DE202023100580U1 - traction battery for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Traktionsbatterie (100) für ein Fahrzeug, wobei die Traktionsbatterie (100) Zellen (102) eines ersten Zelltyps und zumindest eines zweiten Zelltyps aufweist, wobei die Zellen (102) der unterschiedlichen Zelltypen innerhalb der Traktionsbatterie (100) elektrisch verschaltet sind. Traction battery (100) for a vehicle, the traction battery (100) having cells (102) of a first cell type and at least one second cell type, the cells (102) of the different cell types within the traction battery (100) being electrically connected.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug.The present invention relates to a traction battery for a vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Traktionsbatterien für elektrische Fahrzeuge beschrieben.The present invention is described in the following mainly in connection with traction batteries for electric vehicles.
In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann Antriebsenergie in einer Traktionsbatterie gespeichert werden. Die Traktionsbatterie besteht aus einer Vielzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen. Die Batteriezellen können auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein und innerhalb der Batteriemodule elektrisch miteinander verschaltet sein, wobei dann mehrere Batteriemodule innerhalb der Traktionsbatterie elektrisch miteinander verschaltet sind.In an electrically powered vehicle, drive energy can be stored in a traction battery. The traction battery consists of a large number of battery cells that are electrically connected to one another. The battery cells can also be combined to form battery modules and be electrically connected to one another within the battery modules, in which case a plurality of battery modules are then electrically connected to one another within the traction battery.
Unterschiedliche Fahrzeugtypen weisen dabei unterschiedliche Anforderungen an die verwendeten Batteriezellen auf. Daher werden in unterschiedlichen Fahrzeugtypen jeweils für die Anforderungen optimierte Batteriezellen verwendet. Beispielsweise können die Batteriezellen für einen ersten Fahrzeugtyp auf eine maximale Kapazität optimiert werden und für einen zweiten Fahrzeugtyp auf eine maximale Leistungsfähigkeit optimiert werden. Für einen dritten Fahrzeugtyp können die Batteriezellen auf eine maximale Lebensdauer optimiert werden.Different vehicle types have different requirements for the battery cells used. Therefore, battery cells optimized for the respective requirements are used in different vehicle types. For example, the battery cells can be optimized for maximum capacity for a first vehicle type and for maximum performance for a second vehicle type. For a third type of vehicle, the battery cells can be optimized for maximum service life.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine verbesserte Traktionsbatterie für ein Fahrzeug bereitzustellen. Eine Verbesserung kann hierbei beispielsweise eine Verwendung von standardisierbaren Zellen für unterschiedliche Anwendungen betreffen.It is therefore an object of the invention to provide an improved traction battery for a vehicle using means that are as simple as possible in terms of design. An improvement here can concern, for example, the use of cells that can be standardized for different applications.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.The object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden in einer Traktionsbatterie unterschiedliche Typen von insbesondere standardisierten Zellen miteinander kombiniert. Die Zellen können Akkumulatoren und/oder Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren sein. Dabei werden die unterschiedlichen Zelltypen innerhalb der Traktionsbatterie beziehungsweise innerhalb eines Batteriemoduls der Traktionsbatterie elektrisch leitend miteinander verbunden.In the approach presented here, different types of, in particular, standardized cells are combined with one another in a traction battery. The cells can be accumulators and/or capacitors, in particular supercapacitors. The different cell types within the traction battery or within a battery module of the traction battery are connected to one another in an electrically conductive manner.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann die Traktionsbatterie die Eigenschaften der unterschiedlichen Zellentypen vereinen. Die Zellen eines Zelltyps können ihre Stärken ausspielen, wo die Zellen des anderen Zelltyps eventuell Schwächen aufweisen. Durch das Mischen der Zelltypen können unterschiedliche standardisierte Zellen verwendet werden, um eine Traktionsbatterie mit gewünschten Eigenschaften zusammenzustellen.With the approach presented here, the traction battery can combine the properties of the different cell types. Cells of one cell type can play to their strengths where cells of the other cell type may have weaknesses. By mixing cell types, different standardized cells can be used to compose a traction battery with desired properties.
Es wird eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Traktionsbatterie Zellen eines ersten Zelltyps und zumindest eines zweiten Zelltyps aufweist, wobei die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen innerhalb der Traktionsbatterie elektrisch verschaltet sind.A traction battery for a vehicle is proposed, the traction battery having cells of a first cell type and at least one second cell type, the cells of the different cell types being electrically connected within the traction battery.
Eine Traktionsbatterie kann Antriebsenergie für einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs speichern. Die Traktionsbatterie kann auch zurückverstromte Bremsenergie speichern und wieder als Antriebsenergie bereitstellen. Die Traktionsbatterie kann ein Gehäuse aufweisen, in dem viele Zellen vor Umwelteinflüssen geschützt angeordnet sind. Die Zellen können alternativ auch über das Fahrzeug verteilt angeordnet sein. Die Traktionsbatterie kann ein Temperiersystem zum Temperieren der Zellen aufweisen. Die Traktionsbatterie kann einen gemeinsamen Pluspol und einen gemeinsamen Minuspol für alle in der Traktionsbatterie zusammengefassten Zellen aufweisen. Die Traktionsbatterie kann ein Batteriemanagementsystem aufweisen, um z.B. unterschiedliche Alterungszustände der Zellen zu kompensieren oder Ladezustände mehrerer Zellen auszubalancieren.A traction battery can store drive energy for an electric drive of a vehicle. The traction battery can also store recovered braking energy and provide it again as drive energy. The traction battery can have a housing in which many cells are protected from environmental influences. Alternatively, the cells can also be distributed over the vehicle. The traction battery can have a temperature control system for temperature control of the cells. The traction battery can have a common positive pole and a common negative pole for all cells combined in the traction battery. The traction battery can have a battery management system, e.g. to compensate for different aging states of the cells or to balance the charge states of several cells.
Die Zellen können unterschiedlich sein. Zellen können Akkumulatoren oder Kondensatoren sein. Die Kondensatoren können insbesondere Superkondensatoren sein. Beispielsweise können die Zellen unterschiedliche Zellchemien aufweisen, d.h. sich z.B. hinsichtlich von als Elektrolyt wirkenden Materialien, hinsichtlich an den Elektroden eingesetzten Materialien, etc. unterscheiden. Alternativ oder ergänzend können sich Zellen hinsichtlich ihres strukturellen Aufbaus unterscheiden, beispielsweise hinsichtlich ihrer äußeren Abmessungen, hinsichtlich der Flächen und/oder Dicken der darin aufgenommenen Elektroden, Membranen, etc., und/oder hinsichtlich anderer geometrischer Eigenschaften. Die unterschiedlichen Zellen können auch unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.The cells can be different. Cells can be accumulators or capacitors. In particular, the capacitors can be supercapacitors. For example, the cells can have different cell chemistries, i.e. they can differ, for example, with regard to the materials that act as an electrolyte, with regard to the materials used on the electrodes, etc. Alternatively or in addition, cells can differ with regard to their structural design, for example with regard to their external dimensions, with regard to the areas and/or thicknesses of the electrodes, membranes, etc. accommodated therein, and/or with regard to other geometric properties. The different cells can also have different electrical properties.
Beispielsweise können Zellen eines ersten Zelltyps Hochleistungszellen sein, während Zellen eines zweiten Zelltyps Hochenergiezellen sein können. Die Zellen des ersten Zelltyps können alternativ oder ergänzend eine erste Zellchemie aufweisen, während die Zellen des zweiten Zelltyps eine alternative Zellchemie aufweisen.For example, cells of a first cell type can be high-performance cells, while cells of a second cell type can be high-energy cells. Alternatively or additionally, the cells of the first cell type can have a first cell chemistry, while the cells of the second cell type have an alternative cell chemistry.
Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen können in einer Parallelschaltung verschaltet sein. Bei einer Parallelschaltung können alle Pluspole der Zellen und alle Minuspole der Zellen miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Die Parallelschaltung kann also einen gemeinsamen Pluspol und einen gemeinsamen Minuspol aufweisen. Dadurch liegen alle Pluspole auf dem gleichen elektrischen Potenzial. Ebenso liegen alle Minuspole auf dem gleichen elektrischen Potenzial. Bei der Parallelschaltung kann an allen Zellen die gleiche elektrische Spannung anliegen. Durch die unterschiedlichen Zellen können unterschiedliche elektrische Stromflüsse fließen.The cells of the different cell types can be connected in parallel. In the case of a parallel connection, all the positive poles of the cells and all the negative poles of the cells can be connected to one another in an electrically conductive manner. The parallel connection can therefore have a common positive pole and a common negative pole. As a result, all positive poles are at the same electrical potential. Likewise, all negative poles are at the same electrical potential. When connected in parallel, the same electrical voltage can be applied to all cells. Different electrical current flows can flow through the different cells.
Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen in der Parallelschaltung können ein vordefiniertes Verhältnis aufweisen. Beispielsweise kann ein Zelltyp öfter in der Parallelschaltung angeordnet sein als ein anderer Zelltyp. Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen können das gleiche Verhältnis aufweisen. Dann können von jedem Zelltyp gleich viele Zellen in der Parallelschaltung sein.The cells of the different cell types in the parallel connection can have a predefined ratio. For example, one cell type can be arranged in the parallel circuit more often than another cell type. The cells of the different cell types can have the same ratio. Then there can be the same number of cells of each cell type in the parallel connection.
Zumindest zwei Parallelschaltungen können als Reihenschaltung verschaltet sein. Bei einer Reihenschaltung ist jeweils ein Pluspol einer Parallelschaltung mit einem Minuspol der nächsten Parallelschaltung verbunden. Dadurch fließt durch alle Parallelschaltungen der gleiche elektrische Stromfluss. An jeder Parallelschaltung liegt ein Teil einer elektrischen Gesamtspannung über die Reihenschaltung an. Dabei kann eine Gruppe von parallel geschalteten Zellen als Zellblock bezeichnet werden. Dann werden Zellblöcke als Reihenschaltung elektrisch in Reihe geschaltet.At least two parallel circuits can be connected as a series circuit. In a series connection, a positive pole of a parallel circuit is connected to a negative pole of the next parallel circuit. As a result, the same electric current flows through all parallel circuits. A part of a total electrical voltage across the series circuit is present at each parallel circuit. A group of cells connected in parallel can be referred to as a cell block. Then cell blocks are electrically connected in series as a series connection.
Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen können in einer Reihenschaltung verschaltet sein. Bei einer Reihenschaltung ist jeweils ein Pluspol einer Zelle mit einem Minuspol der nächsten Zelle verbunden. Dadurch fließt durch alle Zellen der gleiche elektrische Stromfluss. An jeder Zelle liegt ein Teil einer elektrischen Gesamtspannung über die Reihenschaltung an.The cells of the different cell types can be connected in series. In a series circuit, the positive pole of one cell is connected to the negative pole of the next cell. As a result, the same electric current flows through all cells. A part of a total electrical voltage is applied to each cell via the series circuit.
Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen in der Reihenschaltung können ein vordefiniertes Verhältnis aufweisen. Beispielsweise kann ein Zelltyp öfter in der Reihenschaltung angeordnet sein, als ein anderer Zelltyp. Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen können das gleiche Verhältnis aufweisen. Dann können von jedem Zelltyp gleich viele Zellen in der Reihenschaltung sein. Ebenso können Zellblöcke aus parallel geschalteten Zellen in der Reihenschaltung ein vordefiniertes Verhältnis aufweisen.The cells of the different cell types in the series connection can have a predefined ratio. For example, one cell type can be arranged in the series connection more often than another cell type. The cells of the different cell types can have the same ratio. Then the same number of cells of each cell type can be connected in series. Likewise, cell blocks of cells connected in parallel in the series connection can have a predefined ratio.
Die Zellen der unterschiedlichen Zelltypen können in einer vordefinierten Reihenfolge in Reihe verschaltet sein. Durch die Reihenfolge der Zellen in der Reihenschaltung können Eigenschaften der unterschiedlichen Zellen verstärkt oder abgeschwächt werden. Ebenso können Zellblöcke von parallel geschalteten Zellen in einer vordefinierten Reihenfolge in Reihe geschaltet sein.The cells of the different cell types can be connected in series in a predefined order. The order in which the cells are connected in series allows the properties of the different cells to be strengthened or weakened. Likewise, cell blocks of cells connected in parallel can be connected in series in a predefined order.
Zumindest zwei Reihenschaltungen können als Parallelschaltung verschaltet sein. Bei einer Parallelschaltung können alle Pluspole der Reihenschaltungen und alle Minuspole der Reihenschaltungen miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Die Parallelschaltung kann also einen gemeinsamen Pluspol und einen gemeinsamen Minuspol aufweisen. Dadurch liegen alle Pluspole auf dem gleichen elektrischen Potenzial. Ebenso liegen alle Minuspole auf dem gleichen elektrischen Potenzial. Bei der Parallelschaltung kann an allen Reihenschaltungen die gleiche elektrische Spannung anliegen. Durch unterschiedliche Reihenschaltungen können unterschiedliche elektrische Stromflüsse fließen. Die Reihenschaltungen in der Parallelschaltung können ein vordefiniertes Verhältnis aufweisen.At least two series circuits can be connected as a parallel circuit. In the case of a parallel circuit, all the positive poles of the series circuits and all the negative poles of the series circuits can be connected to one another in an electrically conductive manner. The parallel connection can therefore have a common positive pole and a common negative pole. As a result, all positive poles are at the same electrical potential. Likewise, all negative poles are at the same electrical potential. When connected in parallel, the same electrical voltage can be applied to all series connections. Different electrical current flows can flow through different series connections. The series circuits in the parallel circuit can have a predefined ratio.
Zumindest eine der Reihenschaltungen kann über einen Gleichspannungswandler parallel zu den anderen Reihenschaltungen geschaltet sein. Ein Gleichspannungswandler kann eine elektrische Spannung verändern. Dadurch kann an zumindest einer der Reihenschaltungen eine andere Spannung anliegen. Beispielsweise kann die über den Gleichspannungswandler angeschlossene Reihenschaltung aus den Zellen des anderen Zelltyps bestehen.At least one of the series circuits can be connected in parallel to the other series circuits via a DC voltage converter. A DC converter can change an electrical voltage. As a result, a different voltage can be applied to at least one of the series circuits. For example, the series circuit connected via the DC voltage converter can consist of the cells of the other cell type.
Beispielsweise können Hochleistungszellen mit Hochenergiezellen verschaltet sein. Durch diese Kombination kann die Traktionsbatterie eine hohe Leistung und einen großen Energieinhalt aufweisen. Die positiven Eigenschaften können sich dabei ergänzen.For example, high-performance cells can be connected to high-energy cells. This combination allows the traction battery to have high performance and a large energy content. The positive properties can complement each other.
Die Traktionsbatterie kann Zellen eines dritten Zelltyps aufweisen. Ein dritter Zelltyp kann weitere gewünschte Eigenschaften aufweisen, die vorteilhaft mit den Eigenschaften der anderen Zelltypen kombiniert werden können. Der dritte Zelltyp kann die Eigenschaften beispielsweise durch eine dritte Zellchemie aufweisen.The traction battery can have cells of a third cell type. A third cell type can have other desired properties that can be advantageously combined with the properties of the other cell types. The third cell type can have the properties, for example, due to a third cell chemistry.
Figurenlistecharacter list
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 bis2 zeigen Traktionsbatterien gemäß Ausführungsbeispielen.
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1 until2 show traction batteries according to embodiments.
Die Figuren sind schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are schematic representations and only serve to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Hier sind zumindest drei Zellen 102 parallel zu einem Zellblock 104 verschaltet. Dabei sind hier zwei der Zellen 102 Zellen 102' eines ersten Zelltyps und eine der Zellen 102 eine Zelle 102" eines unterschiedlichen zweiten Zelltyps.At least three
In einem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Zellen 102 parallel zu dem Zellblock 104 verschaltet, wobei zwei Drittel der Zellen 102 Zellen 102' des ersten Zelltyps sind und ein Drittel der Zellen 102 Zellen 102" des zweiten Zelltyps sind.In one exemplary embodiment, a multiplicity of
In einem Ausführungsbeispiel sind zumindest drei Zellen 102 parallel zu dem Zellblock 104 verschaltet, wobei zumindest eine der Zellen 102 eine Zelle 102` des ersten Zelltyps ist, zumindest eine der Zellen 102 eine Zelle 102" des zweiten Zelltyps ist und zumindest eine der Zellen 102 eine Zelle eines weiteren dritten Zelltyps ist.In one exemplary embodiment, at least three
In einem Ausführungsbeispiel sind mehrere solche Zellblöcke 104 aus zumindest je drei Zellen 102 mit unterschiedlichen Zelltypen als eine Reihenschaltung 106 hintereinandergeschaltet, um die Traktionsbatterie 100 auszubilden.In one exemplary embodiment, a plurality of
In einem Ausführungsbeispiel sind mehrere solche Reihenschaltungen 106 aus zumindest je zwei Zellblöcken 104 als eine Parallelschaltung 108 verschaltet, um die Traktionsbatterie 100 auszubilden.In one exemplary embodiment, a plurality of
In einem Ausführungsbeispiel sind ein dritter Anteil der in Reihe geschalteten Zellen 102 Zellen eines dritten Zelltyps.In one embodiment, a third portion of the series-connected
In einem Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei solcher Reihenschaltungen 106 zu einer Parallelschaltung 108 elektrisch parallelgeschaltet, um die Traktionsbatterie 100 auszubilden.In one exemplary embodiment, at least two
In einem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 102 zumindest der einen Reihenschaltung 106 Zellen 102' des ersten Zelltyps und die Zellen 102 zumindest der anderen Reihenschaltung 106 Zellen 102" des zweiten Zelltyps.In one embodiment, the
In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Reihenschaltungen 106 über einen Gleichspannungswandler 110 elektrisch parallel zu den anderen Reihenschaltungen 106 geschaltet, um die Traktionsbatterie 100 auszubilden.In one exemplary embodiment, at least one of the
In einem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 102 der unterschiedlichen Zelltypen in einer definierten Reihenfolge elektrisch zu den Reihenschaltungen 106 verschaltet. Dabei kann sich die Reihenfolge von Reihenschaltung 106 zu Reihenschaltung 106 unterscheiden oder auch identisch sein.In one exemplary embodiment, the
Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen der Erfindung nochmals zusammengefasst bzw. mit einer geringfügig anderen Wortwahl dargestellt.In the following, possible configurations of the invention are summarized again or presented with a slightly different choice of words.
Es wird eine Mehrzellen-Batterie für Elektro- und Hybridfahrzeuge vorgestellt.A multi-cell battery for electric and hybrid vehicles is presented.
Batteriezellen können hinsichtlich verschiedener Parameter optimiert werden. Beispielsweise können Batteriezellen hinsichtlich ihrer gravimetrischen Leistungsdichte [W/kg], ihrer volumetrischen Leistungsdichte [W/I], ihrer gravimetrischen Energiedichte [Wh/kg], ihrer volumetrischen Energiedichte [Wh/I], ihrer zyklischen Alterung [Anzahl Lade- und Entlade-Zyklen bei definierter Entladetiefe und Grenze für Restkapazität und/oder Innenwiderstandszunahme], ihrer kalendarischen Alterung [Alter in Jahren bei definierter Grenze für Restkapazität und/oder Innenwiderstandszunahme], ihrer Selbstentladung [Kapazitätsverlust in % pro Jahr], ihrer Kosten [€/kWh für Materialien und Produktion], ihrer Betriebstemperaturbereiche [°C] oder ihrer Sicherheit [Hazard Level 0-7 bei definierten Missbrauchstests] optimiert werden.Battery cells can be optimized with regard to various parameters. For example, battery cells can be classified in terms of their gravimetric power density [W/kg], their volumetric power density [W/I], their gravimetric energy density [Wh/kg], their volumetric energy density [Wh/I], their cyclic aging [number of charging and discharging Cycles at a defined depth of discharge and limit for residual capacity and/or increase in internal resistance], their calendar aging [age in years at a defined limit for residual capacity and/or increase in internal resistance], their self-discharge [loss of capacity in % per year], their costs [€/kWh for materials and production], their operating temperature ranges [°C] or their safety [hazard level 0-7 in defined misuse tests].
Aktuelle Batterien verwenden meist nur einen Zelltyp. Die verwendete Zelle ist meist speziell für die Batterieapplikation entwickelt/angepasst. Standardisierte Zellen kommen dadurch nicht zum Einsatz, da sie meist nicht alle benötigten Parameter erfüllenCurrent batteries usually only use one type of cell. The cell used is usually specially developed/adapted for the battery application. Standardized cells are not used because they usually do not meet all the required parameters
Eine Batteriezelle ist damit nicht in allen Parametern optimal ausgelegt. Sie sind meist optimiert hinsichtlich Leistung oder Energie. Um akzeptable Werte für alle benötigten Parameter in einer Batterie zu erreichen, werden bei dem hier vorgestellten Ansatz unterschiedliche Zellen kombiniert, welche hinsichtlich Leistung und Energie, Energie und Sicherheit oder Energie und Kosten optimiert sind.A battery cell is therefore not optimally designed in all parameters. They are usually optimized in terms of performance or energy. To get acceptable values for all required parameters in one To achieve battery, the approach presented here combines different cells, which are optimized in terms of performance and energy, energy and safety or energy and costs.
Dazu werden unterschiedliche Zelltypen in einer Batterie verschaltet. In einem Ausführungsbeispiel sind bei einer Verschaltung von zwei Zelltypen Zellblöcke ausgebildet, in denen je eine erste Anzahl Zellen des ersten Typs parallel zu einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs geschaltet ist. Die Zellblöcke sind seriell verschaltet.To do this, different cell types are connected in a battery. In one exemplary embodiment, when two cell types are connected, cell blocks are formed in which a first number of cells of the first type is connected in parallel with a second number of cells of the second type. The cell blocks are connected in series.
In einem Ausführungsbeispiel sind erste Zellblöcke mit einer ersten Anzahl Zellen des ersten Typs ausgebildet. Die ersten Zellblöcke sind seriell verschaltet. Zweite Zellblöcke sind mit einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs ausgebildet. Die zweiten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Die seriellen Verschaltungen der ersten Zellblöcke und zweiten Zellblöcke sind parallel verschaltet.In one embodiment, first cell blocks are formed with a first number of cells of the first type. The first cell blocks are connected in series. Second cell blocks are formed with a second number of cells of the second type. The second cell blocks are also connected in series. The serial interconnections of the first cell blocks and second cell blocks are interconnected in parallel.
In einem Ausführungsbeispiel sind erste Zellblöcke mit einer ersten Anzahl Zellen des ersten Typs ausgebildet. Die ersten Zellblöcke sind seriell verschaltet. Zweite Zellblöcke sind mit einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs ausgebildet. Die zweiten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Die seriellen Verschaltungen der ersten Zellblöcke und zweiten Zellblöcke sind über Wandler (DC/DC-Wandler) gekoppelt.In one embodiment, first cell blocks are formed with a first number of cells of the first type. The first cell blocks are connected in series. Second cell blocks are formed with a second number of cells of the second type. The second cell blocks are also connected in series. The serial interconnections of the first cell blocks and second cell blocks are coupled via converters (DC/DC converters).
In einem Ausführungsbeispiel sind drei Zelltypen miteinander verschaltet. Dabei sind Zellblöcke ausgebildet, in denen je eine erste Anzahl Zellen des ersten Typs parallel zu einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs und einer dritten Anzahl des dritten Typs geschaltet ist. Die Zellblöcke sind seriell verschaltet.In one embodiment, three cell types are interconnected. Cell blocks are formed in which a first number of cells of the first type is connected in parallel with a second number of cells of the second type and a third number of the third type. The cell blocks are connected in series.
In einem Ausführungsbeispiel sind erste Zellblöcke mit einer ersten Anzahl Zellen des ersten Typs ausgebildet. Die ersten Zellblöcke sind seriell verschaltet. Zweite Zellblöcke sind mit einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs ausgebildet. Die zweiten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Dritte Zellblöcke sind mit einer dritten Anzahl Zellen des dritten Typs ausgebildet. Die dritten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Die seriellen Verschaltungen der ersten Zellblöcke, zweiten Zellblöcke und dritten Zellblöcke sind parallel verschaltet.In one embodiment, first cell blocks are formed with a first number of cells of the first type. The first cell blocks are connected in series. Second cell blocks are formed with a second number of cells of the second type. The second cell blocks are also connected in series. Third cell blocks are formed with a third number of cells of the third type. The third cell blocks are also connected in series. The serial interconnections of the first cell blocks, second cell blocks and third cell blocks are interconnected in parallel.
In einem Ausführungsbeispiel sind erste Zellblöcke mit einer ersten Anzahl Zellen des ersten Typs ausgebildet. Die ersten Zellblöcke sind seriell verschaltet. Zweite Zellblöcke sind mit einer zweiten Anzahl Zellen des zweiten Typs ausgebildet. Die zweiten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Dritte Zellblöcke sind mit einer dritten Anzahl Zellen des dritten Typs ausgebildet. Die dritten Zellblöcke sind ebenfalls seriell verschaltet. Die seriellen Verschaltungen der ersten Zellblöcke, zweiten Zellblöcke und dritten Zellblöcke sind über ein oder zwei Wandler (DC/DC-Wandler) gekoppelt.In one embodiment, first cell blocks are formed with a first number of cells of the first type. The first cell blocks are connected in series. Second cell blocks are formed with a second number of cells of the second type. The second cell blocks are also connected in series. Third cell blocks are formed with a third number of cells of the third type. The third cell blocks are also connected in series. The serial interconnections of the first cell blocks, second cell blocks and third cell blocks are coupled via one or two converters (DC/DC converters).
Auch eine Kombination von mehr als drei Zelltypen ist möglich. Praktisch steigt jedoch der Aufwand mit steigender Anzahl an Zelltypen (für die Entwicklung (Abstimmung der Zellen zueinander), die Verfügbarkeit und Logistik, ...) und Skaleneffekte mit niedrigeren Stückzahlen der einzelnen Zelltypen werden geringer.A combination of more than three cell types is also possible. In practice, however, the effort increases with an increasing number of cell types (for development (coordination of the cells to each other), availability and logistics, ...) and economies of scale with lower quantities of the individual cell types decrease.
Der hier vorgestellte Ansatz kann in Batteriesystemen eingesetzt werden. Der Preis für die Batteriesysteme kann gesenkt werden. Es müssen keine batteriespezifischen Zellen spezifiziert und erprobt werden. Es können Zellen unterschiedlicher Lieferanten eingesetzt und kombiniert werden.The approach presented here can be used in battery systems. The price of the battery systems can be lowered. No battery-specific cells need to be specified and tested. Cells from different suppliers can be used and combined.
Durch die geschickte Kombination von Zellen können bessere Batterieparameter erreicht werden als mit einer für eine Batterie spezifische Zelle. Zudem können Batterievarianten mit unterschiedlichen Leistungs- und Kapazitätswerten leichter gebildet werden, ohne Neuentwicklung von Zellen.By cleverly combining cells, better battery parameters can be achieved than with a cell specific to a battery. In addition, battery variants with different performance and capacity values can be formed more easily without having to develop new cells.
In einer bevorzugten Ausführung sind Hochenergiezellen des ersten Typs und Hochleistungszellen des zweiten Typs beziehungsweise Hochenergiezellen des ersten Typs und Hochenergiezellen des zweiten Typs beziehungsweise Hochleistungszellen des ersten Typs und Hochleistungszellen des zweiten Typs in standardisierten Formaten (u.a. Rundzellen 18650, 2170, 4680) zu einer in allen benötigten Parametern optimierten Batterie möglichst ohne den Einsatz teurer DC/DC-Wandler verschaltet.In a preferred embodiment, high-energy cells of the first type and high-performance cells of the second type or high-energy cells of the first type and high-energy cells of the second type or high-performance cells of the first type and high-performance cells of the second type in standardized formats (including round cells 18650, 2170, 4680) are one in all battery optimized for the required parameters, if possible without the use of expensive DC/DC converters.
Beispielsweise können so „NMC High Energy“ mit „NMC High Power“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Energy“ mit „LFP High Energy“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Energy“ mit „LFP High Power“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Power“ mit „LFP High Energy“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Power“ mit „LFP High Power“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Energy“ mit „LiC High Power“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Energy“ mit „NMx High Energy“ verschaltet werden. Ebenso können „NMC High Energy“ mit „NA+ High Energy“ verschaltet werden. Ebenso können „NMx High Energy“ mit „NA+ High Energy“ verschaltet werden.For example, "NMC High Energy" can be interconnected with "NMC High Power". "NMC High Energy" can also be interconnected with "LFP High Energy". "NMC High Energy" can also be interconnected with "LFP High Power". "NMC High Power" can also be interconnected with "LFP High Energy". "NMC High Power" can also be interconnected with "LFP High Power". Likewise, "NMC High Energy" can be interconnected with "LiC High Power". "NMC High Energy" can also be interconnected with "NMx High Energy". "NMC High Energy" can also be interconnected with "NA+ High Energy". "NMx High Energy" can also be interconnected with "NA+ High Energy".
Dabei steht NMx für Nickel Mangan (ohne Kobalt), NMC für Nickel Mangan Kobalt, NCA für Lithium-Cobalt-Aluminium-Oxid, LFP für Lithium Eisenphosphat, LMP für Lithiummanganphosphat, LMFP für Lithiummanganeisenphosphat, LCO für Lithium-Cobalt-Oxid, LiC für Lithium Ionen Kondensator, LTO für Lithium Titanat (Oxid), und LiS für Lithium Schwefel.NMx stands for nickel manganese (without cobalt), NMC for nickel manganese cobalt, NCA for lithium cobalt aluminum oxide, LFP for lithium iron phosphate, LMP for lithium manganese phosphate, LMFP for lithium manganese iron phosphate, LCO for lithium cobalt oxide, LiC for lithium ion capacitor, LTO for lithium titanate (oxide), and LiS for lithium sulfur.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden Zellen des ersten Typs und Zellen des zweiten Typs mit ähnlichen OCV-Kennlinien verwendet, um die Ausgleichsströme zwischen parallel verschalteten Zellen zu minimieren und einen möglichst großen SOC-Bereich beider Zelltypen nutzen zu können. Die Anzahl der Zellen des ersten Typs im Verhältnis zur Anzahl der Zellen des zweiten Typs wird so gewählt, dass die gewünschten Ladeströme der Batterie erzielt werden. Der gewünschte Ladestrom der Batterie ergibt sich dabei aus ((Ladestrom der Zelle des ersten Typs)*(Anzahl an parallelen Zellen des ersten Typs)+(Ladestrom der Zelle des zweiten Typs)*(Anzahl an parallelen Zellen des zweiten Typs))/((Anzahl an parallelen Zellen des ersten Typs)+(Anzahl an parallelen Zellen des zweiten Typs)).In a further preferred embodiment, cells of the first type and cells of the second type with similar OCV characteristics are used in order to minimize the equalizing currents between cells connected in parallel and to be able to use the largest possible SOC range of both cell types. The number of cells of the first type in relation to the number of cells of the second type is chosen in such a way that the desired charging currents of the battery are achieved. The desired charging current of the battery results from ((charging current of the cell of the first type)*(number of parallel cells of the first type)+(charging current of the cell of the second type)*(number of parallel cells of the second type))/( (number of parallel cells of the first type)+(number of parallel cells of the second type)).
Die Zellen des ersten Typs und des zweiten Typs werden so angeordnet, dass die Ausgleichsströme bei unterschiedlichen Innenwiderständen von Zellen des ersten Typs zu Zellen des zweiten Typs über die parallele Verschaltungen minimiert werden. Die Zellen des ersten Typs und des zweiten Typs werden so angeordnet, dass das thermische Verhalten des Batteriepacks im Betrieb optimiert ist. Zellen mit niedrigerem Innenwiderstand heizen die benachbarten Zellen weniger auf.The cells of the first type and of the second type are arranged in such a way that the equalizing currents are minimized in the case of different internal resistances of cells of the first type to cells of the second type via the parallel interconnections. The cells of the first type and the second type are arranged in such a way that the thermal behavior of the battery pack is optimized during operation. Cells with a lower internal resistance heat up the neighboring cells less.
Die Zellen des ersten Typs und des zweiten Typs werden so angeordnet, dass ein thermischen Durchgehen (Thermal Propagation) im Falle eines thermischen Durchgehens einer einzelnen Zelle (Thermal Runaway) vermieden wird. Zellen mit niedrigerem Energieinhalt zeigen meist eine geringere Energieabgabe im Falle eines Thermal Runaway.The cells of the first type and the second type are arranged in such a way that thermal runaway (thermal propagation) is avoided in the event of thermal runaway of a single cell (thermal runaway). Cells with lower energy content usually show a lower energy output in the event of a thermal runaway.
In einem Ausführungsbeispiel wird dies durch eine Anordnung mit gleicher Anzahl Zellen des ersten Typs und des zweiten Typs erreicht.In one embodiment, this is achieved by an arrangement with the same number of cells of the first type and of the second type.
In einem Ausführungsbeispiel wird dies durch eine Anordnung mit doppelt so vielen Zellen des ersten Typs wie Zellen des zweiten Typs erreicht.In one embodiment, this is achieved by an array having twice as many cells of the first type as cells of the second type.
Da es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.Since the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they can be modified to a large extent in the usual manner by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to one another are merely exemplary.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Traktionsbatterietraction battery
- 102102
- Zellecell
- 104104
- Zellblockcell block
- 106106
- Reihenschaltungseries connection
- 108108
- Parallelschaltungparallel circuit
- 110110
- GleichspannungswandlerDC converter
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE202023100580.2U DE202023100580U1 (en) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | traction battery for a vehicle |
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DE202023100580.2U DE202023100580U1 (en) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | traction battery for a vehicle |
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DE202023100580U1 true DE202023100580U1 (en) | 2023-02-27 |
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ID=85571086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE202023100580.2U Active DE202023100580U1 (en) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | traction battery for a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE202023100580U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023107676A1 (en) | 2023-02-28 | 2024-08-29 | GM Global Technology Operations LLC | LAYOUT FOR A BATTERY ASSEMBLY WITH CELLS OF MIXED CHEMICAL COMPOSITION |
-
2023
- 2023-02-08 DE DE202023100580.2U patent/DE202023100580U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |