DE102022004430A1

DE102022004430A1 - Battery with multiple charging inputs and dynamic configuration to reduce charging time

Info

Publication number: DE102022004430A1
Application number: DE102022004430.7A
Authority: DE
Inventors: Chandra Shekar Jayaram; Ritesh Kumar S
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-12-11
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Eine Batterieanordnung 100 für ein Elektrofahrzeug wird offenbart, einschließlich eines Batteriepacks 102 mit einer Vielzahl von Batteriemodulen 202, wobei jedes Batteriemodul 202 eine Vielzahl von Batteriezellen 204, die elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind, und einen Satz von Paaren von Batterieschützen 206 umfasst, die konfiguriert sind, um die Batteriemodule 202 selektiv miteinander parallel zu verbinden und voneinander zu trennen. Darüber hinaus umfasst die Batterieanordnung 100 eine Vielzahl von Ladeeingängen 104, die an einer Karosserie des Fahrzeugs konfiguriert sind, eine Vielzahl von Paaren von Ladeschützen 208, die konfiguriert sind, um die Ladeeingänge 104 selektiv mit den Batteriemodulen 202 zu verbinden und von ihnen zu trennen, und eine Steuereinheit 106, die funktionsfähig mit den Batterieschützen 206 und den Ladeschützen 208 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 106 ist konfiguriert, um das Laden und Entladen des Batteriepacks 102 zu steuern.A battery assembly 100 for an electric vehicle is disclosed including a battery pack 102 having a plurality of battery modules 202, each battery module 202 having a plurality of battery cells 204 electrically connected in series with one another and a set of pairs of battery contactors 206 configured to selectively connect and disconnect the battery modules 202 in parallel with each other. In addition, the battery assembly 100 includes a plurality of charge ports 104 configured on a body of the vehicle, a plurality of pairs of charge contactors 208 configured to selectively connect and disconnect the charge ports 104 to and from the battery modules 202, and a control unit 106 operably coupled to the battery contactors 206 and the charge contactors 208 . The control unit 106 is configured to control charging and discharging of the battery pack 102 .

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Batterieladesysteme für Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Batterie mit mehreren Einlässen und dynamischer Konfiguration, um die Batterieladezeit in Elektrofahrzeugen zu verringern.The present disclosure relates generally to the field of battery charging systems for electric vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a multi-inlet dynamically configured battery to reduce battery charge time in electric vehicles.

Elektrofahrzeuge wie Pkw, Lkw, SUV (sportliches Nutzfahrzeug) und dergleichen haben in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage erfahren. Dieser Nachfrageanstieg ist auf die steigenden Kraftstoffpreise und die negativen Auswirkungen der Abgase von Fahrzeugen zurückzuführen, die Erdöl (z. B. Benzin und Diesel) und Gase (z. B. LPG und CNG) als Kraftstoff verwenden. Ein Elektrofahrzeug (EV) ist mit einem oder mehreren Elektromotoren ausgestattet, die im Stand der Technik als Traktionsmotoren bekannt sind, um eine Antriebskraft zu entwickeln, die die Bewegung des Fahrzeugs beeinflusst, sowie mit einem Pack wiederaufladbarer Batterien zur Versorgung der Traktionsmotoren mit elektrischer Energie für den Antrieb des Elektrofahrzeugs und anderer elektrischer Komponenten des Elektrofahrzeugs. Im Allgemeinen sind Vielzahlen von Lithium-Ionen-Batteriezellen bereitgestellt, um elektrische Energie für den Betrieb des Fahrzeugs zu liefern. Die Elektrofahrzeuge erfordern ein regelmäßiges Aufladen der Batterien nach einem bestimmten Intervall der Fahrzeit. Die wiederaufladbaren Batterien werden üblicherweise unter Verwendung von Gleichstrom (DC) an persönlichen oder öffentlichen Ladestationen aufgeladen, wenn das Fahrzeug nicht in Gebrauch ist, sowie während des Betriebs des Fahrzeugs durch regeneratives Bremsen.Electric vehicles such as passenger cars, trucks, SUVs (sports utility vehicles) and the like have seen increasing demand in recent years. This increase in demand is due to rising fuel prices and the negative impact of emissions from vehicles that use petroleum (e.g. petrol and diesel) and gases (e.g. LPG and CNG) as fuel. An electric vehicle (EV) is equipped with one or more electric motors, known in the art as traction motors, to develop a motive force that affects movement of the vehicle, and a pack of rechargeable batteries to provide electrical energy for the traction motors the drive of the electric vehicle and other electrical components of the electric vehicle. In general, a plurality of lithium-ion battery cells are provided to provide electrical energy for vehicle operation. The electric vehicles require regular charging of the batteries after a certain interval of driving time. The rechargeable batteries are typically charged using direct current (DC) at personal or public charging stations when the vehicle is not in use and during vehicle operation through regenerative braking.

Ein Haupthindernis für die Massenakzeptanz von E-Fahrzeugen auf dem derzeitigen Markt ist die lange Ladezeit, die für das Aufladen der wiederaufladbaren Batterien der Fahrzeuge an den Ladestationen erforderlich ist. Selbst mit schnellen DC-Ladegeräten mit Leistungskapazitäten von mehr als 100 kW dauert es etwa 30-40 Minuten, um das Fahrzeug von 20 % auf 80 % Ladezustand (State of Charge; SoC) aufzuladen. Somit besteht eine große Nachfrage seitens der Nutzer von Elektrofahrzeugen nach einer Verringerung der Ladezeit, die mit der Zeit vergleichbar ist, die herkömmliche Benzin-/Dieselfahrzeuge an einer Tankstelle verbringen. Eine der Lösungen für dieses Problem ist die Erhöhung der Leistungskapazitäten der Ladestationsinfrastruktur und auch der E-Fahrzeuge, um das Laden mit Megawatt-Leistung zu unterstützen. Es kann jedoch noch einige Zeit dauern, bis diese Lösung verfügbar ist, da eine Abhängigkeit davon besteht, dass die Betreiber von Ladestationen ihre Ladestationsinfrastruktur massenhaft aufrüsten. Außerdem muss das Netz aufgerüstet werden, um die Megawatt-Implementierung zu unterstützen. In Anbetracht der obigen Ausführungen wäre es daher von Vorteil, eine einfache und kosteneffiziente Lösung zur Verringerung der Ladezeit von wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen bereitzustellen, um die Anforderungen der Fahrzeugnutzer zu erfüllen.A major obstacle to the mass adoption of EVs in the current market is the long charging time required to charge the vehicles' rechargeable batteries at charging stations. Even with fast DC chargers with power capacities of more than 100 kW, it takes about 30-40 minutes to charge the vehicle from 20% to 80% State of Charge (SoC). Thus, there is a strong demand from electric vehicle users for a reduction in charging time that is comparable to the time that conventional gasoline/diesel vehicles spend at a gas station. One of the solutions to this problem is to increase the power capacity of the charging station infrastructure and also the e-vehicles to support megawatt charging. However, it may still take some time before this solution is available due to a dependency on charging station operators to upgrade their charging station infrastructure en masse. Also, the grid must be upgraded to support the megawatt implementation. Therefore, in view of the above, it would be beneficial to provide a simple and cost-effective solution to reduce the charging time of electric vehicle rechargeable batteries in order to meet the needs of vehicle users.

Das Patentdokument US20180229613A1 offenbart ein Fahrzeug, das einen ersten Ladeanschluss an einer ersten Stelle des Fahrzeugs und einen zweiten Ladeanschluss an einer zweiten Stelle des Fahrzeugs umfasst. Sowohl der erste Ladeanschluss als auch der zweite Ladeanschluss umfassen Ladesteckvorrichtungen desselben Standards. Darüber hinaus ist der erste Ladeanschluss mit einer ersten Ladungsspeichervorrichtung, beispielsweise einer Batterie zur Speicherung elektrischer Energie, und der zweite Ladeanschluss mit einer zweiten Ladungsspeichervorrichtung, beispielsweise einer Batterie zur Speicherung elektrischer Energie, gekoppelt. Darüber hinaus sind die Ladungsspeichervorrichtungen voneinander getrennt und können unabhängig voneinander und gleichzeitig aufgeladen werden.The patent document US20180229613A1 discloses a vehicle including a first charge port at a first location of the vehicle and a second charge port at a second location of the vehicle. Both the first charge port and the second charge port include charge connectors of the same standard. In addition, the first charging port is coupled to a first charge storage device, such as a battery for storing electrical energy, and the second charging port is coupled to a second charge storage device, such as a battery for storing electrical energy. In addition, the charge storage devices are separate from each other and can be charged independently and simultaneously.

Ein weiteres Patentdokument US20200044464A1 offenbart eine schnell aufladbare Batterie und eine Ladevorrichtung, die in der Lage ist, die Batterie in einer sehr kurzen Zeitspanne aufzuladen. Die Ladevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Batterieenergieversorgungseinheiten pro Ladestation, die über eine Vielzahl von Batterieladegeräten und -eingängen mit der wiederaufladbaren Batterie verbunden sind. Zum Aufladen verfügt die Batterie über zahlreiche Anschlüsse, die mit allen Energieversorgungseinheiten der Station verbunden sind, sowie über ein Mittel zum Umschalten der Batterie vom Lademodus in den Versorgungsmodus.Another patent document US20200044464A1 discloses a rapidly charging battery and a charging device capable of charging the battery in a very short period of time. The charging device comprises a plurality of battery power supply units per charging station which are connected to the rechargeable battery via a plurality of battery chargers and inputs. For recharging, the battery has numerous connectors connected to all of the station's power supply units, as well as a means of switching the battery from charging mode to supply mode.

Ein weiteres Patentdokument US20170274791A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Steuerung mehrerer parallel geschalteter Ladegeräte, die in einem Elektrofahrzeug eingebaut sind. Das Verfahren umfasst das Erkennen einer Vielzahl von Ladegeräten, von denen jedes so konfiguriert ist, dass es mindestens eine Batterie, die das Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt, über ein fahrzeuginternes Netzwerk auflädt, das Empfangen einer Identifikation und mindestens eines Parameters von jedem erkannten Ladegerät, die über das fahrzeuginterne Netzwerk übermittelt werden, das Erzeugen mehrerer Anweisungen, jede Anweisung für jedes erkannte Ladegerät als Reaktion auf den Empfang der Identifikation und des mindestens einen Parameters, und das Übermitteln der mehreren Anweisungen an die Vielzahl der erkannten Ladegeräte über das fahrzeuginterne Netzwerk.Another patent document US20170274791A1 discloses an apparatus and method for controlling multiple chargers connected in parallel installed in an electric vehicle. The method includes detecting a plurality of chargers, each configured to charge at least one battery that provides electrical energy to the vehicle via an in-vehicle network, receiving an identification and at least one parameter from each detected charger, transmitted via the in-vehicle network, generating a plurality of instructions, each instruction for each identified charger, in response to receiving the identification and the at least one parameter, and communicating the plurality of instructions to the plurality of recognized chargers via the in-vehicle network.

Während die genannten Patentdokumente Vorrichtungen und/oder Techniken für das Aufladen der Batterien von Elektrofahrzeugen in einer verringerten Zeitspanne offenbaren, gibt es Raum für weitere Verbesserungen, um eine verbesserte und kosteneffiziente Lösung des oben genannten Problems im Zusammenhang mit den Elektrofahrzeugen bereitzustellen.While the cited patent documents disclose devices and/or techniques for charging electric vehicle batteries in a reduced amount of time, there is room for further improvement in order to provide an improved and cost-effective solution to the above-mentioned problem associated with electric vehicles.

Es besteht daher Bedarf an einer verbesserten und kostengünstigen Lösung für die Verringerung der Ladezeit von wiederaufladbaren Batterien von Elektro- oder Hybridfahrzeugen.There is therefore a need for an improved and cost-effective solution for reducing the charging time of rechargeable batteries in electric or hybrid vehicles.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine einfache und kostengünstige Anordnung zur Verkürzung der Ladezeit von wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen und/oder Hybridfahrzeugen bereitzustellen.A general object of the present disclosure is to provide a simple and inexpensive arrangement for reducing the charging time of rechargeable batteries of electric vehicles and/or hybrid vehicles.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, um die Ladezeit der Elektrofahrzeuge zu verringern.An object of the present disclosure is to provide a system for electric vehicles to reduce charging time of the electric vehicles.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Fahrzeugbatteriepacks mit mehreren Einlässen und dynamischer Batteriekonfiguration, um die Ladezeit des Batteriepacks zu verringern.Another object of the present disclosure is to provide a vehicle battery pack with multiple inlets and dynamic battery configuration to reduce battery pack charging time.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine einfache und kostengünstige Batterieanordnung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, die leicht implementiert werden kann, um die Ladezeit der Elektrofahrzeuge zu verringern.Another object of the present disclosure is to provide a simple and inexpensive electric vehicle battery assembly that can be easily implemented to reduce the charging time of the electric vehicles.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen Batterieladesysteme für Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Batterie mit mehreren Eingängen und dynamischer Konfiguration, um die Batterieladezeit von Elektrofahrzeugen zu verringern.Aspects of the present disclosure relate to battery charging systems for electric vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a multi-input battery with dynamic configuration to reduce battery charging time of electric vehicles.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Batterieanordnung für ein Elektrofahrzeug bereit. Die offenbarte Batterieanordnung umfasst einen Batteriepack mit einer Vielzahl von Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, die elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind, und einen Satz von Paaren von Batterieschützen, die konfiguriert sind, um ausgewählte Batteriemodule der Vielzahl von Batteriemodulen selektiv miteinander parallel zu verbinden und zu trennen. Darüber hinaus umfasst die Batterieanordnung eine Vielzahl von Ladeeingängen, die an einer Karosserie des Fahrzeugs konfiguriert sind, eine Vielzahl von Paaren von Ladeschützen, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von Ladeeingängen selektiv mit der Vielzahl von Batteriemodulen zu verbinden und zu trennen, und eine Steuereinheit, die funktionsfähig mit dem Satz von Paaren von Batterieschützen und der Vielzahl von Paaren von Ladeschützen gekoppelt ist. Der Satz von Paaren von Batterieschützen kann um eins kleiner sein als die Vielzahl von Paaren von Ladeschützen.In one aspect, the present disclosure provides a battery assembly for an electric vehicle. The disclosed battery assembly includes a battery pack having a plurality of battery modules, each battery module including a plurality of battery cells electrically connected in series with one another, and a set of pairs of battery contactors configured to selectively interconnect selected battery modules of the plurality of battery modules connect and disconnect in parallel. Additionally, the battery assembly includes a plurality of charge ports configured on a body of the vehicle, a plurality of pairs of charge contactors configured to selectively connect and disconnect the plurality of charge ports with the plurality of battery modules, and a controller operatively coupled to the set of battery contactor pairs and the plurality of charging contactor pairs. The set of battery contactor pairs may be one less than the plurality of charging contactor pairs.

Die Steuereinheit umfasst einen oder mehrere Prozessoren und einen Speicher, der mit dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuereinheit zu Folgendem veranlassen: Erfassen, ob ein oder mehrere Ladestecker mit einem oder mehreren Ladeeingängen der Vielzahl von Ladeeingängen verbunden sind, um elektrische Energie von einer externen Energiequelle zu liefem, Betätigen, basierend auf der Erfassung, dass der eine oder die mehreren Ladestecker mit dem einen oder den mehreren Ladeeingängen verbunden sind, des Satzes von Paaren von Batterieschützen basierend auf einer oder mehreren ersten vordefinierten Bedingungen, und Schließen, basierend auf der Erfassung, dass der eine oder die mehreren Ladestecker mit dem einen oder den mehreren Ladeeingängen verbunden sind, eines oder mehrerer Paare der Vielzahl von Paaren von Ladeschützen zum elektrischen Verbinden des einen oder der mehreren Ladeeingänge mit dem jeweiligen einen oder den jeweiligen mehreren Batteriemodulen der Vielzahl von Batteriemodulen für das Laden des jeweiligen einen oder der jeweiligen mehreren Batteriemodule.The control unit includes one or more processors and a memory coupled to the one or more processors, the memory storing instructions that, when executed, cause the control unit to: detect whether one or more charging plugs with a one or more charge ports of the plurality of charge ports to deliver electrical power from an external power source, actuating the set of pairs of battery contactors based on detecting that the one or more charge plugs are connected to the one or more charge ports based on one or more first predefined conditions, and closing, based on detecting that the one or more charging plugs are connected to the one or more charging inputs, one or more pairs of the plurality of pairs of charging contactors to electrically connect the one or the multiple charging inputs with the respective one or the respective multiple battery modules of the plurality of battery modules for charging the respective one or the respective multiple battery modules.

Die Batterieanordnung kann ein Batterieverwaltungssystem (BMS) umfassen, das funktionsfähig mit der Steuereinheit und dem Batteriepack verbunden ist. Das BMS ist konfiguriert, um die Parameter der Vielzahl von Batteriemodulen des Batteriepacks zu überwachen und basierend auf den überwachten Parametern der Vielzahl von Batteriemodulen ein oder mehrere Signale an die Steuereinheit zu senden.The battery assembly may include a battery management system (BMS) operatively connected to the controller and the battery pack. The BMS is configured to monitor the parameters of the plurality of battery modules of the battery pack and send one or more signals to the controller based on the monitored parameters of the plurality of battery modules.

Wenn die Steuereinheit bestimmt, dass das eine oder die mehreren Batteriemodule bis zu einem vordefinierten Ladezustand geladen sind oder der Ladevorgang von einem Benutzer gestoppt wird, kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um das eine oder die mehreren Paare der Vielzahl von Paaren von Ladeschützen zu öffnen, um den einen oder die mehreren Ladeeingänge von dem jeweiligen einen oder den jeweiligen mehreren Batteriemodulen elektrisch zu trennen, um die Ladesitzung des jeweiligen einen oder der jeweiligen mehreren Batteriemodule zu beenden.When the control unit determines that the one or more battery modules are charged to a predefined state of charge or charging is stopped by a user, the control unit may be configured to open the one or more pairs of the plurality of pairs of charging contactors, to electrically disconnect the one or more charging inputs from the respective one or more battery modules to end the charging session of the respective one or more battery modules.

Wenn die Ladesitzung des jeweiligen einen oder der jeweiligen mehreren Batteriemodule endet, kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um den Satz von Paaren von Batterieschützen basierend auf einer oder mehrerer zweiter vordefinierter Bedingungen zu betätigen. Um den Satz von Paaren von Batterieschützen basierend auf der einen oder den mehreren zweiten vordefinierten Bedingungen zu betätigen, ist die Steuereinheit zu Folgendem konfiguriert: (a) Bestimmen, ob eine Spannung über jedes der Vielzahl von Batteriemodulen gleich ist, (b) Schließen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Spannung über jedes der Vielzahl von Batteriemodulen gleich ist, des Satzes von Paaren von Batterieschützen, um jedes der Vielzahl von Batteriemodulen mit benachbarten Batteriemodulen zu verbinden, (c) Bestimmen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Spannung über jedes der Vielzahl von Batteriemodulen nicht gleich ist, eines oder mehrerer Paare von benachbarten Batteriemodulen, die gleiche Spannungen aufweisen, (d) Schließen, als Reaktion auf die Bestimmung des einen oder der mehreren Paare von benachbarten Batteriemodulen mit gleicher Spannung, entsprechender Paare von Batterieschützen, um die einen oder mehreren bestimmten Paare von benachbarten Batteriemodulen mit gleicher Spannung elektrisch zu verbinden.When the charging session of the respective one or more battery modules ends, the controller may be configured to charge the set actuate pairs of battery contactors based on one or more second predefined conditions. To actuate the set of pairs of battery contactors based on the one or more second predefined conditions, the controller is configured to: (a) determine if a voltage across each of the plurality of battery modules is equal, (b) close as responsive to determining that the voltage across each of the plurality of battery modules is equal, the set of pairs of battery contactors to connect each of the plurality of battery modules to adjacent battery modules, (c) determining, responsive to determining that the voltage across each of the plurality of battery modules is not the same, one or more pairs of adjacent battery modules having equal voltages; (d) closing, in response to determining the one or more pairs of adjacent battery modules having equal voltage, corresponding pairs of battery contactors to electrically connect the one or more specific pairs of adjacent battery modules with the same voltage.

Um den Satz von Paaren von Batterieschützen basierend auf der einen oder den mehreren ersten vordefinierten Bedingungen zu betätigen, ist die Steuereinheit außerdem konfiguriert, um für jeden Ladeeingang der Vielzahl von Ladeeingängen, die mit dem jeweiligen Ladestecker verbunden sind, zu bestimmen, ob ein oder mehrere benachbarte Ladeeingänge des Ladeeingangs mit den Ladesteckern verbunden sind, und wobei, als Reaktion auf die Bestimmung, dass der eine oder die mehreren benachbarten Eingänge nicht mit den Ladesteckern verbunden sind, die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Paare von Batterieschützen zu schließen, die zwischen dem Batteriemodul, das dem mit dem jeweiligen Ladestecker verbundenen Ladeeingang entspricht, und den benachbarten Batteriemodulen, die dem einen oder den mehreren benachbarten und nicht mit dem Ladestecker verbundenen Ladeeingängen entsprechen, konfiguriert sind.In order to actuate the set of pairs of battery contactors based on the one or more first predefined conditions, the controller is also configured to determine, for each charge port of the plurality of charge ports connected to the respective charge plug, whether one or more adjacent charge inputs of the charge input are connected to the charge plugs, and wherein, in response to determining that the one or more adjacent inputs are not connected to the charge plugs, the controller is configured to close the pairs of battery contactors connected between the Battery module, which corresponds to the charging input connected to the respective charging plug, and the adjacent battery modules, which correspond to the one or more adjacent charging inputs not connected to the charging plug, are configured.

Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind in dieser Beschreibung eingeschlossen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.

1 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm der vorgeschlagenen Batterieanordnung für ein Elektrofahrzeug in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Batteriepacks mit Batterieschützen und Ladeschützen der vorgeschlagenen Batterieanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Flussdiagramm der Funktionsweise einer Steuereinheit der vorgeschlagenen Batterieanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate example embodiments of the present disclosure and together with the description serve to explain the principles of the present disclosure.

1 12 illustrates an exemplary block diagram of the proposed battery assembly for an electric vehicle, in accordance with an embodiment of the present disclosure.
2 12 illustrates a schematic diagram of a battery pack with battery contactors and charging contactors of the proposed battery assembly in accordance with an embodiment of the present disclosure.
3 12 illustrates an exemplary flow chart of the operation of a control unit of the proposed battery assembly in accordance with an embodiment of the present disclosure.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, mit der gebotenen Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.A detailed description of the embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings follows. The embodiments are detailed in order to clearly convey the disclosure. However, it is not intended to limit the foreseeable variations of embodiments in the detail provided; on the contrary, it is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Die hierin erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf Batterieladesysteme in Elektrofahrzeugen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Batterieanordnung zur Verringerung der Batterieladezeit für ein Elektrofahrzeug.The embodiments discussed herein relate to battery charging systems in electric vehicles. More particularly, the present disclosure relates to a battery assembly for reducing battery charge time for an electric vehicle.

In einem Aspekt umfasst die offenbarte Batterieanordnung einen Batteriepack mit einer Vielzahl von Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, die elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind, und eine Vielzahl von Ladeeingängen, die an einer Karosserie des Fahrzeugs konfiguriert sind. Darüber hinaus umfasst die offenbarte Batterieanordnung einen Satz von Paaren von Batterieschützen, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von Batteriemodulen selektiv miteinander parallel zu verbinden und zu trennen, und eine Vielzahl von Paaren von Ladeschützen, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von Ladeeingängen selektiv mit der Vielzahl von Batteriemodulen zu verbinden und von diesen zu trennen. Die Vielzahl von Ladeeingängen ist so ausgelegt, dass sie die Vielzahl von Batteriemodulen gleichzeitig aufladen, indem ein Ladestecker an jeden Ladeeingang angeschlossen wird, um elektrische Energie von einer externen Energiequelle, wie z. B. einem Stromnetz, zu liefern. Der Batteriepack kann dynamisch konfiguriert sein, um die angeschlossenen mehreren Ladeeingänge gleichzeitig zu unterstützen. Dadurch wird die Ladezeit für das Aufladen des Batteriepacks verringert.In one aspect, the disclosed battery assembly includes a battery pack having a plurality of battery modules, each battery module including a plurality of battery cells electrically connected in series with one another and a plurality of charge ports configured on a body of the vehicle. In addition, the disclosed battery assembly includes a set of pairs of battery contactors configured to selectively connect and disconnect the plurality of battery modules with one another in parallel, and a plurality of pairs of charge contactors configured to selectively connect the plurality of charge inputs to connect and disconnect from the plurality of battery modules. The plurality of charge ports are configured to charge the plurality of battery modules simultaneously by connecting a charge plug to each charge port to receive electrical power from an external power source such as a battery. B. a power grid, to deliver. The battery pack can be dynamically configured to support the connected multiple charging inputs simultaneously. This reduces the charging time for charging the battery pack.

Darüber hinaus umfasst die offenbarte Batterieanordnung eine Steuereinheit, die das Laden und Entladen der Batterie in allen möglichen Szenarien steuern kann.In addition, the disclosed battery assembly includes a control unit that can control the charging and discharging of the battery in all possible scenarios.

In einem Aspekt ist die offenbarte Batterieanordnung mit der bestehenden Ladeinfrastruktur/den bestehenden Ladestationen kompatibel und kann auch verwendet werden, wenn die bestehenden Ladeinfrastrukturen aufgerüstet werden, um die Megawatt-Ladung zu unterstützen.In one aspect, the disclosed battery assembly is compatible with existing charging infrastructure/stations and can also be used when upgrading existing charging infrastructures to support megawatt charging.

In 1 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm der vorgeschlagenen Batterieanordnung für ein Elektrofahrzeug dargestellt. Die vorgeschlagene Batterieanordnung 100 umfasst einen Batteriepack 102, eine Vielzahl von Ladeeingängen, wie z. B. die Ladeeingänge 104-1 ... 104-M (gemeinsam als Ladeeingänge 104 und einzeln als Ladeeingang 104 bezeichnet), die an einer Karosserie des Fahrzeugs zum Laden des Batteriepacks in einem kurzen Zeitraum konfiguriert sind, eine Steuereinheit 106 zum Steuern des Ladens und Entladens des Batteriepacks und ein mit dem Batteriepack 102 und der Steuereinheit 106 gekoppeltes Batterieverwaltungssystem (BMS) 108. Der Batteriepack 102 kann als Energiequelle für die Versorgung der Traktionsmotoren zum Antrieb des Elektrofahrzeugs und anderer elektrischer Komponenten des Elektrofahrzeugs verwendet werden.In 1 1 is an exemplary block diagram of the proposed battery assembly for an electric vehicle. The proposed battery assembly 100 includes a battery pack 102, a variety of charging inputs such. B. the charge ports 104-1 ... 104-M (referred to collectively as charge ports 104 and individually as charge port 104) configured on a body of the vehicle for charging the battery pack in a short period of time, a control unit 106 for controlling the charging and discharging the battery pack and a battery management system (BMS) 108 coupled to the battery pack 102 and the control unit 106. The battery pack 102 may be used as a power source to power the traction motors for propelling the EV and other electrical components of the EV.

Unter Bezugnahme auf die 1 und die 2 kann der Batteriepack 102 eine Vielzahl von Batteriemodulen umfassen, wie z. B. die Batteriemodule 202-1, 202-2 ... 202-M (gemeinsam als Batteriemodule 202 und einzeln als Batteriemodule 202 bezeichnet). Jedes Batteriemodul umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, wie z. B. die Batteriezellen 204-1, 204-2 ... 204-N (gemeinsam als Batteriezellen 204 und einzeln als Batteriezelle 204 bezeichnet). Die Batteriezellen 204 für jedes Batteriemodul 202 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet. Jede Batteriezelle 204 kann zum Beispiel eine Lithiumlonen-Batteriezelle sein. Darüber hinaus umfasst die offenbarte Batterieanordnung 100 einen Satz von Paaren von Batterieschützen, wie z. B. Paare von Batterieschützen 206-1, 206-2... 206-L (gemeinsam als Paare von Batterieschützen 206 bezeichnet). Der Satz von Paaren von Batterieschützen 206 ist konfiguriert, um ausgewählte Batteriemodule der Vielzahl der Batteriemodule 202 selektiv miteinander parallel zu verbinden und voneinander zu trennen. Beispielsweise kann das Paar von Batterieschützen 206-1 selektiv das Batteriemodul 202-2 mit dem Batteriemodul 202-1 verbinden und es davon trennen, das Paar von Batterieschützen 206-2 kann selektiv das Batteriemodul 202-3 mit dem Batteriemodul 202-2 verbinden und es davon trennen usw.Referring to the 1 and the 2 the battery pack 102 may include a variety of battery modules, such as. B. the battery modules 202-1, 202-2 ... 202-M (referred to collectively as battery modules 202 and individually as battery modules 202). Each battery module includes a variety of battery cells such. B. the battery cells 204-1, 204-2 ... 204-N (referred to collectively as battery cells 204 and individually as battery cell 204). The battery cells 204 for each battery module 202 are electrically connected in series with one another. Each battery cell 204 may be a lithium ion battery cell, for example. In addition, the disclosed battery assembly 100 includes a set of pairs of battery contactors, such as. B. Pairs of battery contactors 206-1, 206-2...206-L (collectively referred to as pairs of battery contactors 206). The set of pairs of battery contactors 206 is configured to selectively connect and disconnect selected battery modules of the plurality of battery modules 202 in parallel with each other. For example, the pair of battery contactors 206-1 can selectively connect and disconnect the battery module 202-2 to and from the battery module 202-1, the pair of battery contactors 206-2 can selectively connect and disconnect the battery module 202-3 and the battery module 202-2 separate from it etc.

Darüber hinaus umfasst die offenbarte Batterieanordnung 100 eine Vielzahl von Paaren von Ladeschützen, wie beispielsweise Paare von Ladeschützen 208-1, 208-2, 208-M ... 208-M (gemeinsam als Paare von Ladeschützen 208 bezeichnet). Die Paare von Ladeschützen 208 sind konfiguriert, um die Vielzahl von Ladeeingängen 104 mit der Vielzahl von Batteriemodulen 202 des Batteriepacks 102 selektiv zu verbinden und davon zu trennen. Dies ermöglicht ein separates Laden der einzelnen Batteriemodule durch gleichzeitiges Anschließen eines Ladesteckers an jeden Ladeeingang 104. Dadurch wird die Ladezeit des Batteriepacks 102 verringert.In addition, the disclosed battery assembly 100 includes a plurality of pairs of charging contactors, such as pairs of charging contactors 208-1, 208-2, 208-M...208-M (collectively referred to as pairs of charging contactors 208). The pairs of charge contactors 208 are configured to selectively connect and disconnect the plurality of charge inputs 104 to the plurality of battery modules 202 of the battery pack 102 . This enables the individual battery modules to be charged separately by simultaneously connecting a charging plug to each charging input 104. The charging time for the battery pack 102 is thereby reduced.

Der Satz von Paaren von Batterieschützen 206 kann um eins geringer sein als die Vielzahl von Paaren von Ladeschützen 208. Zum Beispiel werden bei einer Anzahl von M der Ladeeingänge 104, M Paare von Ladeschützen 106 und M-1 Paare von Batterieschützen 106 in der Batterieanordnung 100 verwendet.The set of pairs of battery contactors 206 may be one fewer than the plurality of pairs of charging contactors 208. For example, with a number of charging inputs 104 M, M pairs of charging contactors 106 and M-1 pairs of battery contactors 106 in the battery assembly 100 used.

Die Steuereinheit 106 kann funktionsfähig mit dem Satz von Paaren von Batterieschützen 206 und der Vielzahl von Paaren von Ladeschützen 208 gekoppelt sein. Die Steuereinheit 106 kann konfiguriert sein, um den Betrieb der Paare von Batterieschützen 206 und der Paare von Ladeschützen 208 zu steuern, um das Lade- und Entladeverfahren des Batteriepacks 102 in allen möglichen Szenarien zu steuern. Darüber hinaus kann das BMS 108 konfiguriert sein, um die Parameter der Vielzahl von Batteriemodulen 202 des Batteriepacks 102 zu überwachen und basierend auf den überwachten Parametern der Vielzahl von Batteriemodulen 202 ein oder mehrere Signale an die Steuereinheit 106 zu senden. Das BMS 108 kann beispielsweise ein elektronisches System sein, das jede wiederaufladbare Batteriezelle 204 des Batteriepacks 102 verwalten kann, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Das BMS 108 kann kontinuierlich Parameter wie Spannungen, Stromzufuhr und -abfluss aus dem Batteriepack, den Ladezustand (State of Charge; SOC) der Batteriemodule, den Gesundheitszustand (State of Health; SOH) jeder Batteriezelle sowie die Innen- und Umgebungstemperatur der Batterie überwachen, um sicherzustellen, dass der Batteriepack 102 in einem sicheren Zustand betrieben wird. Das BMS 108 kann die Eingangssignale für die Steuervorrichtung 106 bereitstellen, die Alarme auslösen oder den Batteriepack 102 von der Last oder dem Ladegerät trennen können, wenn beliebige der Parameter die vordefinierten Grenzen überschreiten. Das BMS 108 kann beispielsweise unter Verwendung eines Controller Area Network (CAN)-Bus mit der Steuereinheit 106 und über eine Steuerleitung mit dem Batteriepack 102 verbunden sein.The controller 106 may be operably coupled to the set of pairs of battery contactors 206 and the plurality of pairs of charge contactors 208 . The controller 106 may be configured to control the operation of the pairs of battery contactors 206 and the pairs of charging contactors 208 to control the charging and discharging process of the battery pack 102 in all possible scenarios. Additionally, the BMS 108 may be configured to monitor the parameters of the plurality of battery modules 202 of the battery pack 102 and send one or more signals to the controller 106 based on the monitored parameters of the plurality of battery modules 202 . For example, the BMS 108 can be an electronic system that can manage each rechargeable battery cell 204 of the battery pack 102 to ensure safe and efficient operation. The BMS 108 can continuously monitor parameters such as voltages, current input and output from the battery pack, the state of charge (SOC) of the battery modules, the state of health (SOH) of each battery cell, and the internal and ambient temperature of the battery, to ensure that the battery pack 102 is operated in a safe condition. The BMS 108 can provide the input signals to the controller 106 that can trigger alarms or disconnect the battery pack 102 from the load or charger if any of the parameters exceed the predefined limits. The BMS 108 can, for example, using a controller area network (CAN) bus to the control unit 106 and to the battery pack 102 via a control line.

In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 106 einen oder mehrere Prozessoren umfassen, die als ein oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocomputer, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, zentrale Verarbeitungseinheiten, Logikschaltungen und/oder beliebige Vorrichtungen, die Daten auf der Grundlage von Betriebsanweisungen verarbeiten, implementiert werden können. Neben anderen Fähigkeiten können der eine oder die mehreren Prozessoren konfiguriert sein, um computerlesbare Anweisungen abzurufen und auszuführen, die in einem mit den Prozessoren gekoppelten Speicher gespeichert sind. Der Speicher kann eine oder mehrere computerlesbare Anweisungen oder Routinen speichern, die abgerufen und ausgeführt werden können, um die Dateneinheiten über ein Netzwerk zu erstellen oder gemeinsam zu nutzen. Der Speicher kann eine beliebige nicht-flüchtige Speichervorrichtung umfassen, einschließlich z. B. einen flüchtigen Speicher wie RAM oder einen nicht-flüchtigen Speicher wie EPROM, Flash-Speicher und dergleichen.In one embodiment, controller 106 may include one or more processors, which may be implemented as one or more microprocessors, microcomputers, microcontrollers, digital signal processors, central processing units, logic circuitry, and/or any device that processes data based on operational instructions. Among other capabilities, the one or more processors may be configured to retrieve and execute computer-readable instructions stored in memory coupled to the processors. The memory may store one or more computer-readable instructions or routines that can be accessed and executed to create or share the data units over a network. The memory may comprise any non-volatile storage device including e.g. B. a volatile memory such as RAM or a non-volatile memory such as EPROM, flash memory and the like.

Darüber hinaus kann die Steuereinheit 106 konfiguriert sein, um zu erfassen, ob der eine oder die mehreren Ladestecker (nicht dargestellt) mit einem oder mehreren Ladeeingängen der Vielzahl von Ladeeingängen 104 verbunden sind, um den Batteriepack mit elektrischer Energie aus der externen Energiequelle zu versorgen. Ferner kann die Steuereinheit 106 basierend auf der Erfassung, dass der eine oder die mehreren Ladestecker mit dem einen oder den mehreren Ladeeingängen 104 verbunden sind, den Satz von Paaren von Batterieschützen 206 basierend auf einer oder mehreren ersten vordefinierten Bedingungen betätigen, um die Batterieschütze 206 für ein effizientes Laden des Batteriepacks 102 zu konfigurieren. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 106 basierend auf der Erfassung, dass der eine oder die mehreren Ladestecker mit dem einen oder den mehreren Ladeeingängen 104 verbunden sind, ein oder mehrere Paare der Vielzahl von Paaren von Ladeschützen 208 schließen, um den einen oder die mehreren Ladeeingänge 104 mit dem entsprechenden einen oder den entsprechenden mehreren Batteriemodulen der Vielzahl von Batteriemodulen 202 elektrisch zu verbinden, um das entsprechende eine oder die entsprechenden mehreren Batteriemodule 202 und/oder andere Batteriemodule der Vielzahl von Batteriemodulen 202 zu laden.Additionally, the controller 106 may be configured to detect whether the one or more charge plugs (not shown) are connected to one or more charge ports of the plurality of charge ports 104 to provide electrical power to the battery pack from the external power source. Further, based on detecting that the one or more charging plugs are connected to the one or more charging inputs 104, the control unit 106 can actuate the set of pairs of battery contactors 206 based on one or more first predefined conditions to switch the battery contactors 206 for to configure efficient charging of the battery pack 102 . Additionally, based on sensing that the one or more charge plugs are connected to the one or more charge inlets 104, the controller 106 may close one or more pairs of the plurality of pairs of charge contactors 208 to close the one or more charge inlets 104 electrically connect to the corresponding one or more battery modules of the plurality of battery modules 202 to charge the corresponding one or more battery modules 202 and/or other battery modules of the plurality of battery modules 202.

Zum Beispiel gibt es bei einer Anzahl von M Ladeeingängen 104 M-1 Paare von Batterieschützen 206 in der Batterieanordnung 100. Während des Ladens des Batteriepacks 102 können die einen oder mehreren ersten vordefinierten Bedingungen im Folgenden beschrieben werden:

wenn ein Stecker so an einen Ladeeingang k angeschlossen ist, dass, $\forall k, 1 \leq k \leq M$
Überprüfen, ob die Ladeeingänge k-1 und k+1 so angeschlossen sind, dass, $k - 1 \geq 1$
$k + 1 \leq M,$

a. wenn die beiden Ladeeingänge k-1 und k+1 nicht an Ladestecker angeschlossen sind, Schließen der Batterieschützpaare BC_k und BC_k-1.
b. wenn nur der Ladeeingang k-1 an den Ladestecker angeschlossen ist und der Ladeeingang k+1 nicht an den Ladestecker angeschlossen ist, Schließen der Schützpaare BC_k, und
c. wenn nur der Ladeeingang k+1 an den Ladestecker angeschlossen ist und der Ladeeingang k-1 nicht an den Ladestecker angeschlossen ist, Schließen des Schützpaares BC_k-1

d. h., um den Satz von Paaren von Batterieschützen 206 basierend auf den einen oder mehreren vordefinierten Bedingungen zu betätigen, kann die Steuereinheit 106 konfiguriert sein, um für jeden Ladeeingang der Vielzahl von Ladeeingängen 104, die mit dem entsprechenden Ladestecker verbunden sind, zu bestimmen, ob ein oder mehrere dem Ladeeingang benachbarte Ladeeingänge an die Ladestecker angeschlossen sind, und als Reaktion auf die Bestimmung, dass der eine oder die mehreren benachbarten Eingänge nicht an die Ladestecker angeschlossen sind, ist die Steuereinheit 106 konfiguriert, um die Paare von Batterieschützen 206 zu schließen, die zwischen dem Batteriemodul, das dem mit dem entsprechenden Ladestecker verbundenen Ladeeingang entspricht, und benachbarten Batteriemodulen, die dem einen oder den mehreren benachbarten Ladeeingängen entsprechen, die nicht mit dem Ladestecker verbunden sind, konfiguriert sind.For example, with a number of M charging inputs 104, there are M-1 pairs of battery contactors 206 in the battery assembly 100. During charging of the battery pack 102, the one or more first predefined conditions can be described as follows:

if a plug is connected to a charging input k in such a way that, $\forall k, 1 \leq k \leq M$
Check that the charging inputs k-1 and k+1 are connected in such a way that, $k - 1 \geq 1$
$k + 1 \leq M,$

a. if the two charging inputs k-1 and k+1 are not connected to charging plugs, the battery contactor pairs BC_k and BC_k-1 close.
b. if only the charging input k-1 is connected to the charging connector and the charging input k+1 is not connected to the charging connector, closing the contactor pairs BC_k, and
c. if only charging input k+1 is connected to the charging connector and charging input k-1 is not connected to the charging connector, closing contactor pair BC_k-1

that is, to actuate the set of pairs of battery contactors 206 based on the one or more predefined conditions, the controller 106 may be configured to determine, for each charge input of the plurality of charge inputs 104 associated with the corresponding charge plug, whether one or more charge inputs adjacent to the charge input are connected to the charge plugs, and in response to determining that the one or more adjacent inputs are not connected to the charge plugs, the control unit 106 is configured to close the pairs of battery contactors 206, configured between the battery module corresponding to the charge port connected to the corresponding charge connector and adjacent battery modules corresponding to the one or more adjacent charge ports not connected to the charge connector.

Wenn beispielsweise ein Ladestecker an einen Ladeeingang 104-2 angeschlossen ist und die Steuereinheit bestimmt, dass beide Ladeeingänge 104-1 und 104-3 nicht an Ladestecker angeschlossen sind, kann die Steuereinheit die Paare von Batterieschützen 206-1 und 206-2 zum Laden der Batteriemodule 202-1 und 202-3 zusammen mit dem Laden des Batteriemoduls 202-2 schließen. Wenn ferner der Ladestecker an den Ladeeingang 104-2 angeschlossen ist und die Steuereinheit 106 bestimmt, dass nur der benachbarte Ladeeingang 104-1 an den Ladestecker angeschlossen ist und ein weiterer Ladeeingang 10-3 nicht an den Ladestecker angeschlossen ist, kann die Steuereinheit 106 das Paar von Batterieschützen 206-2 zum Laden des Batteriemoduls 202-3 zusammen mit dem Laden des Batteriemoduls 202-2 schließen. Wenn der Ladestecker ferner an den Ladeeingang 104-2 angeschlossen ist und die Steuereinheit 106 bestimmt, dass nur der benachbarte Ladeeingang 104-3 an den Ladestecker angeschlossen ist und ein anderer benachbarter Ladeeingang 104-1 nicht an den Ladestecker angeschlossen ist, kann die Steuereinheit 106 das Paar von Batterieschützen 206-1 zum Laden des Batteriemoduls 202-1 zusammen mit dem Laden des Batteriemoduls 202-2 schließen.For example, if a charge plug is connected to a charge port 104-2 and the controller determines that both charge ports 104-1 and 104-3 are not connected to charge plugs, the controller can use the pairs of battery contactors 206-1 and 206-2 to charge the Close battery modules 202-1 and 202-3 along with charging battery module 202-2. Furthermore, if the charging plug is connected to the charging port 104-2 and the control unit 106 determines that only the adjacent charging port 104-1 is connected to the charging plug and another charging input 10-3 is not connected to the charging plug, the control unit 106 can close the pair of battery contactors 206-2 for charging the battery module 202-3 along with charging the battery module 202-2 . Furthermore, if the charging connector is connected to the charging port 104-2 and the control unit 106 determines that only the adjacent charging port 104-3 is connected to the charging connector and another adjacent charging port 104-1 is not connected to the charging connector, the control unit 106 close the pair of battery contactors 206-1 to charge the battery module 202-1 along with charging the battery module 202-2.

Wenn die Steuereinheit 106 ferner bestimmt, dass das eine oder die mehreren Batteriemodule 202 bis zu einem vordefinierten Ladezustand aufgeladen sind oder der Ladevorgang von einem Benutzer gestoppt wird, kann die Steuereinheit 106 das eine oder die mehreren Paare von Ladeschützen 208 öffnen, um den einen oder die mehreren Ladeeingänge 104 von dem entsprechenden einen oder den entsprechenden mehreren Batteriemodulen 202 elektrisch zu trennen, um die Ladesitzung des entsprechenden einen oder der entsprechenden mehreren Batteriemodule 202 zu beenden.If the controller 106 further determines that the one or more battery modules 202 are charged to a predefined state of charge or charging is stopped by a user, the controller 106 may open the one or more pairs of charging gates 208 to charge the one or electrically disconnect the plurality of charging inputs 104 from the corresponding one or more battery modules 202 to end the charging session of the corresponding one or more battery modules 202 .

Nach Beendigung der Ladesitzung des entsprechenden einen oder der entsprechenden mehreren Batteriemodule 202 kann die Steuereinheit 106 konfiguriert sein, um den Satz von Paaren von Batterieschützen 206 basierend auf einer oder mehreren zweiten vordefinierten Bedingungen zu betätigen.Upon completion of the charging session of the corresponding one or more battery modules 202, the controller 106 may be configured to actuate the set of pairs of battery contactors 206 based on one or more second predefined conditions.

Die eine oder die mehreren zweiten vordefinierten Bedingungen können beispielsweise im Folgenden beschrieben werden:

Die Spannung in jeder Reihe ist gegeben durch: $V k = \sum_{l = 0}^{N} V k l$
$\forall k,1 \leq k \leq M$
$\forall l,1 \leq l \leq N$

wobei M die Anzahl der Reihen der Batteriemodule im Batteriepack und N die Anzahl der Zellen in jedem Batteriemodul ist.The one or more second predefined conditions can be described, for example, as follows:

The voltage in each row is given by: $V k = \sum_{l = 0}^{N} V k l$
$\forall k,1 \leq k \leq M$
$\forall l,1 \leq l \leq N$

where M is the number of rows of battery modules in the battery pack and N is the number of cells in each battery module.

Überprüfen der Spannung in jedem Batteriemodul

1. Wenn V1 = V2 = V3.... = VM, alle Batterieschützpaare BC_1, BC_2.... BC_M-1 schließen
2. Wenn alle Spannungen in den Batteriemodulen nicht gleich sind, Überprüfen der Spannung in allen benachbarten/aneinander angrenzenden Batteriemodulen.

Wenn Vk = Vk - 1 Batterieschützpaare BC_k-1 schließen
Wenn Vk = Vk + 1 Batterieschützpaare BC_k schließen,

\forall k,1 \leq k \leq M

ansonsten die Batterieschützpaare BC_k und BC_k-1 offen lassen
d. h., um den Satz von Paaren von Batterieschützen 206 basierend auf der einen oder den mehreren zweiten vordefinierten Bedingungen zu betätigen, ist die Steuereinheit 106 konfiguriert, um zu bestimmen, ob eine Spannung in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen 202 gleich ist, wenn die Steuereinheit 106 bestimmt, dass die Spannung in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen gleich ist, schließt die Steuereinheit 106 den Satz von Paaren von Batterieschützen 206, um jedes Batteriemodul 202 mit benachbarten Batteriemodulen zu verbinden. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Spannung in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen 202 nicht gleich ist, bestimmt die Steuereinheit 106 außerdem ein oder mehrere Paare benachbarter Batteriemodule, so dass die Spannungen in den Batteriemodulen des entsprechenden Paares gleich sind. Als Reaktion auf die Bestimmung des einen oder der mehreren Paare benachbarter Batteriemodule schließt die Steuereinheit 106 die entsprechenden Paare von Batterieschützen 206, die zwischen den benachbarten Batteriemodulen konfiguriert sind, um das bestimmte eine oder die bestimmten mehreren Paare benachbarter Batteriemodule mit gleicher Spannung elektrisch zu verbinden.Checking the voltage in each battery module

1. If V1 = V2 = V3.... = VM, close all battery contactor pairs BC_1, BC_2.... BC_M-1
2. If all voltages in the battery modules are not equal, check the voltage in all adjacent/adjoining battery modules.

When Vk = Vk - 1 close battery contactor pairs BC_k-1
When Vk = Vk + 1 battery contactor pairs BC_k close,

\forall k,1 \leq k \leq M

otherwise leave the battery contactor pairs BC_k and BC_k-1 open
that is, to actuate the set of pairs of battery contactors 206 based on the one or more second predefined conditions, the controller 106 is configured to determine whether a voltage in each of the plurality of battery modules 202 is equal when the controller 106 determines that the voltage in each of the plurality of battery modules is the same, the controller 106 closes the set of pairs of battery contactors 206 to connect each battery module 202 to adjacent battery modules. In response to determining that the voltage in each of the plurality of battery modules 202 is not equal, the controller 106 also determines one or more pairs of adjacent battery modules such that the voltages in the battery modules of the corresponding pair are equal. In response to determining the one or more pairs of adjacent battery modules, the controller 106 closes the respective pairs of battery contactors 206 configured between the adjacent battery modules to electrically connect the determined one or more pairs of adjacent battery modules at the same voltage.

Wenn beispielsweise während des Entladens des Batteriepacks 102 die Spannung in jedem der Vielzahl von Batteriemodellen 202 gleich ist, kann die Steuereinheit 106 den Satz von Paaren von Batterieschützen 206 schließen, um die Vielzahl von Batteriemodellen 202 elektrisch parallel zu schalten. Wenn die Spannung in jedem der Vielzahl von Batteriemodulen 202 nicht gleich ist und die Steuereinheit 106 bestimmt, dass die Spannung in den benachbarten Batteriemodulen 202-2 und 202-3 gleich ist. Die Steuereinheit 106 kann das zwischen den benachbarten Batteriemodulen 202-2 und 202-3 konfigurierte Paar von Batterieschützen 206-2 schließen, um die benachbarten Batteriemodule mit gleicher Spannung elektrisch zu verbinden.For example, during discharging of the battery pack 102, if the voltage in each of the plurality of battery models 202 is the same, the controller 106 may close the set of pairs of battery contactors 206 to electrically connect the plurality of battery models 202 in parallel. When the voltage in each of the plurality of battery modules 202 is not equal and the control unit 106 determines that the voltage in the adjacent battery modules 202-2 and 202-3 is equal. The controller 106 may close the pair of battery contactors 206-2 configured between the adjacent battery modules 202-2 and 202-3 to electrically connect the adjacent battery modules with the same voltage.

In der 3 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm der Funktionsweise der Steuereinheit 106 der vorgeschlagenen Batterieanordnung 100 dargestellt. In Block 302 kann die Steuereinheit 106 konfiguriert sein, um Ladestecker zu erfassen, die mit Ladeeingängen 104 verbunden sind, und in Block 304 eine Anzahl der mit den Ladesteckern verbundenen Ladeeingänge 104 bestimmen. Ferner kann die Steuereinheit 106 in Block 306 die zwischen den Batteriemodulen 202 des Batteriepacks 102 angeordneten Batterieschütze 206 entsprechend einer oder mehrerer erster vordefinierter Bedingungen, wie oben beschrieben, betätigen/konfigurieren. Ferner ist die Steuereinheit 106 in Block 308 konfiguriert, um die entsprechenden Ladeschütze 208 zu schließen, um die Ladeeingänge 104, die mit den Ladesteckern verbunden sind, mit den entsprechenden Batteriemodulen 202 zum Laden (in Block 310) der Batteriemodule 202 elektrisch zu verbinden. In Block 312 überprüft die Steuereinheit 106, ob sich die Verbindung der Ladeeingänge 104 mit den Ladesteckern geändert hat, d. h. ob die Anzahl der mit den Ladesteckern verbundenen Ladeeingänge zu- oder abgenommen hat, und falls eine Änderung der Verbindung der Ladeeingänge 104 erfasst wird, ist die Steuereinheit 106 konfiguriert, um den Schritt in Block 302 zu wiederholen. Ferner bestimmt die Steuereinheit 106 in Block 314, ob der Ladevorgang für jedes Batteriemodul abgeschlossen ist. Wenn der Ladevorgang nicht für jedes Batteriemodul abgeschlossen ist, wird der Ladevorgang der Batteriemodule fortgesetzt. Wenn die Steuereinheit 106 bestimmt, dass der Ladevorgang für jedes Batteriemodul abgeschlossen ist, trennt die Steuereinheit in Block 316 die Ladeeingänge 104 von den geladenen Batteriemodulen 202. Ferner ist die Steuereinheit 106 in Block 318 konfiguriert, um zu bestimmen, ob der Ladevorgang an allen angeschlossenen Ladeeingängen abgeschlossen ist oder ob der Benutzer die Ladesitzung beendet. Wenn bestimmt wird, dass der Ladevorgang an allen angeschlossenen Ladeeingängen 104 abgeschlossen ist oder der Benutzer den Ladevorgang beendet, beendet die Steuereinheit 106 die Ladesitzung des Batteriepacks 102 in Block 320. Falls die Steuereinheit 106 bestimmt, dass der Ladevorgang nicht an allen angeschlossenen Ladeeingängen 104 abgeschlossen ist oder der Benutzer den Ladevorgang nicht beendet hat, wird der Ladevorgang des Batteriepacks 102 fortgesetzt. Ferner kann die Steuereinheit 106 in Block 322 die Paare von Batterieschützen 206 basierend auf einer oder auf mehreren zweiten vordefinierten Bedingungen, wie oben beschrieben, betätigen/konfigurieren.In the 3 an exemplary flow chart of the functioning of the control unit 106 of the proposed battery arrangement 100 is shown. In block 302, the controller 106 may confi be configured to detect charge plugs connected to charge ports 104, and in block 304 determine a count of the charge ports 104 connected to the charge plugs. Further, in block 306, the controller 106 may actuate/configure the battery contactors 206 disposed between the battery modules 202 of the battery pack 102 according to one or more first predefined conditions as described above. Furthermore, the control unit 106 is configured in block 308 to close the corresponding charging contactors 208 in order to electrically connect the charging inputs 104 connected to the charging plugs to the corresponding battery modules 202 for charging (in block 310) the battery modules 202 . In block 312, the control unit 106 checks whether the connection of the charge ports 104 to the charge plugs has changed, ie whether the number of charge ports connected to the charge plugs has increased or decreased, and if a change in the connection of the charge ports 104 is detected configures the controller 106 to repeat the step in block 302. Also, in block 314, the controller 106 determines whether charging is complete for each battery module. If the charging process is not completed for each battery module, the battery modules continue to be charged. When the controller 106 determines that charging is complete for each battery module, the controller disconnects the charging inputs 104 from the charged battery modules 202 at block 316. Further, at block 318 the controller 106 is configured to determine whether charging is complete on all connected charging inputs is complete or whether the user ends the charging session. If it is determined that charging is complete on all connected charging ports 104 or the user stops charging, the control unit 106 ends the charging session of the battery pack 102 in block 320. If the control unit 106 determines that charging is not complete at all connected charging ports 104 or the user has not finished charging, the charging of the battery pack 102 continues. Further, in block 322, the controller 106 may actuate/configure the pairs of battery contactors 206 based on one or more second predefined conditions, as described above.

Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verringerung der Ladezeit von Batteriepacks von Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen bereit. Die beschriebene Lösung ermöglicht auch einen effizienten und sicheren Betrieb der Batteriepacks.Thus, the present disclosure provides a simple and cost-effective solution to reducing the charging time of electric and/or hybrid vehicle battery packs. The solution described also enables the battery packs to be operated efficiently and safely.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, variants or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verringerung der Ladezeit von wiederaufladbaren Batterien von Elektrofahrzeugen und/oder Hybridfahrzeugen bereit.The present disclosure provides a simple and inexpensive solution to reducing the charging time of electric vehicle and/or hybrid vehicle rechargeable batteries.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein System für Elektrofahrzeuge zur Verringerung der Ladezeit der Elektrofahrzeuge bereit.The present disclosure provides an electric vehicle system for reducing charging time of the electric vehicles.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen Batteriepack mit mehreren Eingängen und dynamischer Batteriekonfiguration bereit, um die Ladezeit des Batteriepacks zu verringern.The present disclosure provides a battery pack with multiple inputs and dynamic battery configuration to reduce battery pack charging time.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine einfache und kostengünstige Batterieanordnung für Elektrofahrzeuge bereit, die leicht implementiert werden kann, um die Ladezeit der Elektrofahrzeuge zu verringern.The present disclosure provides a simple and inexpensive electric vehicle battery assembly that can be easily implemented to reduce the charging time of the electric vehicles.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US20180229613A1 [0004]
US20200044464A1 [0005]
US20170274791A1 [0006]

Claims

A battery assembly (100) for an electric vehicle, the battery assembly (100) comprising: a battery pack (102) comprising a plurality of battery modules (202), each battery module (202) comprising a plurality of battery cells (204) electrically connected in series with one another; a set of pairs of battery contactors (206) configured to selectively connect and disconnect selected battery modules (202) of the plurality of battery modules (202) in parallel with one another; a plurality of charging ports (104) configured on a body of the vehicle; a plurality of pairs of charge contactors (208) configured to selectively connect and disconnect the plurality of charge inputs (104) to the plurality of battery modules (202); and a controller (106) operatively coupled to the set of battery contactor pairs (206) and the plurality of charge contactor pairs (208), the controller (106) having one or more processors and one associated with the one or more processors coupled memory, the memory storing instructions that, when executed, cause the controller (106) to: detect whether one or more charge plugs are connected to one or more charge ports (104) of the plurality of charge ports (104). to supply electric power from an external power source; based on detecting that the one or more charge plugs are connected to the one or more charge inputs (104), actuating the set of pairs of battery contactors (206) based on one or more first predefined conditions; and Closing, based on detection of the one or more charge plugs connected to the one or more charge inlets (104), one or more pairs of the plurality of pairs of charge contactors (208) to close the one or more charge inlets (104 ) electrically connect to the corresponding one or more battery modules (202) of the plurality of battery modules (202) for charging the corresponding one or more battery modules (202).

Battery arrangement (100) after claim 1 , wherein the battery assembly (100) includes a battery management system (BMS) (108) operatively connected to the controller (106) and the battery pack (102), the BMS (108) being configured to manage parameters of the plurality of battery modules ( 202) of the battery pack (102) and based on the monitored parameters of the plurality of battery modules (202) to send one or more signals to the control unit (106).

Battery arrangement (100) after claim 1 , wherein when the control unit (106) determines that the one or more battery modules (202) are charged to a predefined state of charge or charging is stopped by a user, the control unit (106) is configured to charge the one or more opening a plurality of pairs of the plurality of pairs of charging contactors (208) to electrically isolate the one or more charging inputs (104) from the corresponding one or more battery modules (202) to allow charging of the corresponding one or more End battery modules (202).

Battery arrangement (100) after claim 3 wherein when the charging session of the corresponding one or more battery modules (202) ends, the controller (106) is configured to actuate the set of pairs of battery contactors (206) based on one or more second predefined conditions.

Battery arrangement (100) after claim 4 wherein, to actuate the set of pairs of battery contactors (206) based on the one or more second predefined conditions, the controller (106) is configured to: (a) determine whether a voltage in each of the plurality of battery modules (202) is equal, (b) in response to determining that the voltage in each of the plurality of battery modules (202) is equal, closing the set of pairs of battery contactors (206) to each of the plurality of battery modules (202 ) to connect to adjacent battery modules (202), (c) determining, in response to determining that the voltage in each of the plurality of battery modules (202) is not the same, one or more pairs of adjacent battery modules (202) to be the same having voltages, (d) closing, in response to determining the one or more pairs of adjacent battery modules (202) having the same voltage, corresponding pairs of battery contactors (206) to have the one or more determined pairs of adjacent battery modules (202) with to be electrically connected with the same voltage.

Battery arrangement (100) after claim 1 , wherein the control unit (106) for actuating the set of pairs of battery contactors (206) based on the one or more first defined conditions is configured to: determine, for each charge port of the plurality of charge ports (104) connected to the corresponding charge plug, whether one or more charge ports (104) adjacent to the charge port are connected to the charge plugs, and wherein, in response upon determining that the one or more adjacent inputs are not connected to the charge plugs, the controller (106) is configured to close the pairs of battery contactors (206) connected between the battery module connected to the corresponding charge plug corresponding charging input, and adjacent battery modules (202) corresponding to the one or more adjacent charging inputs (104) that are not connected to the charging connector are configured.

Battery arrangement (100) after claim 1 wherein the set of battery contactor pairs (206) is one less than the plurality of charging contactor pairs (208).