EP2504192A2 - Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen - Google Patents

Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen

Info

Publication number
EP2504192A2
EP2504192A2 EP10765400A EP10765400A EP2504192A2 EP 2504192 A2 EP2504192 A2 EP 2504192A2 EP 10765400 A EP10765400 A EP 10765400A EP 10765400 A EP10765400 A EP 10765400A EP 2504192 A2 EP2504192 A2 EP 2504192A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
battery
drive system
battery module
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10765400A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Fetzer
Stefan Butzmann
Holger Fink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
SB LiMotive Germany GmbH
SB LiMotive Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SB LiMotive Germany GmbH, SB LiMotive Co Ltd filed Critical SB LiMotive Germany GmbH
Publication of EP2504192A2 publication Critical patent/EP2504192A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/40Working vehicles
    • B60L2200/42Fork lift trucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/10DC to DC converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Definitions

  • a typical propulsion system for hybrid and electric vehicles usually includes a battery which feeds the electric motor via an inverter for generating alternating current of a frequency suitable for a desired engine speed, or from this in generator operation, e.g. is charged via the inverter during braking.
  • the inverter is usually equipped on its DC side with a smoothing capacitor to buffer the input voltage.
  • the battery systems must fulfill a wide variety of requirements.
  • an electric motor / generator with a battery system can be added to an internal combustion engine or, in a purely electric vehicle, take on the drive tasks alone.
  • vehicle classes which differ massively in terms of moving mass, the required acceleration and the desired speed. Examples of different vehicle classes would be trucks, cars (divided into different classes from microcar to sedan, sports cars, delivery vehicles, etc.) or electric utility vehicles such as stacker.
  • P / E ratio indicates the ratio of power P to energy E.
  • the power P refers to the peak power PPeak, which a battery system must provide for a period of, for example, 10 s in the vehicle, the energy E to the energy content of the battery system, which starting from a full charged battery can be removed at room temperature with a suitably selected constant current in one hour, so that the battery is then fully discharged (or has reached the allowable lower voltage limit).
  • the P / E ratio typically assumes values greater than 30, for plug-in hybrid vehicles (hybrid vehicles with external charging capability), the required P / E ratio is dependent on the required range for pure e-driving in A range of between 5 and 10. For electric vehicles with a range of 100km and more, it is about 3.
  • the P / E ratio can assume values of about 5, similar to the plug-in hybrid vehicles.
  • n food battery system / (capacity egg nizeize * rated voltage)
  • the n battery cells can be connected in various configurations in the battery system, for example as a series connection of all n battery cells, as a parallel connection of two strings each with n / 2 series connected battery cells, as a parallel connection of three strings with n / 3 series connected battery cells, etc
  • this results directly in the voltage range of the battery system.
  • lithium-ion cells with a voltage range from about 2.8V (discharged) to 4.2V (charged) results for a battery system with, for example, 100 series-connected battery cells, a voltage range of 280 to 420V, with two strands each 50 cells accordingly from 140 to 210V.
  • Both configurations mentioned by way of example have the same energy content, but have a different voltage range as an interface to the inverter and the electric motor.
  • the inverter and the electric motor must therefore be completely different for the two exemplary battery configurations. be designed. This prevents standardization of the components battery, pulse-controlled inverter, electric motor and possibly battery charger.
  • An electric drive system is desirable, which allows standardization of the above-mentioned components by means of an output voltage set to a fixed value.
  • the invention therefore introduces a device which can overcome at least one of the above-mentioned disadvantages of the prior art.
  • a first aspect of the invention introduces a drive system for an electric vehicle that includes an electric motor and an inverter for generating an AC voltage for operating the electric motor from a DC voltage having a predetermined fixed voltage value.
  • the drive system has a DC / DC converter, which is designed to generate the DC voltage, and has a first and a second input for connecting a battery module.
  • the drive system of the first aspect of the invention allows the inverter and electric motor to be optimized for a fixed operating voltage because the DC / DC converter can always provide the fixed operating voltage regardless of the actual voltage of the battery module. This also eliminates the operation in sinking with the discharge voltages that mean a mismatch of the inverter and the electric motor over a wide voltage range. In addition, a flexible interface to the battery module is created, whose output voltage can now be within a wide range.
  • the drive system has a buffer capacitor having a first electrode connected to a first input of the inverter and a second electrode connected to a second input of the inverter.
  • the buffer capacitor buffers the input voltage of the inverter, which cushions short-term load fluctuations.
  • the DC / DC converter is bidirectionally designed and configured to generate a charging voltage for the battery module from the AC voltage of the electric motor. This makes it possible to return excess kinetic energy during braking via the generator effect of the electric motor in the battery.
  • the predetermined fixed voltage value is preferably between 370 and 430 volts (in particular for hybrid vehicles and electric vehicles as passenger cars) or between 700 and 800 volts (in particular for so-called commercial vehicles or light commercial vehicles). These voltages are particularly suitable for the specified purposes.
  • a second aspect of the invention introduces a battery module for an electric vehicle.
  • the battery module has a multiplicity of battery cells and, according to the invention, a first DC / DC converter which is designed to generate a DC voltage having a predetermined fixed voltage value.
  • the second aspect of the invention offers the same advantages as the first aspect of the invention, but here the DC / DC converter is integrated into the battery module instead of the drive system.
  • the battery module preferably has a second DC / DC converter, which is connected in series or in parallel with the first DC / DC converter on the output side. This increases the flexibility and it can easily be adjusted in each case required P / E ratio largely independent of the battery cells used.
  • a third aspect of the invention relates to an electric vehicle with a drive system according to the first aspect of the invention or with a battery module according to the second aspect of the invention.
  • FIG. 2 shows a battery module 15 according to the invention with a drive system according to the prior art
  • Fig. 3 in two sub-figures a) and b) particular embodiments of battery modules 15 according to the invention.
  • FIG. 1 shows a drive system according to the invention with a battery module 15 connected thereto according to the prior art.
  • An electric motor 1 1 is connected to an inverter 12 and receives from this an AC voltage of a frequency required for a respective speed.
  • the electric motor 1 1 can generate an alternating voltage and output to the inverter 12, which generates a charging current for the battery module 15 via the bidirectionally designed DC / DC converter 14.
  • a buffer capacitor 13 is connected.
  • the input voltage of the inverter 12 is generated by a DC / DC converter 14, which is connected on the input side to a battery module 15 with a plurality of battery cells.
  • FIG. 2 shows a battery module 15 according to the invention with a drive system according to the prior art.
  • the battery module 15 has an internal DC / DC converter 14 which generates a DC voltage having a predetermined fixed voltage value as the output voltage of the battery module 15.
  • the battery module 15 is connected to a conventional drive system having a buffer capacitor 13, an inverter 12, and an electric motor 11.
  • FIG. 3 shows in two sub-illustrations a) and b) particular embodiments of battery modules 15 according to the invention.
  • a second DC / DC converter 16 is added to a first DC / DC converter 14.
  • a string of battery cells is connected, which can also be interconnected in terms of potential, as indicated in the figure by a dashed line.
  • the two DC / DC converters 14 and 16 are connected in series on the output side, so that the DC voltage with a predetermined fixed voltage value is generated as the sum of the output voltages of the two DC / DC converters 14 and 16.
  • the second example of the sub-figure b) essentially corresponds to that of the first one, which is why the above statement also applies to the second example in a similar way.
  • the first and the second DC / DC converters 14 and 16 are connected in parallel on the output side, so that each DC / DC converter 14, 16 must generate the DC voltage with a predefined fixed voltage value, but the respectively provided output power adds up. This arrangement also offers great flexibility because one of the DC / DC converters can temporarily be shut down and disconnected from the output.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug sowie ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Antriebssystem. Ein separater Lösungsaspekt betrifft ein Batteriemodul (15) für ein Elektrofahrzeug sowie ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Batteriemodul (15). Das Antriebssystem umfasst einen Elektromotor (11) und einen Wechselrichter (12) zur Erzeugung einer Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors (11) aus einer Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert. Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem einen DC/DC- Umsetzer (14) auf, welcher ausgebildet ist, die Gleichspannung zu erzeugen, und einen ersten und einen zweiten Eingang für das Anschließen eines Batteriemoduls (15) aufweist. Das Batteriemodul (15) weist eine Vielzahl von Batteriezellen und einen ersten DC/DC-Umsetzer (14) auf, welcher ausgebildet ist, eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert zu erzeugen.

Description

Beschreibung
Titel
Serienschaltung von Schaltreglern zur Energieübertragung in Batteriesvstemen Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft in Fahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Ein typisches Antriebssystem für Hybrid- und Elektrofahrzeuge umfasst gewöhnlich eine Batterie, welche über einen Wechselrichter zur Erzeugung von Wechselstrom einer für eine gewünschte Motordrehzahl geeigneten Frequenz den Elektromotor speist, bzw. von diesem im Generatorbetrieb z.B. bei Bremsvorgängen über den Wechselrichter aufgeladen wird. Der Wechselrichter wird auf seiner Gleichspannungsseite üblicherweise mit einem Glättungskondensator ausgestattet, um die Eingangsspannung zu puffern.
Die Batteriesysteme müssen je nach Einsatzzweck unterschiedlichste Anforderungen erfüllen. So kann in einem Hybrid-Fahrzeug ein Elektromotor/generator mit Batteriesystem ergänzend zu einem Verbrennungsmotor hinzutreten, oder aber in einem reinen Elektrofahrzeug die Antriebsaufgaben allein übernehmen. Hinzukommt, dass es unterschiedlichste Fahrzeugklassen gibt, die sich hinsichtlich der zu bewegenden Gesamtmasse, der erforderlichen Beschleunigung und der gewünschten Geschwindigkeit massiv unterscheiden. Beispiele für unterschiedliche Fahrzeugklassen wären LKWs, PKWs (aufgeteilt in verschiedene Klassen vom Kleinstwagen bis zur Limousine, Sportautos, Lieferfahrzeuge etc.) oder elektrische Nutzfahrzeuge wie Gapelstapler.
Eine Anforderung an Batteriesysteme wird gewönlich als sog. P/E-Verhältnis charakterisiert, welches das Verhältnis von Leistung P zu Energie E angibt. Die Leistung P bezieht sich dabei auf die Spitzenleistung PPeak, die ein Batteriesystem für eine Zeitdauer von z.B. 10s im Fahrzeug bereitstellen muss, die Energie E auf den Energieinhalt des Batteriesystems, welcher ausgehend von einer voll- geladenen Batterie bei Raumtemperatur mit einem geeignet gewählten Konstantstrom in einer Stunde entnommen werden kann, so dass die Batterie anschließend vollständig entladen ist (bzw. die zulässige untere Spannungsgrenze erreicht hat). Bei Hybrid-Fahrzeugen nimmt das P/E-Verhältnis typischerweise Werte größer 30 an, bei Plug-in Hybridfahrzeugen (Hybrid-Fahrzeugen mit externer Auflademöglichkeit) liegt das geforderte P/E-Verhältnis abhängig von der geforderten Reichweite für den reinen E-Fahrbetrieb in einem Bereich zwischen 5 und 10. Bei Elektrofahrzeugen mit einer Reichwerte von 100km und mehr liegt es bei etwa 3. Bei Sportautos mit Elektroantrieb kann das P/E-Verhältnis ähnlich wie bei den Plug-in Hybrid-Fahrzeugen Werte von etwa 5 annehmen.
Um den erforderlichen Energieinhalt und die geforderten Leistungsdaten mit der Traktionsbatterie ohne Überdimensionierung realisieren zu können, sind Batteriezellen erforderlich, deren P/E-Verhältnis wenigstens nahezu dem für das Batteriesystem geforderten entspricht. Die Anzahl n der erforderlichen Batteriezellen ist abhängig von der Kapazität und der Nennspannung (mittlere Spannung über einen kompletten Entladevorgang) der eingesetzten Batteriezellen. Sie kann wie folgt ermittelt werden: n = Eßatteriesystem / (KapazitätEinzeizeiie * Nennspannung)
Die n Batteriezellen können in verschiedenen Konfigurationen in dem Batteriesystem verschaltet werden, z.B. als Serienschaltung aller n Batteriezellen, als Parallelschaltung von zwei Strängen mit jeweils n/2 in Serie geschalteten Batteriezellen, als Parallelschaltung von drei Strängen mit jeweils n/3 in Serie geschalteten Batteriezellen usw. Bei gegebenem Spannungsbereich der Batteriezellen ergibt sich somit direkt der Spannungsbereich des Batteriesystems. Bei Einsatz von Lithium-Ionen Zellen mit einem Spannungsbereich von ca. 2,8V (entladen) bis 4,2V (geladen) ergibt sich für ein Batteriesystem mit beispielsweise 100 in Serie geschalteten Batteriezellen ein Spannungsbereich von 280 bis 420V, bei zwei Strängen zu je 50 Zellen dementsprechend von 140 bis 210V. Beide beispielhaft genannten Konfigurationen weisen den gleichen Energieinhalt auf, haben aber einen unterschiedlichen Spannungsbereich als Schnittstelle zu Wechselrichter und Elektromotor. Der Wechselrichter und der Elektromotor müssen somit für die beiden beispielhaft betrachteten Batteriekonfigurationen völlig an- ders ausgelegt werden. Dies verhindert eine Standardisierung der Komponenten Batterie, Pulswechselrichter, Elektromotor und ggf. Batterieladegerät.
Ein elektrisches Antriebssystem ist wünschenswert, welches durch eine auf einen festen Wert eingestellte Ausgangsspannung eine Standardisierung der oben genannten Komponenten erlaubt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung führt daher eine Vorrichtung ein, die wenigstens einen der obengenannten Nachteile des Standes der Technik überwinden kann.
Ein erster Aspekt der Erfindung führt ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug ein, das einen Elektromotor und einen Wechselrichter zur Erzeugung einer Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors aus einer Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert umfasst. Erfindungsgemäß verfügt das Antriebssystem über einen DC/DC-Umsetzer, welcher ausgebildet ist, die Gleichspannung zu erzeugen, und einen ersten und einen zweiten Eingang für das Anschließen eines Batteriemoduls aufweist.
Das Antriebssystem des ersten Erfindungsaspektes erlaubt es, Wechselrichter und Elektromotor für eine feste Betriebsspannung zu optimieren, weil der DC/DC-Umsetzer unabhängig von der tatsächlichen Spannung des Batteriemoduls immer die feste Betriebsspannung bereitstellen kann. Dadurch entfällt auch der Betrieb bei mit der Entladung sinkenden Spannungen, die eine Fehlanpassung des Wechselrichters und des Elektromotors über einen weiten Spannungsbereich bedeuten. Zudem wird eine flexible Schnittstelle zum Batteriemodul geschaffen, dessen Ausgangsspannung nun in einem weiten Bereich liegen kann.
Bevorzugt verfügt das Antriebssystem über einen Pufferkondensator, der eine an einen ersten Eingang des Wechselrichters angeschlossene erste Elektrode und eine an einen zweiten Eingang des Wechselrichters angeschlossene zweite Elektrode aufweist. Der Pufferkondensator puffert die Eingangsspannung des Wechselrichters, wodurch kurzfristige Lastschwankungen abgefedert werden. Besonders bevorzugt ist der DC/DC-Umsetzer bidirektional ausgelegt und ausgebildet, aus der Wechselspannung des Elektromotors eine Ladespannung für das Batteriemodul zu erzeugen. Dadurch wird es möglich, überschüssige kinetische Energie beim Bremsen über die Generatorwirkung des Elektromotors in die Batterie zurückzuführen.
Der vorgegebene feste Spannungswert beträgt vorzugsweise zwischen 370 und 430 Volt (insbesondere für Hybrid-Fahrzeuge und Elektrofahrzeuge als PKWs) oder zwischen 700 und 800 Volt (insbesondere für sog. Commercial Vehicles oder Light Commercial Vehicles). Diese Spannungen sind für die angegebenen Einsatzzwecke besonders geeignet.
Ein zweiter Erfindungsaspekt führt ein Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug ein. Das Batteriemodul besitzt eine Vielzahl von Batteriezellen sowie gemäß der Erfindung einen ersten DC/DC-Umsetzer, welcher ausgebildet ist, eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert zu erzeugen.
Der zweite Erfindungsaspekt bietet dieselben Vorteile wie der erste Erfindungsaspekt, allerdings ist hier der DC/DC-Umsetzer in das Batteriemodul integriert anstatt in das Antriebssystem.
Bevorzugt weist das Batteriemodul einen zweiten DC/DC-Umsetzer auf, welcher mit dem ersten DC/DC-Umsetzer ausgangsseitig in Serie oder parallel geschaltet ist. Dadurch erhöht sich die Flexibilität und es kann einfach ein jeweils benötigtes P/E-Verhältnis weitgehend unabhängig von den eingesetzten Batteriezellen eingestellt werden.
Ein dritter Erfindungsaspekt betrifft ein Elektrofahrzeug mit einem Antriebssystem nach dem ersten Erfindungsaspekt oder mit einem Batteriemodul nach dem zweiten Erfindungsaspekt.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem daran angeschlossenen Batteriemodul 15 gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 15 mit einem Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 3 in zwei Unterabbildungen a) und b) besondere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Batteriemodule 15.
Ausführliche Beschreibung der Abbildungen
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem daran angeschlossenen Batteriemodul 15 gemäß dem Stand der Technik. Ein Elektromotor 1 1 ist an einen Wechselrichter 12 angeschlossen und erhält von diesem eine Wechselspannung einer für eine jeweilige Drehzahl benötigten Frequenz. Im Generatorbetrieb kann der Elektromotor 1 1 eine Wechselspannung erzeugen und an den Wechselrichter 12 ausgeben, welcher über den bidirektionel ausgelegten DC/DC- Umsetzer 14 einen Ladestrom für das Batteriemodul 15 erzeugt. Am Eingang des Wechselrichters 12 ist ein Pufferkondensator 13 angeschlossen. Die Eingangsspannung des Wechselrichters 12 wird von einem DC/DC-Umsetzer 14 erzeugt, der eingangsseitig an ein Batteriemodul 15 mit einer Vielzahl von Batteriezellen angeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 15 mit einem Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik. Das Batteriemodul 15 verfügt über einen internen DC/DC-Umsetzer 14, welcher eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert als Ausgangsspannung des Batteriemoduls 15 erzeugt. Das Batteriemodul 15 ist an ein herkömmliches Antriebssystem mit einem Pufferkondensator 13, einem Wechselrichter 12 und einem Elektromotor 1 1 angeschlossen.
Fig. 3 zeigt in zwei Unterabbildungen a) und b) besondere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Batteriemodule 15. Im ersten Beispiel der Unterabbildung a) tritt zu einem ersten DC/DC-Umsetzer 14 ein zweiter DC/DC-Umsetzer 16 hinzu. An die Eingänge der beiden DC/DC- Umsetzer 14 und 16 ist jeweils ein Strang von Batteriezellen angeschlossen, welche auch potentialmäßig miteinander verbunden werden können, wie im Bild durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die beiden DC/DC-Umsetzer 14 und 16 sind ausgangsseitig in Serie geschaltet, so dass die Gleichspannung mit vorgegebenem festem Spannungswert als Summe der Ausgangsspannungen der beiden DC/DC-Umsetzer 14 und 16 erzeugt wird. Es kann selbstverständlich auch eine größere Anzahl von DC/DC-Umsetzern ausgangsseitig in Serie geschaltet werden. Vorteilhaft ist die große Flexibilität der Anordnung. So ist es möglich, dass einem Strang von Batteriezellen mehr Energie entnommen wird als anderen Strängen, um Unterschiede im Ladungszustand der Stränge auszugleichen. Gegebenenfalls kann ein DC/DC-Umsetzer sogar ganz abgeschaltet werden.
Das zweite Beispiel der Unterabbildung b) entspricht im wesentlichen dem des ersten, weshalb das Obengesagte so oder ähnlich auch auf das zweite Beispiel zutrifft. Als wesentlicher Unterschied sind der erste und der zweite DC/DC- Umsetzer 14 und 16 ausgangsseitig parallel geschaltet, so dass jeder DC/DC- Umsetzer 14, 16 die Gleichspannung mit vorgegebenen festen Spannungswert erzeugen muss, wobei sich jedoch die jeweils bereitgestellte Ausgangsleistung summiert. Auch diese Anordnung bietet große Flexibilität, weil einer der DC/DC- Umsetzer zeitweise außer Betrieb und vom Ausgang abgetrennt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug, das Antriebssystem umfassend einen Elektromotor (1 1 ) und einen Wechselrichter (12) zur Erzeugung einer Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors (1 1 ) aus einer Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert, gekennzeichnet durch einen DC/DC-Umsetzer (14), welcher ausgebildet ist, die Gleichspannung zu erzeugen, und einen ersten und einen zweiten Eingang für das Anschließen eines Batteriemoduls (15) aufweist.
2. Das Antriebssystem von Anspruch 1 , mit einem Pufferkondensator (13), der eine an einen ersten Eingang des Wechselrichters (12) angeschlossene erste Elektrode und eine an einen zweiten Eingang des Wechselrichters (12) angeschlossene zweite Elektrode aufweist.
3. Das Antriebssystem von einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der DC/DC-Umsetzer (14) bidirektional ausgelegt und ausgebildet ist, aus der Wechselspannung des Elektromotors (1 1 ) eine Ladespannung für das Batteriemodul (15) zu erzeugen.
4. Das Antriebssystem von einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene feste Spannungswert zwischen 370 und 430 Volt oder zwischen 700 und 800 Volt beträgt.
5. Ein Batteriemodul (15) für ein Elektrofahrzeug mit einer Vielzahl von Batteriezellen, gekennzeichnet durch einen ersten DC/DC-Umsetzer (14), welcher ausgebildet ist, eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen festen Spannungswert zu erzeugen.
6. Das Batteriemodul (15) von Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zweiten DC/DC-Umsetzer (16), welcher mit dem ersten DC/DC-Umsetzer (14) ausgangsseitig in Serie oder parallel geschaltet ist.
7. Ein Elektrofahrzeug mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem Batteriemodul (15) nach einem der Ansprüche 5 oder 6.
EP10765400A 2009-11-24 2010-09-27 Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen Withdrawn EP2504192A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009047065A DE102009047065A1 (de) 2009-11-24 2009-11-24 Serienschaltung von Schaltreglern zur Energieübertragung in Batteriesystemen
PCT/EP2010/064213 WO2011064010A2 (de) 2009-11-24 2010-09-27 Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2504192A2 true EP2504192A2 (de) 2012-10-03

Family

ID=43901862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10765400A Withdrawn EP2504192A2 (de) 2009-11-24 2010-09-27 Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2504192A2 (de)
DE (1) DE102009047065A1 (de)
WO (1) WO2011064010A2 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106252755B (zh) * 2016-08-30 2021-11-02 北京宏信万涛科技有限公司 一种系统可重构的标准化蓄电池系统
GB2556914A (en) 2016-11-25 2018-06-13 Dyson Technology Ltd Battery system
US20210242692A1 (en) * 2018-05-09 2021-08-05 Byton Limied Flexibly configurable traction battery
DE102018213240A1 (de) * 2018-08-07 2020-02-13 Kässbohrer Geländefahrzeug AG Pistenraupe mit einem Kettenlaufwerk
DE102019201151A1 (de) * 2019-01-30 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Kapazität in einem Zwischenkreis eines elektrischen Antriebssystems

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4426017A1 (de) * 1994-07-22 1996-02-01 Walter Dr Ing Soehner Stromversorgungsgerät, insbesondere Batterie-Ladegerät für Elektrofahrzeuge oder dergleichen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4042377C2 (de) * 1990-04-27 1996-11-14 Baumueller Nuernberg Gmbh Elektrische Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug
US5710699A (en) * 1996-05-28 1998-01-20 General Electric Company Power electronic interface circuits for batteries and ultracapacitors in electric vehicles and battery storage systems
DE19750041C1 (de) * 1997-11-12 1999-01-21 Sma Regelsysteme Gmbh Halbleitersteller zur Erzeugung einer konstanten Ausgleichspannung U¶a¶ ohne Eingangsstromverzerrung bei variabler oder gleichgerichteter Eingangsgleichspannung U¶e¶
FR2782680B1 (fr) * 1998-08-28 2000-11-17 Alstom Technology Systeme d'alimentation d'un vehicule a traction electrique
JP4305462B2 (ja) * 2006-03-09 2009-07-29 トヨタ自動車株式会社 車両駆動用電源システム
JP4396666B2 (ja) * 2006-07-06 2010-01-13 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備える車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4426017A1 (de) * 1994-07-22 1996-02-01 Walter Dr Ing Soehner Stromversorgungsgerät, insbesondere Batterie-Ladegerät für Elektrofahrzeuge oder dergleichen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011064010A2 (de) 2011-06-03
WO2011064010A3 (de) 2011-12-01
DE102009047065A1 (de) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016123923A1 (de) Ladevorrichtung
DE102016122008A1 (de) Allstrom-Ladegerät
DE102012204965A1 (de) Batteriesystem, Kraftfahrzeug mit Batteriesystem und Verfahren zur Inbetriebnahme eines Batteriesystems
DE102010062362A1 (de) Schnellladestation
WO2011082855A2 (de) Energieübertragungssystem für ein energiespeichersystem
DE102011109709A1 (de) Verfahren und System zur Spannungsversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs
DE102014212935A1 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung mit seriellem Stack-Umrichter sowie Antriebsanordnung
DE112009004843T5 (de) Leistungsversorgungssystem
DE102021005548A1 (de) Gleichspannungswandler und Komponentenanordnung für ein elektrisches Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs
EP2504192A2 (de) Serienschaltung von schaltreglern zur energieübertragung in batteriesystemen
DE102012009219A1 (de) Batteriemodul, elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls
DE102011107269A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie und Ladeeinrichtung
DE102017221621A1 (de) Vorrichtung zur redundanten Energieversorgung zumindest eines Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs aus einem Bordnetz, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug
DE102014016076A1 (de) DC/DC-Wandler für ein Kraftfahrzeug
DE102016200769B4 (de) Verbesserte Stromquellenanordnung mit mehreren Stromquellen
WO2020169361A1 (de) Antriebssystem, insbesondere für ein fahrzeug
DE102017209451A1 (de) Elektrisches Energieversorgungssystem, Verfahren und Computerprogramm zum Betreiben des Energieversorgungssystems und Computerprogrammprodukt
DE102012207809A1 (de) Reichweitenverlängerer, Antrieb und Kraftfahrzeug
DE102019124827A1 (de) Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine als Antriebsmaschine und Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungswandlers in einem Kraftfahrzeug
DE102021100303B3 (de) System zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs
DE102018215099A1 (de) Verfahren zum Steuern eines Gleichspannungswandlers eines Hybrid-Elektrofahrzeuges
DE102012208341A1 (de) Batteriesystem mit mindestens drei Batteriesträngen
EP3834273B1 (de) Elektrisches energiesystem mit brennstoffzellen
DE102012005577A1 (de) Hochvoltsystem mit zumindest einem galvanisch getrennten Wandler
DE102015224090A1 (de) Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung eines Traktionsnetzes eines elektrischen Antriebsstranges

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120625

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SAMSUNG SDI CO., LTD.

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

17Q First examination report despatched

Effective date: 20181116

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190327