DE102022000676A1 - Energy storage device for an electrically powered vehicle - Google Patents
Energy storage device for an electrically powered vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022000676A1 DE102022000676A1 DE102022000676.6A DE102022000676A DE102022000676A1 DE 102022000676 A1 DE102022000676 A1 DE 102022000676A1 DE 102022000676 A DE102022000676 A DE 102022000676A DE 102022000676 A1 DE102022000676 A1 DE 102022000676A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor switching
- energy storage
- storage device
- energy
- energy store
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
- H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/547—Voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
- H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
- H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung (1) für ein Fahrzeug (2), mit- einem ersten und einem zweiten Energiespeicher (3, 4) zum Speichern von elektrischer Energie;- einem elektrischen Anschluss (5) zum Laden der Energiespeicher (3, 4) und/oder zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers; und- einer Halbleiterschalteinrichtung (6), die mehrere Halbleiterschaltelemente (S3, S4, S5) aufweist, und mittels welcher die Energiespeicher (3, 4) wahlweise zueinander in Serie oder parallel schaltbar sind; aufweisend:- ein fünftes Halbleiterschaltelement (S5) der Halbleiterschalteinrichtung (6) mit einem Pluspol des ersten Energiespeichern (3) und einem Minuspol des zweiten Energiespeichers (4) elektrisch gekoppelt ist,- mit dem fünften Halbleiterschaltelement (S5) die Energiespeicher (3, 4) unabhängig von den weiteren Halbleiterschaltelementen (S3, S4) der Halbleiterschalteinrichtung (6) in Serie schaltbar sind, und- das fünfte Halbleiterschaltelement (S5) eine Body-Diode (D5) aufweist, welche in Sperrrichtung von dem Pluspol des ersten Energiespeichers (3) zum Minuspol des zweiten Energiespeichers (4) angeordnet ist.The invention relates to an energy storage device (1) for a vehicle (2), having a first and a second energy storage (3, 4) for storing electrical energy; - an electrical connection (5) for charging the energy storage (3, 4) and/or to operate an electrical consumer; and- a semiconductor switching device (6) which has a plurality of semiconductor switching elements (S3, S4, S5) and by means of which the energy stores (3, 4) can be connected either in series or in parallel with one another; comprising:- a fifth semiconductor switching element (S5) of the semiconductor switching device (6) is electrically coupled to a positive pole of the first energy store (3) and a negative pole of the second energy store (4),- to the fifth semiconductor switching element (S5) the energy stores (3, 4 ) can be connected in series independently of the other semiconductor switching elements (S3, S4) of the semiconductor switching device (6), and- the fifth semiconductor switching element (S5) has a body diode (D5) which is connected in the reverse direction to the positive pole of the first energy store (3) is arranged to the negative pole of the second energy store (4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Energiespeichereinrichtung einen ersten und einen zweiten Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie aufweist. Des Weiteren weist die Energiespeichereinrichtung einen elektrischen Anschluss zum Laden der Energiespeicher und/oder zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers auf. Ebenso weist die Energiespeichereinrichtung eine Halbleiterschalteinrichtung auf, die mehrere Halbleiterschaltelemente aufweist, und mittels welcher die Energiespeicher wahlweise zueinander in Serie oder parallel schaltbar sind.The invention relates to an energy storage device for a vehicle, the energy storage device having a first and a second energy storage device for storing electrical energy. Furthermore, the energy storage device has an electrical connection for charging the energy storage device and/or for operating an electrical consumer. The energy storage device also has a semiconductor switching device, which has a plurality of semiconductor switching elements and by means of which the energy storage devices can be connected either in series or in parallel with one another.
Beispielsweise weisen elektrisch betriebene Fahrzeuge eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, auf, mit welcher ein Bordnetz des elektrisch betriebenen Fahrzeugs elektrisch versorgt werden kann. Des Weiteren dient die Fahrzeugbatterie zur Versorgung eines elektrischen Antriebaggregats des elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Hierzu kann beispielsweise die Fahrzeugbatterie eine Spannungslage von 400 Volt oder 800 Volt aufweisen.For example, electrically operated vehicles have a vehicle battery, in particular a high-voltage battery, with which an on-board network of the electrically operated vehicle can be supplied with electricity. Furthermore, the vehicle battery is used to supply an electric drive unit of the electrically operated vehicle. For this purpose, for example, the vehicle battery can have a voltage of 400 volts or 800 volts.
Um die Fahrzeugbatterie an verschiedenen elektrischen Ladesäulen laden zu können und in den verschiedensten Typen beziehungsweise Arten von Elektrofahrzeugen zu verwenden, kann die Fahrzeugbatterie als Umschaltbatterie konzipiert werden. Durch die Verwendung einer Umschaltbatterie können an einem elektrischen Anschluss der Umschaltbatterie je nach Anforderung und/oder Situation verschiedene Spannungslagen anliegen. Beispielsweise kann mit Hilfe der Umschaltbatterie entweder 400 Volt oder 800 Volt bereitgestellt werden. Beispielsweise kann im Elektrofahrzeug mit einem 800 Volt-Bordnetz eine 400-Volt-Abwärtskompatibilität durch das Verwenden einer Umschaltbatterie sichergestellt werden. Hierbei wird eine Schaltmatrix verwendet, um zwischen 400 Volt und 800 Volt variieren zu können.In order to be able to charge the vehicle battery at different electric charging stations and to use it in a wide variety of types or types of electric vehicles, the vehicle battery can be designed as a switchover battery. Due to the use of a changeover battery, different voltage levels can be present at an electrical connection of the changeover battery, depending on the requirement and/or the situation. For example, either 400 volts or 800 volts can be provided using the switchover battery. For example, in an electric vehicle with an 800-volt vehicle electrical system, 400-volt downward compatibility can be ensured by using a switchover battery. A switching matrix is used here in order to be able to vary between 400 volts and 800 volts.
In Umschaltbatterien werden üblicherweise Schütze verwendet, welche sehr bauraum- und gewichtsintensiv sind, besonders wenn hohe Batterieleistungen gefordert sind, wie z.B. bei Premium- oder Sportfahrzeugen mit hoher Antriebsleistung oder „High Performance Charging“.Contactors are usually used in changeover batteries, which require a lot of space and weight, especially when high battery performance is required, e.g. in premium or sports vehicles with high drive power or "high performance charging".
Beispielsweise ist aus der
Des Weiteren ist aus der
Ein Nachteil bei der Verwendung von Umschaltbatterien im Stand der Technik ist, dass diese einen hohen Bauraumbedarf und ein hohes Gewicht aufweisen.A disadvantage of using switching batteries in the prior art is that they require a lot of installation space and are heavy.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Energiespeichereinrichtung, insbesondere eine Umschaltbatterie, kompakter und fehlerunanfälliger für den Einsatz in Fahrzeugen zu schaffen.One object of the present invention is to create an energy storage device, in particular a changeover battery, that is more compact and less prone to errors for use in vehicles.
Diese Aufgabe wird durch eine Energiespeichereinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by an energy storage device according to
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung für ein Fahrzeug, mit
- - einem ersten und einem zweiten Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie;
- - einem elektrischen Anschluss zum Laden der Energiespeicher und/oder zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers; und
- - einer Halbleiterschalteinrichtung, die mehrere Halbleiterschaltelemente aufweist, und mittels welcher die Energiespeicher wahlweise zueinander in Serie oder parallel schaltbar sind; aufweisend;
- - ein fünftes Halbleiterschaltelement der Halbleiterschalteinrichtung mit einem Pluspol des ersten Energiespeichers und einem Minuspol des zweiten Energiespeichers elektrisch gekoppelt ist,
- - mit dem fünften Halbleiterschaltelement die Energiespeicher unabhängig von den weiteren Halbleiterschaltelementen der Halbleiterschalteinrichtung in Serie schaltbar sind, und
- - das fünfte Halbleiterschaltelement eine Body-Diode aufweist, welche in Sperrrichtung von dem Pluspol des ersten Energiespeichers zum Minuspol des zweiten Energiespeichers angeordnet ist.
- - A first and a second energy store for storing electrical energy;
- - An electrical connection for charging the energy storage device and/or for operating an electrical consumer; and
- - A semiconductor switching device, which has a plurality of semiconductor switching elements, and by means of which the energy storage devices can be connected either in series or in parallel with one another; having;
- - a fifth semiconductor switching element of the semiconductor switching device is electrically coupled to a positive pole of the first energy store and a negative pole of the second energy store,
- - With the fifth semiconductor switching element, the energy stores can be connected in series independently of the other semiconductor switching elements of the semiconductor switching device, and
- - The fifth semiconductor switching element has a body diode, which is arranged in the reverse direction from the positive pole of the first energy store to the negative pole of the second energy store.
Durch die vorgeschlagene Energiespeichereinrichtung kann eine Umschaltbatterie für ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, geschaffen werden, welche einen geringeren Bauraumbedarf aufweist und im Vergleich zu den mechanischen Schaltelementen, insbesondere Schütze, weniger fehleranfällig ist. Somit kann mithilfe der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung eine robuste, effiziente und verbesserte Umschaltbatterie für elektrisch betriebene Fahrzeuge bereitgestellt beziehungsweise geschaffen werden. Dies wird dadurch erreicht, indem der jeweilige Betrieb beziehungsweise Betriebsmodus der Energiespeichereinrichtung durch Halbleiterelemente anstatt mechanischen Schaltelemente erfolgt. Zur zusätzlichen Sicherheit beziehungsweise Absicherung weisen die Halbleiterelemente beziehungsweise Halbleiterschaltelemente Body-Dioden auf, mittels welcher keine ungewollten Ströme und/oder Kurzschlüsse entstehen können.The proposed energy storage device can be used to create a changeover battery for a vehicle, in particular an electrically operated vehicle, which requires less installation space and is less prone to errors than the mechanical switching elements, in particular contactors. So can with Using the energy storage device according to the invention, a robust, efficient and improved switching battery for electrically operated vehicles can be provided or created. This is achieved in that the respective operation or operating mode of the energy storage device takes place using semiconductor elements instead of mechanical switching elements. For additional security or protection, the semiconductor elements or semiconductor switching elements have body diodes, by means of which no unwanted currents and/or short circuits can occur.
Die Energiespeichereinrichtung, welche als Umschaltbatterie ausgebildet sein kann, kann dem zumindest ersten und zweiten elektrischen Energiespeicher oder mehrere Teilenergiespeicher aufweisen. Beispielsweise kann der erste und zweite als Teilbatterie oder Batteriemodul bezeichnet werden. Insbesondere sind die beiden Energiespeicher Bestandteil der als Umschaltbatterie ausgebildeten Energiespeichereinrichtung. Somit kann die Energiespeichereinrichtung beispielsweise als Hochvoltbatterie beziehungsweise Fahrzeugbatterie in einem Elektrofahrzeug verwendet werden.The energy storage device, which can be embodied as a switching battery, can have the at least first and second electrical energy storage device or a plurality of partial energy storage devices. For example, the first and second may be referred to as a sub-battery or a battery module. In particular, the two energy storage devices are part of the energy storage device designed as a switching battery. The energy storage device can thus be used, for example, as a high-voltage battery or vehicle battery in an electric vehicle.
Mithilfe der Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise eine Gleichspannung bereitgestellt werden, mit welcher ein elektrisches Bordnetz des Fahrzeuges und/oder ein elektrisches Antriebsaggregat des Fahrzeuges elektrisch versorgt werden kann.With the help of the energy storage device, a DC voltage can be provided, for example, with which an on-board electrical system of the vehicle and/or an electric drive unit of the vehicle can be supplied with electricity.
Hierfür weist die Energiespeichereinrichtung den elektrischen Anschluss auf. Dieser kann wahlweise als Ladeanschluss oder als Versorgungsanschluss verwendet werden. Somit kann mithilfe dieses elektrischen Anschlusses entweder die Energiespeichereinrichtung geladen werden oder es können elektrische Verbraucher, wie beispielsweise das elektrische Bordnetz und/oder das elektrische Antriebsaggregat, mit elektrischer Energie versorgt werden.The energy storage device has the electrical connection for this purpose. This can be used either as a charging connection or as a supply connection. Thus, with the help of this electrical connection, either the energy storage device can be charged or electrical loads, such as the on-board electrical system and/or the electrical drive unit, can be supplied with electrical energy.
Insbesondere kann die Energiespeichereinrichtung für ein 800 Volt-Fahrzeug eingesetzt werden, um dieses 800 Volt-Fahrzeug auch an einer 400 Volt-Ladesäule laden zu können. Dies kann durch die zueinander schaltbaren Energiespeicher mittels der Halbleiterschalteinrichtung erfolgen. Die Halbleiterschalteinrichtung kann beispielsweise als Schalteinrichtung bezeichnet werden. Mit dieser Halbleiterschalteinrichtung kann die Energiespeichereinrichtung, wie bereits oben geschildert, in verschiedene Modi versetzt werden. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn es sich bei dem Fahrzeug um ein 400 Volt-Fahrzeug handelt. Hierbei kann nach Steuerung der Halbleiterschalteinrichtung auch ein 400 Volt-Fahrzeug an einer 800 Volt-Ladesäule geladen werden. Somit kann die Energiespeichereinrichtung universell in den verschiedensten elektrisch betriebenen Fahrzeugen verwendet werden.In particular, the energy storage device can be used for an 800 volt vehicle in order to also be able to charge this 800 volt vehicle at a 400 volt charging station. This can be done by the mutually switchable energy stores by means of the semiconductor switching device. The semiconductor switching device can be referred to as a switching device, for example. As already described above, the energy storage device can be switched to different modes with this semiconductor switching device. This would be the case, for example, if the vehicle is a 400 volt vehicle. After controlling the semiconductor switching device, a 400 volt vehicle can also be charged at an 800 volt charging station. The energy storage device can thus be used universally in a wide variety of electrically operated vehicles.
Beispielsweise kann das Fahrzeug die Energiespeichereinrichtung aufweisen.For example, the vehicle can have the energy storage device.
Eine Batterie, insbesondere ein elektrischer Energiespeicher, im Sinne der Erfindung umfasst zumindest eine und insbesondere mehrere elektrisch leitend miteinander verschaltete Batteriezellen, wobei eine solche Batteriezelle bevorzugt eine Spannung im Bereich von 3,5 und 4,0 Volt bereitstellt. Dabei kann eine solche Batteriezelle beispielsweise als eine prismatische Zelle, eine Pouchzelle oder eine Rundzelle ausgebildet sein. Die Batterie ist bevorzugt als eine sogenannte Hochvolt-Batterie ausgestaltet, die dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere im Bereich von mehreren 100 Volt, bereitzustellen. Eine solche Hochvolt-Batterie kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, wo sie einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor, mit elektrischer Energie versorgen kann.A battery, in particular an electrical energy store, according to the invention comprises at least one and in particular a plurality of battery cells which are electrically conductively connected to one another, such a battery cell preferably providing a voltage in the range of 3.5 and 4.0 volts. Such a battery cell can be designed, for example, as a prismatic cell, a pouch cell or a round cell. The battery is preferably designed as a so-called high-voltage battery, which is set up to provide an electrical voltage in the range of more than 60 volts, in particular in the range of several 100 volts. Such a high-voltage battery can be arranged in a motor vehicle, where it can supply electrical energy to an electrical consumer, in particular a drive motor.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing(s). The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung; -
2 eine schematische Darstellung der Energiespeichereinrichtung aus1 in einem möglichen Betriebszustand; -
3 eine schematische Darstellung der Energiespeichereinrichtung aus1 in einem weiteren möglichen Betriebszustand; und -
4 eine schematische Darstellung der Energiespeichereinrichtung aus1 in einem weiteren möglichen Betriebszustand.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the energy storage device according to the invention; -
2 a schematic representation of theenergy storage device 1 in a possible operating condition; -
3 a schematic representation of theenergy storage device 1 in another possible operating state; and -
4 a schematic representation of theenergy storage device 1 in another possible operating state.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Die
Die Energiespeichereinrichtung 1 kann einen ersten und einen zweiten elektrischen Energiespeicher 3, 4 aufweisen. Mit diesen Energiespeichern 3, 4 kann elektrische Energie, wie beispielsweise eine Gleichspannung, als Batteriespannung für das Fahrzeug 2 bereitgestellt werden. Mithilfe der Energiespeichereinrichtung 1 können elektrische Verbraucher im Fahrzeug 2 elektrisch versorgt werden, wie beispielsweise ein Bordnetz, eine Fahrzeugkomponente oder ein elektrisches Antriebsaggregat. Die beiden Energiespeicher 3, 4 können beispielsweise als Teilbatterie oder Batteriemodule bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung 1 weitere, also mehrere, Energiespeicher aufweisen.The
Um die Energiespeichereinrichtung 1 elektrisch laden zu können oder elektrische Energie abgeben zu können, weist die Energiespeichereinrichtung 1 einen elektrischen Anschluss 5 auf.In order to be able to charge the
Damit die Energiespeichereinrichtung 1 insbesondere verschiedene Betriebsmodi und somit verschiedene Spannungslagen bereitstellen kann, weist diese eine Halbleiterschalteinrichtung 6 auf. Die Halbleiterschalteinrichtung 6 weist beispielsweise eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen beziehungsweise Halbleiterschalter auf. Insbesondere kann die Halbleiterschalteinrichtung die Halbleiterschaltelemente S3, S4 und S5 aufweisen. Diese Halbleiterschaltelemente S3, S4, S5 können beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren oder Transistoren ausgebildet sein. Mithilfe der Halbleiterschaltelemente S3, S4, S5 können die Energiespeicher 3, 4 wahlweise zueinander in Serie oder parallel geschaltet werden. Somit kann je nach Anwendungsfall beispielsweise eine Spannungslage von 800 Volt oder 400 Volt zur Verfügung gestellt werden oder wiederum entweder die Energiespeichereinrichtung 1 mit 400 Volt oder 800 Volt geladen werden.So that the
Für die Verwendung von Halbleiterschaltelementen S3, S4, S5 beziehungsweise Halbleiterbauteilen kann die Energiespeichereinrichtung 1 in ihrem Bauraumbedarf und ihrem Gewicht reduziert werden. Besonders zu beachten ist bei den Halbleiterschaltelementen S3, S4, S5, dass diese eine Body-Diode D3, D4, D5 aufweisen. Dies ermöglicht es, die Halbleiterschaltelemente S3, S4, S5 in einer definierten Richtung leitfähig zu halten.For the use of semiconductor switching elements S3, S4, S5 or semiconductor components, the
Da Halbleiterbauelemente bezüglich der Sperrrichtung ihrer Body-Diode speziell betrachtet werden müssen, werden in der Regel zwei antiparallele Halbleiter, beispielsweise MOSFETs, genutzt, um Ströme beider Richtungen sperren zu können. Um die darin verdoppelte Abwärme zu kompensieren, können die Halbleiterflächen jede der beiden Halbleitelemente erneut verdoppelt werden, sodass durch die AntiparallelSchaltung der vierfache Bauteilaufwand entsteht. Daher werden der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung 1 die Body-Dioden D3, D4, D5 so ausgelegt, dass es zu keinen ungewollten Strömen, insbesondere zu keinen Kurzschlussströmen kommen kann. Durch diese Ausrichtung der Halbleiterschaltelemente S3, S4, S5 kann auf die antiparallele Schaltung von Halbleitern verzichtet werden, wodurch beispielsweise 75% der Halbleiterfläche der Halbleiterschaltelemente S3, S4, S5 eingespart werden kann.Since semiconductor components have to be considered specifically with regard to the blocking direction of their body diode, two antiparallel semiconductors, for example MOSFETs, are usually used in order to be able to block currents in both directions. In order to compensate for the doubled waste heat, the semiconductor surfaces of each of the two semiconductor elements can be doubled again, so that the anti-parallel circuit results in four times the number of components. The body diodes D3, D4, D5 of the
Beispielsweise ist zwischen dem Pluspol des elektrischen Anschlusses 5 und einem Pluspol des ersten Energiespeichers 3 das dritte Halbleiterschaltelement S3 angeordnet beziehungsweise verschaltet. Zwischen dem Pluspol des elektrischen Anschlusses 5 und dem Pluspol des zweiten Energiespeichers 4 ist eine elektrische Verbindung beziehungsweise eine elektrische Verdrahtung angeordnet. Mithilfe des dritten Halbleiterschaltelements S3 kann der Pluspol des ersten Energiespeichers 3 elektrisch von dem elektrischen Anschluss 5, insbesondere von dem Pluspol des elektrischen Anschlusses 5, entkoppelt werden. Die Body-Diode D3 des dritten Halbleiterschaltelements S3 ist in Sperrrichtung von dem elektrischen Anschluss 5, insbesondere dessen Pluspol, zum Pluspol des ersten Energiespeichers 3 angeordnet. Somit kann ein Stromfluss von dem Pluspol des elektrischen Anschlusses 5 zu dem Pluspol des ersten Energiespeichers 3 gesperrt beziehungsweise unterbrochen werden.For example, the third semiconductor switching element S3 is arranged or connected between the positive pole of the
Mittels eines mit dem Pluspol des zweiten Energiespeichers 4 und mit dem dritten Schaltelement S3 gekoppelten ersten Schaltelements 1 kann der Pluspol des zweiten Energiespeichers 4 und/oder das dritte Schaltelement S3 elektrisch von dem elektrischen Anschluss 5, insbesondere vom Pluspol des elektrischen Anschlusses 5, entkoppelt werden. Das Schaltelement S1 kann als mechanisches Schaltelement, insbesondere als Schutz, ausgeführt beziehungsweise ausgebildet sein.By means of a
Mittels eines mit dem Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 gekoppelten vierten Halbleiterschaltelement S4 kann der Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 elektrisch von dem Ladeanschluss 5, insbesondere von dem Minuspol des Ladeanschlusses 5, elektrisch entkoppelt werden. Somit ist das vierte Halbleiterschaltelement S4 zwischen dem Minuspol des Anschlusses 5 und dem Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 angeordnet beziehungsweise verschaltet. Die Body-Diode des vierten Halbleiterschaltelements S4 kann in Sperrrichtung von dem Minuspol des Anschlusses 5 zum Minuspol des Anschlusses 5 angeordnet sein. Somit kann ein ungewollter Stromfluss von dem zweiten Energiespeicher 4 hin zum negativen Anschluss 5 unterbunden beziehungsweise verhindert beziehungsweise gesperrt werden. Zwischen dem Minuspol des Anschlusses 5 und dem Minuspol des ersten Energiespeichers 3 liegt eine Verdrahtung beziehungsweise eine elektrische Verbindung vor.By means of a coupled to the negative pole of the
Zwischen dem Minuspol des Anschlusses 5 und dem vierten Halbleiterschaltelement S4 und somit auch zwischen dem Minuspol des Anschlusses 5 und dem Minuspol des elektrischen Anschlusses 3 ist ein zweites Schaltelement S3 angeordnet. Somit kann mithilfe des zweiten Schaltelements S2, welches beispielsweise als Schütz ausgeführt ist, das vierte Schaltelement S4 und der erste Energiespeicher 3 elektrisch entkoppelt werden.A second switching element S3 is arranged between the negative pole of the
Das fünfte Halbleiterschaltelement S5 ist zwischen dem Pluspol des ersten Energiespeichers 3 und dem Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 gekoppelt beziehungsweise angeordnet. Insbesondere ist das fünfte Halbleiterschaltelement S5 unabhängig von den weiteren Halbleiterschaltelementen S3, S4 mit dem Energiespeicher 4 zueinander in Serie schaltbar. Zur Sicherheit ist die Body-Diode D5 in Sperrrichtung von dem Pluspol des ersten Energiespeichers 3 zum Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 angeordnet.The fifth semiconductor switching element S5 is coupled or arranged between the positive pole of the
Beispielsweise können die Schaltelemente S1, S2 als Hauptschütze der Energiespeichereinrichtung 1 bezeichnet werden. Diese sind zuständig für das sichere Abschalten der Energiespeichereinrichtung 1 beziehungsweise der Hochvoltbatterie des Fahrzeuges und müssen daher hohe Anforderungen bezüglich einer Hochvoltsicherheit erfüllen. Daher sind diese speziell als mechanische Schütze ausgeführt.For example, the switching elements S1, S2 can be referred to as the main contactors of the
Im Nachfolgenden werden beispielsweise mögliche Schalterstellungen der Halbleiterschalteinrichtung 6 und somit die möglichen Betriebsmodi der Energiespeichereinrichtung 1 erläutert.Possible switch positions of the
Wenn S1 und S2 geöffnet sind, können S3, S4, S5 beliebig geschalten sein. Jedoch darf S5 nicht gleichzeitig mit S3 oder S4 geschlossen sein, da es sonst zu einem Kurzschluss kommen kann. In dieser Schalterstellung ist die Energiespeichereinrichtung 1 an den Anschlüssen 5 beziehungsweise Klemmen spannungsfrei. Dieser Zustand beziehungsweise Modi kann genutzt werden, um den zwischen den weiteren Zuständen zu wechseln.If S1 and S2 are open, S3, S4, S5 can be switched as required. However, S5 must not be closed at the same time as S3 or S4, otherwise a short circuit may occur. In this switch position, the
Wenn S1 und S2 geschlossen und S3 und S4 geöffnet sowie S5 geschlossen ist, so kann Energiespeichereinrichtung 1 mit doppelter Batteriespannung betrieben werden. Hierbei kann beispielsweise eine Spannungslage von 800 Volt bereitgestellt werden. In diesem Modus kann die Energiespeichereinrichtung 1, insbesondere den Energiespeicher 3, 4, geladen als auch entladen werden.If S1 and S2 are closed and S3 and S4 are open and S5 is closed,
Wenn S1 und S2 geschlossen und auch S3 und S4 geschlossen sind, und S5 geöffnet ist, so kann in diesem Modus beziehungsweise Betrieb mit einer einfachen Batteriespannung von beispielsweise 400 Volt die Energiespeichereinrichtung 1 betrieben werden. In diesem Modus ist sowohl ein Laden als ein Entladen der Energiespeichereinrichtung 1 denkbar.When S1 and S2 are closed and S3 and S4 are also closed and S5 is open, the
Sollten S1 und S2 geschlossen und S3, S4 und S5 geöffnet sein, so kann ein Entladebetrieb mit einfacher Batteriespannung von beispielsweise 400 Volt oder ein Ladebetrieb mit doppelter Batteriespannung von beispielsweise 800 Volt bereitgestellt werden.If S1 and S2 are closed and S3, S4 and S5 are open, a discharge operation with a single battery voltage of 400 volts, for example, or a charging operation with double the battery voltage of 800 volts, for example, can be provided.
In der nachfolgenden
In der
In der
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Energiespeichereinrichtungenergy storage device
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- Erster EnergiespeicherFirst energy storage
- 44
- Zweiter EnergiespeicherSecond energy storage
- 55
- Elektrischer AnschlussElectrical connection
- 66
- Halbleiterschalteinrichtungsemiconductor switching device
- D3, D4, D5D3, D4, D5
- Body-Diodenbody diodes
- S1, S2S1, S2
- Schaltelementeswitching elements
- S3, S4, S5S3, S4, S5
- Halbleiterschaltelementesemiconductor switching elements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102016098263 A1 [0005]DE 102016098263 A1 [0005]
- DE 102016008052 A1 [0006]DE 102016008052 A1 [0006]
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022000676.6A DE102022000676A1 (en) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | Energy storage device for an electrically powered vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022000676.6A DE102022000676A1 (en) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | Energy storage device for an electrically powered vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022000676A1 true DE102022000676A1 (en) | 2022-04-21 |
Family
ID=80929030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022000676.6A Pending DE102022000676A1 (en) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | Energy storage device for an electrically powered vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022000676A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016008052A1 (en) | 2016-07-01 | 2017-02-16 | Daimler Ag | Energy storage device for a motor vehicle |
-
2022
- 2022-02-24 DE DE102022000676.6A patent/DE102022000676A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016008052A1 (en) | 2016-07-01 | 2017-02-16 | Daimler Ag | Energy storage device for a motor vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3479455B1 (en) | Energy storage device for a motor vehicle | |
DE102014006028B4 (en) | Multi-battery system to increase the electric range | |
EP2424747A2 (en) | Electrically drivable motor vehicle | |
DE102016008263A1 (en) | Battery arrangement for a motor vehicle | |
DE102010041040A1 (en) | Power supply network and method for charging at least one energy storage cell serving as energy storage for a DC voltage intermediate circuit in a power supply network | |
DE102019102306A1 (en) | Method and circuit for a low-voltage supply line with its own voltage source in a modular battery | |
WO2022207217A1 (en) | Circuit assembly and charging method for an electric energy storage system | |
WO2019141494A1 (en) | Storage device for a motor vehicle, particularly for an electric vehicle | |
DE102017010998A1 (en) | Energy storage device and energy systems for a motor vehicle | |
WO2019141491A1 (en) | Electrical drive system for a vehicle and method for the operation thereof | |
DE102021005548A1 (en) | DC voltage converter and component arrangement for a high-voltage electrical system of a vehicle | |
EP1641650A1 (en) | Surge limiter for a traction power converter | |
DE102016015314A1 (en) | Electric drive system for a vehicle and method of operation thereof | |
DE102010041028A1 (en) | Power supply network and method for charging at least one energy storage cell serving as energy storage for a DC voltage intermediate circuit in a power supply network | |
DE102017201657A1 (en) | Circuit arrangement, electrical system and means of transport with improved DC link charging | |
DE102019117345A1 (en) | Battery system, method for operating a battery system and motor vehicle | |
WO2019141492A1 (en) | Electrical drive system for a vehicle and method for the operation thereof | |
DE102021109442B4 (en) | On-board electrical system for a vehicle, vehicle with an on-board electrical system, and method for operating an on-board electrical system for a vehicle | |
DE102022000676A1 (en) | Energy storage device for an electrically powered vehicle | |
DE102020204336B4 (en) | Vehicle-side high-voltage charging circuit and vehicle electrical system | |
DE102021003883A1 (en) | Electric drive system for a vehicle, vehicle with a corresponding electric drive system and method for operating a corresponding electric drive system | |
EP3759787B1 (en) | Charging system | |
DE102009029255A1 (en) | Device for supplying power to an electrical component | |
DE102020117681A1 (en) | Control device for a battery storage | |
DE102016224005A1 (en) | Electrical energy storage device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R230 | Request for early publication |