größer als der theoretische Ladezustand ist und die ermittelte durchschnittliche Energiedifferenz größer oder gleich der theoretischen Energiedifferenz jedes der Batteriepacks 14A, 14B ist, dann fährt das Verfahren 100 mit Block 116 fort. In Block 116 wird der Batteriepack 14A, 14B, der das Zubehör mit Strom versorgt, über die Steuerung 40 getrennt.
  • In Block 118 bestätigt die Steuerung 40, dass das Batteriepaket 14A, 14B in Block 116 getrennt wurde. Wenn das Batteriepaket 14A, 14B nicht getrennt wurde, kehrt das Verfahren 100 zu Block 116 zurück, um das Batteriepaket 14A, 14B zu trennen. Sobald die Steuerung 40 bestätigt, dass das gewünschte Batteriepaket 14A, 14B abgeklemmt wurde, fährt das Verfahren 100 mit Block 120 fort. In Block 120 beginnt das andere des ersten und zweiten Batteriepacks 14A, 14B mit der Stromversorgung des Zubehörs, d. h. des Hilfsleistungsmoduls 34. Das Verfahren 100 kehrt dann zu Block 108 zurück, um verschiedene Blöcke zu wiederholen, bis jedes der Batteriepakete 14A, 14B vollständig geladen ist.
  • Es ist zu beachten, dass die Reihenfolge oder Sequenz der Durchführung des Verfahrens 100, wie im Flussdiagramm von 5 identifiziert, zu illustrativen Zwecken dient und andere Reihenfolgen oder Sequenzen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre fallen. Es ist auch zu verstehen, dass das Verfahren 100 andere Merkmale enthalten kann, die nicht speziell im Flussdiagramm von 5 identifiziert sind.
  • Während die besten Modi und andere Konfigurationen zur Ausführung der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit dem Stand der Technik, auf den sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Designs und Konfigurationen zur Durchführung der Offenbarung im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen dargestellten Konfigurationen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Merkmale verschiedener Konfigurationen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Konfigurationen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Konfigurationsbeispiele beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Konfigurationen kombiniert werden kann, was zu anderen Konfigurationen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche anderen Konfigurationen in den Rahmen des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verwendung eines Batteriesystems, das positive und negative Gleichstrom-(DC)-Spannungs-Busschienen, erste und zweite Batteriepacks, die mit den positiven und negativen DC-Busschienen verbunden sind, ein Hilfsleistungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es Hilfslasten unterstützt, einen ersten Schützschalter, der zwischen die ersten und zweiten Batteriepacks geschaltet ist, und einen zweiten Schützschalter in Reihe mit dem ersten Schützschalter zwischen den ersten und zweiten Batteriepacks umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, über eine Steuerung, ob der erste und der zweite Schützschalter geöffnet oder geschlossen werden sollen, je nachdem, ob der erste und der zweite Batteriepack in einem Hochspannungs- oder in einem Niederspannungsmodus geladen werden; wobei der erste und der zweite Schützschalter beide geschlossen sind, wenn sie sich im Hochspannungsmodus befinden, der den ersten und den zweiten Batteriepack in einer Reihenschaltung elektrisch verbindet; wobei mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter geöffnet ist, wenn er sich im Niederspannungsmodus befindet, der den ersten und zweiten Batteriepack in einer Parallelanordnung elektrisch verbindet; und Betreiben mindestens eines der ersten und zweiten Batteriepacks, um das Hilfsleistungsmodul mit Strom zu versorgen, während mindestens eines der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird, unabhängig davon, ob sich die ersten und zweiten Batteriepacks im Hochspannungsmodus oder im Niederspannungsmodus befinden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend: Bestimmen einer durchschnittlichen Energiedifferenz auf der Basis eines maximal nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des ersten Batteriepacks, und Bestimmen einer durchschnittlichen Energiedifferenz auf der Basis eines maximal nutzbaren Energiepegels und eines verbleibenden Energiepegels bis zur vollständigen Aufladung des zweiten Batteriepacks; und Auswählen eines der ersten und zweiten Batteriepacks zur Stromversorgung des Hilfsleistungsmoduls basierend auf der kleineren durchschnittlichen Energiedifferenz.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend das Umschalten des Ladevorgangs vom ersten Batteriepack auf den zweiten Batteriepack und das Umschalten der vom zweiten Batteriepack gelieferten Energie auf den ersten Batteriepack, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben im Hochspannungsmodus.
  4. Verfahren nach Anspruch 3 ferner umfassend das Signalisieren einer Verringerung der Stromstärke an den zweiten Batteriepack während des Leistungsübergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend: Vergleichen der Stromstärke in der Parallelanordnung und der Stromstärke in der Reihenanordnung; und der Ladevorgang des ersten und zweiten Batteriepacks wird in der Parallelschaltung abgeschlossen, wenn der Strom in der Parallelschaltung größer ist als der Strom in der Reihenschaltung.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend: Vergleichen der Stromstärke in der Parallelanordnung und der Stromstärke in der Reihenanordnung; und Unterbrechung des Ladevorgangs eines der ersten und zweiten Batteriepacks und anschließende Ladung des anderen der ersten und zweiten Batteriepacks, wenn der Strom in der Parallelanordnung kleiner ist als der Strom in der Reihenanordnung.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend mindestens einem von dem ersten und zweiten Schützschalter signalisieren, dass er während des Niederspannungsmodus öffnet, so dass sich der erste und der zweite Batteriepack in der Parallelanordnung befinden, in der sowohl der erste als auch der zweite Batteriepack das Hilfsleistungsmodul mit Strom versorgen, während sowohl der erste als auch der zweite Batteriepack geladen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend dem ersten und dem zweiten Schützschalter signalisieren, dass sie während des Hochspannungsmodus schließen, so dass sich der erste und der zweite Batteriepack in der Reihenschaltung befinden, in der einer der ersten und zweiten Batteriepacks die Energie für das Hilfsleistungsmodul bereitstellt und der andere der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1: ferner umfassend das Umschalten des Ladevorgangs vom ersten Batteriepack auf den zweiten Batteriepack und das Umschalten der vom zweiten Batteriepack gelieferten Leistung auf den ersten Batteriepack, um das Hilfsleistungsmodul zu betreiben, wenn sich der erste und der zweite Batteriepack in der Reihenanordnung befinden, und wobei der Übergang des Ladevorgangs nicht stattfindet, wenn sich der erste und der zweite Batteriepack in der Parallelanordnung befinden.
  10. Batteriesystem, umfassend: positive und negative Gleichstrom-(DC)-Spannungs-Busschienen; erste und zweite Batteriepakete, die jeweils an die positive und negative Gleichstrom-(DC)-Spannungs-Busschienen angeschlossen sind; ein Hilfsleistungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es Hilfslasten unterstützt, und das Hilfsleistungsmodul steht in elektrischer Verbindung mit mindestens einem der ersten und zweiten Batteriepacks; einen ersten Schützschalter, der zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack angeschlossen ist; einen zweiten Schützschalter in Reihe mit dem ersten Schützschalter zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack; eine Steuerung, die mit dem ersten und dem zweiten Schützschalter kommuniziert, um den ersten und den zweiten Schützschalter selektiv zu öffnen und zu schließen, je nachdem, ob sich der erste und der zweite Batteriepack in einem Hochspannungs- oder in einem Niederspannungsmodus befinden, wobei im Hochspannungsmodus, der den ersten und den zweiten Batteriepack in einer Reihenschaltung elektrisch verbindet, der erste und der zweite Schützschalter beide geschlossen sind; wobei im Niederspannungsmodus, der den ersten und zweiten Batteriepack in einer Parallelanordnung elektrisch verbindet, mindestens einer der ersten und zweiten Schützschalter geöffnet ist; und wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, welcher der ersten und zweiten Batteriepacks in Betrieb ist, um das Hilfsleistungsmodul mit Strom zu versorgen, während mindestens einer der ersten und zweiten Batteriepacks geladen wird, unabhängig davon, ob sich die ersten und zweiten Batteriepacks im Hochspannungsmodus oder im Niederspannungsmodus befinden.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110474395A (zh) * 2019-08-27 2019-11-19 常州格力博有限公司 电力系统
US11708008B2 (en) * 2020-09-29 2023-07-25 GM Global Technology Operations LLC Electric powertrain with multi-pack battery system and mutually-exclusive 3-way contactor
US20220289045A1 (en) * 2021-03-10 2022-09-15 Techtronic Cordless Gp Lawnmowers
US11872906B2 (en) * 2021-05-06 2024-01-16 GM Global Technology Operations LLC Operator-selected operation of electric propulsion system having reconfigurable series/parallel voltage source
US11285831B1 (en) * 2021-05-14 2022-03-29 WattEV, Inc. Matrix switches for optimizing resource utilization in large-scale charging stations with distributed energy resources
US11703535B2 (en) 2021-06-25 2023-07-18 Rolls-Royce Corporation Insulation and fault monitoring for enhanced fault detection
US11703536B2 (en) * 2021-06-25 2023-07-18 Rolls-Royce Corporation Insulation and fault monitoring for enhanced fault detection

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225761A (en) * 1992-01-15 1993-07-06 Wells Marine Technology, Inc. Battery management system
JP3890168B2 (ja) * 1999-08-03 2007-03-07 株式会社東京アールアンドデー 電動装置及びその電池ユニットの充放電方法
JP2004364446A (ja) * 2003-06-06 2004-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd バックアップ電池の充放電制御装置
US9579961B2 (en) * 2007-09-24 2017-02-28 Scott C Harris Hybrid vehicle with modular battery system
JP5187406B2 (ja) * 2011-03-31 2013-04-24 株式会社豊田自動織機 補機バッテリ充電装置
KR101254867B1 (ko) * 2011-05-18 2013-04-15 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
US10770908B2 (en) 2017-10-29 2020-09-08 Rivian Ip Holdings, Llc Configurable battery pack for series and parallel charging using switching
US10500980B2 (en) 2018-03-14 2019-12-10 GM Global Technology Operations LLC Modular battery pack system with series and parallel charging and propulsion modes

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