WO2013143771A1 - Method for heating up energy storage cells of an energy storage device and heatable energy storage device - Google Patents

Method for heating up energy storage cells of an energy storage device and heatable energy storage device Download PDF

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WO2013143771A1
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Peter Feuerstack
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Definitions

  • the invention relates to a method for heating energy storage cells of an energy storage device and a heatable energy storage device, in particular an energy storage device with a modular battery system for an electrically operated vehicle.
  • Electric vehicles increasingly electronic systems are used, which combine new energy storage technologies with electric drive technology.
  • DC voltage in a multi-phase AC voltage for example, a three-phase AC voltage to be reversed.
  • the DC link is fed by a string of serially connected battery modules.
  • multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.
  • the publications DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 disclose modularly connected battery cells in energy storage devices, which can be selectively connected or disconnected via a suitable control of coupling units in the strand of serially connected battery cells.
  • Systems of this type are known as the Battery Direct Converter (BDC).
  • BDC Battery Direct Converter
  • Such systems include DC sources in an energy storage module string connected to a DC link for electrical power supply an electrical machine or an electrical network via a pulse inverter can be connected.
  • the energy storage module strand has a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one energy storage module
  • the coupling unit can be designed such that it additionally allows the respectively associated at least one battery cell with inverse polarity in the respective
  • Interrupt energy storage module string usually have higher efficiency and higher
  • Energy storage modules of the energy storage module string is determined.
  • a pulse width modulated (PWM) control of the coupling units can take place. This makes it possible to output a desired mean value as energy storage module voltage by specific variation of the on or off times.
  • PWM pulse width modulated
  • the present invention provides a method for heating energy storage cells of an energy storage device having a plurality of energy storage modules connected in series in a power supply strand, each comprising an energy storage cell module having at least one energy storage cell and a coupling device with coupling elements, which are designed to selectively switch or bypass the energy storage cell module into the power supply string.
  • the method has the steps of Koppeins the
  • Energy storage cell modules in the power supply line for a second predetermined period of time after the first predetermined period of time has elapsed.
  • the present invention provides a system having a plurality of energy storage devices in a power supply string
  • Energy storage cell module which has at least one energy storage cell, and a coupling device comprising coupling elements, which are adapted to selectively connect or bypass the energy storage cell module in the power supply line.
  • the system further comprises a DC intermediate circuit, which is coupled to output terminals of the energy storage device, a pulse inverter, which is coupled to the DC intermediate circuit and which is fed from the DC voltage intermediate circuit with an input voltage, an electric machine which is coupled to the pulse inverter, and which of the pulse inverter is supplied with a phase voltage, and a control device, which is coupled to the coupling devices, and which is adapted to the coupling means of the energy storage device for Providing a total output voltage of the energy storage device to selectively drive and perform a method according to the invention.
  • Energy storage device with in a power supply line connected in series battery cells by high-frequency, alternating transfer of electrical energy from one energy storage module into another energy storage module to heat. This strategy makes use of the knowledge that through the
  • the duration of the second predetermined period of time may be dependent on an amount of the voltage in the
  • Embodiment of the method according to the invention may be the duration of the second predetermined period of time dependent on an amount of current flow through the respective energy storage cell modules. In both cases, the second
  • Power supply line for providing the supply voltage for the DC intermediate circuit. This has the advantage that only a portion of the energy storage modules must be heated for operating situations in which only a low input voltage for the electrical machine is needed. These heated energy storage modules can then in such operating situations, for example when starting an electrically operated vehicle, for the provision of
  • Energy storage module and the driving of the coupling devices of at least one second energy storage module are alternated until the temperature of the energy storage cells of the energy storage modules involved a second
  • the step of coupling the output terminals of the energy storage device to a DC voltage intermediate circuit can take place via a coupling inductance.
  • Energy storage cells is particularly affected by the increased internal resistance at low temperatures.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a
  • Energy storage cell of an energy storage device in a system shows a system 100 for voltage conversion of DC voltage provided by energy storage modules 3 into an n-phase AC voltage.
  • the system 100 comprises an energy storage device 1 with energy storage modules 3, which are connected in series in a power supply train.
  • the power supply line is coupled between two output terminals 1 a and 1 b of the energy storage device 1, which are each coupled to a DC voltage intermediate circuit 2b.
  • the system 100 in FIG. 1 is used to supply a three-phase electric machine 6.
  • the energy storage device 1 via a coupling inductance 2a with the
  • the coupling inductance 2a can be any suitable coupling inductance 2a coupled.
  • the coupling inductance 2a can be any suitable coupling inductance 2a.
  • the coupling inductance 2 a may be present through parasitic inductances in the interconnection that are present anyway
  • the DC voltage intermediate circuit 2b feeds a pulse inverter 4, which from the DC voltage of the DC intermediate circuit 2b a three-phase
  • the system 100 may further include a controller 8, which is connected to the energy storage device 1, and by means of which the
  • Energy storage device 1 can be controlled to the desired
  • Output terminals 1 a, 1 b provide.
  • the control device 8 can be designed to charge the energy storage cells during charging
  • Energy storage device 1 to control the respective coupling elements or active switching elements of the energy storage device 1.
  • the power supply line of the energy storage device 1 has at least two energy storage modules 3 connected in series.
  • the number of energy storage modules 3 in FIG. 1 is four, but any other number of
  • Energy storage modules 3 is also possible.
  • the energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b, via which a
  • Module output voltage of the energy storage modules 3 can be provided. Since the energy storage modules 3 are primarily connected in series, add up the
  • the energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with a plurality of coupling elements 7a, 7c and 7b and 7d.
  • Energy storage modules 3 furthermore each comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells 5a to 5k connected in series.
  • the energy storage cell module 5 can have, for example, series-connected cells 5a to 5k, for example lithium-ion cells or accumulators.
  • the number of energy storage cells 5a to 5k in the energy storage modules 3 shown in FIG. 2 and FIG. 3 is by way of example two, but any other number of energy storage cells 5a to 5k is likewise possible.
  • Energy storage cell modules 5 have a terminal voltage of U M and are connected via connecting lines with input terminals of the associated coupling device 7. At the input terminals of the associated coupling device 7 so the voltage U M is applied .
  • the series-connected coupling elements 7a and 7c, the center tap is connected to the output terminals 3a, the so-called left branch of Full bridge and it form the series-connected coupling elements 7b and 7d, whose center tap is connected to the output terminal 3b, the so-called right branch of the full bridge.
  • the coupling device 7 is formed in Fig. 2 as a full bridge circuit with two coupling elements 7a, 7c and two coupling elements 7b, 7d.
  • Coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can each have an active switching element, for example a semiconductor switch, and a free-wheeling diode connected in parallel therewith. It may be provided that the coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d are designed as MOSFET switches, which already have an intrinsic diode. The coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can be controlled in such a way, for example with the aid of the control device 9 shown in FIG.
  • Energy storage cell module 5 is selectively connected between the output terminals 3a and 3b or that the energy storage cell module 5 is bridged.
  • the energy storage cell module 5 may be connected in the forward direction between the output terminals 3a and 3b by turning on the active power cell module 5
  • Bridging state for example, be set by the two active switches of the coupling elements 7c and 7d are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b are kept in the open state.
  • the voltage 0 is present between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7.
  • the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the
  • a total output voltage can be provided, which depends on the individual output voltages of the energy storage cell modules 5 of the
  • Energy storage modules 3 is dependent.
  • the total output voltage can be set in each case in stages, wherein the number of stages with the number of
  • Energy storage modules 3 scaled. For a number of n energy storage modules 3, the total output voltage of the power supply string can be set in 2n + 1 stages between -n-U M , ..., 0, ..., + « ⁇ U M.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of another exemplary
  • Energy storage cell module 5 can be switched either in a bridging state or a switching state in the forward direction in the power supply line. Incidentally, similar control rules apply as explained in connection with FIG. 3 for the energy storage module 3 shown in full bridge circuit.
  • the internal resistance of the energy storage cells 5 a to 5 k is temperature-dependent: With lithium-ion batteries, the internal resistance at a temperature of -10 ° C can be increased up to ten times the internal resistance at a temperature of + 25 ° C. As a result, the performance of the energy storage cells 5a to 5k can drop sharply. Especially for situations in electric drive systems where high currents are required, for example start-up situations of electrically operated vehicles, it is desirable because of the high current load
  • Waste heat can be used to locally and temporarily heat the respective energy storage modules 3.
  • no additional heating components are necessary because only a certain control strategy for the coupling devices 7 must be selected to electrical energy between two energy storage modules 3 back and forth
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a method 10 for heating energy storage cells of an energy storage device, for example of energy storage cells 5 a to 5 k of the energy storage device 1 in FIG. 1.
  • the method 10 is suitable in particular for use in electrically operated vehicles which have an electric motor as electrical Machine 6 have.
  • Energy storage devices 1 with energy storage cells 5 a to 5 k used in such vehicles are exposed to low temperatures, for example in winter or at night, so that starting the electrically operated vehicle is accelerated and simplified by method 10. Due to the high frequency transfer of energy between
  • the method 10 can preferably be carried out when the temperature of the energy storage cells 5 a, 5 k falls below a first predetermined limit value.
  • This first predetermined limit value can be based, for example, on a temperature below which the internal resistance of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage device 1 exceeds a maximum permissible or desired value.
  • the method 10 may include, as a first step 11, coupling the
  • DC intermediate circuit 2b include.
  • the connection can take place via an inductive component 2 a, such as, for example, a storage throttle 2 a.
  • an inductive component 2 a such as, for example, a storage throttle 2 a.
  • the inductive component 2 a may generally be a coupling inductance 2 a, which, for example, is also present as a parasitic inductance at the output of the energy storage device 1.
  • Energy storage cell modules 5 in the power supply line for a first predetermined period of time.
  • electrical energy is transferred from the first energy storage modules 3 into the DC voltage intermediate circuit 2b and stored there temporarily.
  • the energy cached in such a way can then be transferred into at least one second energy storage module 3 of the energy supply line.
  • the second energy storage modules 3 can be switched off again, and a re iteration of step 12 done.
  • the voltage in the DC voltage intermediate circuit 2b is too low, that is, lower than the voltage of the second energy storage modules 3, the
  • Storage choke 2a can be used as coupling inductance of a boost converter.
  • the power supply string is first switched to short circuit, so that the capacity of the DC intermediate circuit 2b, the storage inductor 2a charges.
  • the second energy storage modules 3 can then be switched to the energy supply line in step 13. If the current from the storage inductor 2a has dropped to zero, a re-iteration of step 12 can take place, that is, the duration of the second predetermined time period can be based on the amount of current flow from the storage inductor 2a.
  • the steps 12 and 13 can be alternated until the temperature of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage modules 3 involved exceeds a second predetermined limit value.
  • This second predetermined limit may be for example, at a temperature above which the internal resistance of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage device 1 falls below a desired value.
  • the other energy storage modules 3 are switched on, for example, if a later heating of these energy storage modules 3 is done, either by heating by the method 10 or an automatic heating by the driving operation of the electrically operated vehicle.

Abstract

The invention relates to a method for heating up energy storage cells of an energy storage device having a plurality of energy storage modules which are connected in series in an energy supply chain and which each comprise an energy storage cell module which has at least one energy storage cell and a coupling device having coupling elements which are designed to connect or to bypass the energy storage cell modules selectively into the energy supply chain. The method comprises the steps of coupling the output terminals of the energy storage device to an intermediate DC circuit, driving the coupling devices of at least one first energy storage module to connect the respective energy storage cell modules into the energy supply chain for a first predetermined time interval, and driving the coupling devices of at least one second energy storage module to connect the respective energy storage cell modules into the energy supply chain for a second predetermined time interval after the first predetermined time interval has elapsed.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung und aufheizbare Energiespeichereinrichtung  A method for heating energy storage cells of an energy storage device and heatable energy storage device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung und eine aufheizbare Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung mit modularem Batteriesystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. The invention relates to a method for heating energy storage cells of an energy storage device and a heatable energy storage device, in particular an energy storage device with a modular battery system for an electrically operated vehicle.
Stand der Technik State of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or
Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. Electric vehicles, increasingly electronic systems are used, which combine new energy storage technologies with electric drive technology.
Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine wird The feeding of multiphase electricity into an electric machine becomes
üblicherweise durch einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Usually accomplished by a converter in the form of a pulse inverter. For this purpose, one provided by a DC voltage intermediate circuit
Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen gespeist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule in einer Traktionsbatterie in Serie geschaltet. DC voltage in a multi-phase AC voltage, for example, a three-phase AC voltage to be reversed. The DC link is fed by a string of serially connected battery modules. In order to meet the power and energy requirements of a particular application, multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.
Die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 offenbaren modular verschaltete Batteriezellen in Energiespeichereinrichtungen, die über eine geeignete Ansteuerung von Koppeleinheiten selektiv in den Strang aus seriell verschalteten Batteriezellen zu- oder abgekoppelt werden können. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Battery Direct Converter (Batteriedirektwandler, BDC) bekannt. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in einem Energiespeichermodulstrang, welche an einen Gleichspannungszwischenkreis zur elektrischen Energieversorgung einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Netzes über einen Pulswechselrichter anschließbar sind. The publications DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 disclose modularly connected battery cells in energy storage devices, which can be selectively connected or disconnected via a suitable control of coupling units in the strand of serially connected battery cells. Systems of this type are known as the Battery Direct Converter (BDC). Such systems include DC sources in an energy storage module string connected to a DC link for electrical power supply an electrical machine or an electrical network via a pulse inverter can be connected.
Der Energiespeichermodulstrang weist dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf, wobei jedes Energiespeichermodul mindestens eineThe energy storage module strand has a plurality of energy storage modules connected in series, each energy storage module having at least one energy storage module
Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Optional kann die Koppeleinheit derart gestaltet sein, dass sie es zusätzlich erlaubt, die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle auch mit inverser Polarität in den jeweiligen Battery cell and an associated controllable coupling unit, which allows depending on control signals to bridge the respectively associated at least one battery cell or to switch the respectively associated at least one battery cell in the respective energy storage module string. Optionally, the coupling unit can be designed such that it additionally allows the respectively associated at least one battery cell with inverse polarity in the respective
Energiespeichermodulstrang zu schalten oder auch den jeweiligen Energy storage module strand to switch or the respective
Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen. BDCs weisen üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Interrupt energy storage module string. BDCs usually have higher efficiency and higher
Ausfallsicherheit gegenüber herkömmlichen Systemen auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Überbrückungsansteuerung der  Reliability against conventional systems. The reliability is ensured, inter alia, that defective, failed or not fully efficient battery cells by suitable bridging control of the
Koppeleinheiten aus dem Energieversorgungsstrang herausgeschaltet werden können. Die Gesamtausgangsspannung des Energiespeichermodulstrangs kann durch Coupling units can be switched out of the power supply line. The total output voltage of the energy storage module string can by
entsprechendes Ansteuern der Koppeleinheiten variiert und insbesondere stufig eingestellt werden. Die Stufung der Ausgangsspannung ergibt sich dabei aus der corresponding activation of the coupling units varies and in particular be set in stages. The gradation of the output voltage results from the
Spannung eines einzelnen Energiespeichermoduls, wobei die maximal mögliche Voltage of a single energy storage module, the maximum possible
Gesamtausgangsspannung durch die Summe der Spannungen aller Total output voltage by the sum of the voltages of all
Energiespeichermodule des Energiespeichermodulstrangs bestimmt wird. Energy storage modules of the energy storage module string is determined.
Zur Einstellung einer Ausgangsspannung eines Energiespeichermoduls kann eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Ansteuerung der Koppeleinheiten erfolgen. Dadurch ist es möglich, durch gezielte Variation der Ein- bzw. Ausschaltzeiten einen gewünschten Mittelwert als Energiespeichermodulspannung auszugeben. To set an output voltage of an energy storage module, a pulse width modulated (PWM) control of the coupling units can take place. This makes it possible to output a desired mean value as energy storage module voltage by specific variation of the on or off times.
Bei einem Einsatz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie beispielsweise Elektroautos oder Hybridfahrzeugen kann es vorkommen, dass die Temperaturen der Batteriezellen solcher BDCs sehr niedrig sind, zum Beispiel bei einem Starten des Fahrzeugs im Wnter. Da typischerweise verwendete Batteriezellen einen temperaturabhängigen When used in electrically powered vehicles such as electric cars or hybrid vehicles, it may happen that the temperatures of the battery cells of such BDCs are very low, for example when starting the vehicle in the winter. Since typically used battery cells are temperature dependent
Innenwiderstand aufweisen, der mit sinkender Temperatur steigt, kann es sein, dass die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen nicht die volle Leistung bereitstellen können. Es besteht daher ein Bedarf nach einer Methode, die volle Leistungsfähigkeit der Internal resistance, which increases with decreasing temperature, it may be that the battery cells can not provide full power at low temperatures. There is therefore a need for a method which fully exploits the
Batteriezellen auch bei tiefen Temperaturen gewährleisten zu können, ohne dass aufwändige Heizelemente oder ein zeit- und energieintensiver externer Heizprozess eingesetzt werden müssen. To ensure battery cells even at low temperatures, without the need for elaborate heating elements or a time and energy-intensive external heating process must be used.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Das Verfahren weist dabei die Schritte des Koppeins der According to one aspect, the present invention provides a method for heating energy storage cells of an energy storage device having a plurality of energy storage modules connected in series in a power supply strand, each comprising an energy storage cell module having at least one energy storage cell and a coupling device with coupling elements, which are designed to selectively switch or bypass the energy storage cell module into the power supply string. The method has the steps of Koppeins the
Ausgangsanschlüsse der Energiespeichereinrichtung mit einem Output terminals of the energy storage device with a
Gleichspannungszwischenkreis, des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen mindestens eines ersten Energiespeichermoduls zum Schalten der jeweiligen  DC voltage intermediate circuit, the driving of the coupling devices of at least one first energy storage module for switching the respective
Energiespeicherzellenmodule in den Energieversorgungsstrang für eine erste Energy storage cell modules in the power supply line for a first
vorbestimmte Zeitspanne, und des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen mindestens eines zweiten Energiespeichermoduls zum Schalten der jeweiligen predetermined period of time, and the driving of the coupling means of at least one second energy storage module for switching the respective
Energiespeicherzellenmodule in den Energieversorgungsstrang für eine zweite vorbestimmte Zeitspanne, nachdem die erste vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist.  Energy storage cell modules in the power supply line for a second predetermined period of time after the first predetermined period of time has elapsed.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein System, mit einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang inIn a further aspect, the present invention provides a system having a plurality of energy storage devices in a power supply string
Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Series switched energy storage modules, each one
Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Das System weist weiterhin einen Gleichspannungszwischenkreis, welcher mit Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung gekoppelt ist, einen Pulswechselrichter, welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt ist, und welcher aus dem Gleichspannungszwischenkreis mit einer Eingangsspannung gespeist wird, eine elektrische Maschine, welche mit dem Pulswechselrichter gekoppelt ist, und welche von dem Pulswechselrichter mit einer Phasenspannung versorgt wird, und eine Steuereinrichtung auf, welche mit den Koppeleinrichtungen gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen der Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen einer Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung selektiv anzusteuern und ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Energy storage cell module, which has at least one energy storage cell, and a coupling device comprising coupling elements, which are adapted to selectively connect or bypass the energy storage cell module in the power supply line. The system further comprises a DC intermediate circuit, which is coupled to output terminals of the energy storage device, a pulse inverter, which is coupled to the DC intermediate circuit and which is fed from the DC voltage intermediate circuit with an input voltage, an electric machine which is coupled to the pulse inverter, and which of the pulse inverter is supplied with a phase voltage, and a control device, which is coupled to the coupling devices, and which is adapted to the coupling means of the energy storage device for Providing a total output voltage of the energy storage device to selectively drive and perform a method according to the invention.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, eine modular aufgebaute It is idea of the present invention, a modular design
Energiespeichereinrichtung mit in einem Energieversorgungsstrang seriell verschalteten Batteriezellen durch hochfrequentes, wechselseitiges Transferieren von elektrischer Energie von einem Energiespeichermodul in ein anderes Energiespeichermodul aufzuheizen. Diese Strategie macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch dasEnergy storage device with in a power supply line connected in series battery cells by high-frequency, alternating transfer of electrical energy from one energy storage module into another energy storage module to heat. This strategy makes use of the knowledge that through the
Transferieren von elektrischer Energie von einem Energiespeichermodul in ein anderes Energiespeichermodul Abwärme durch die Verlustleistung beim Speisen der Transferring electrical energy from one energy storage module to another energy storage module Waste heat due to power dissipation when feeding the energy storage module
Energiespeicherzellen entsteht, die die Energiespeicherzellen lokal aufheizen kann. Dies hat den Vorteil, dass Energiespeicherzellen, die bei tiefen Temperaturen einen unerwünscht hohen Innenwiderstand aufweisen, ohne zusätzliche Heizmaßnahmen oder Heizkomponenten wieder auf eine Betriebstemperatur gebracht werden können, bei der die Energiespeicherzellen volle oder nahezu vollständige Leistungsfähigkeit aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Dauer der zweiten vorbestimmten Zeitspanne von einem Betrag der Spannung in dem Energy storage cells is created, which can heat the energy storage cells locally. This has the advantage that energy storage cells which have an undesirably high internal resistance at low temperatures can be brought back to an operating temperature without additional heating measures or heating components, in which the energy storage cells have full or almost complete performance. According to an embodiment of the method according to the invention, the duration of the second predetermined period of time may be dependent on an amount of the voltage in the
Gleichspannungszwischenkreis abhängig sein. Gemäß einer alternativen DC link dependent. According to an alternative
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Dauer der zweiten vorbestimmten Zeitspanne von einem Betrag des Stromflusses durch die jeweiligen Energiespeicherzellenmodule abhängig sein. In beiden Fällen können die zweitenEmbodiment of the method according to the invention may be the duration of the second predetermined period of time dependent on an amount of current flow through the respective energy storage cell modules. In both cases, the second
Energiespeichermodule so lange geladen werden, wie zwischengespeicherte elektrische Energie in dem Gleichspannungszwischenkreis zur Verfügung steht. Energy storage modules are charged as long as cached electrical energy is available in the DC voltage intermediate circuit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt weiterhin ein Auswählen des ersten und zweiten Energiespeichermoduls des According to a further embodiment of the method according to the invention, further selection of the first and second energy storage modules of the
Energieversorgungsstrangs zum Bereitstellen der Versorgungsspannung für den Gleichspannungszwischenkreis. Dies hat den Vorteil, dass für Betriebssituationen, in denen nur eine niedrige Eingangsspannung für die elektrische Maschine benötigt wird, nur ein Teil der Energiespeichermodule aufgeheizt werden muss. Diese aufgeheizten Energiespeichermodule können dann in solchen Betriebssituationen, beispielsweise beim Anfahren eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, für die Bereitstellung der  Power supply line for providing the supply voltage for the DC intermediate circuit. This has the advantage that only a portion of the energy storage modules must be heated for operating situations in which only a low input voltage for the electrical machine is needed. These heated energy storage modules can then in such operating situations, for example when starting an electrically operated vehicle, for the provision of
Versorgungsspannung herangezogen werden, während die übrigen, noch nicht aufgeheizten Energiespeichermodule erst später aufgeheizt werden müssen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren ausgeführt werden, wenn die Temperatur der Energiespeicherzellen einen ersten vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Besonders vorteilhaft ist dieses Vorgehen bei tiefen Temperaturen, bei denen der Innenwiderstand der Energiespeicherzellen besonders hoch ist. Supply voltage are used, while the remaining, not yet heated energy storage modules must be heated later. According to a further embodiment of the method according to the invention, the method can be carried out when the temperature of the energy storage cells falls below a first predetermined limit value. This procedure is particularly advantageous at low temperatures at which the internal resistance of the energy storage cells is particularly high.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Schritte des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen mindestens eines ersten According to a further embodiment of the method according to the invention, the steps of driving the coupling devices of at least one first
Energiespeichermoduls und des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen mindestens eines zweiten Energiespeichermoduls so lange alterniert werden, bis die Temperatur der Energiespeicherzellen der beteiligten Energiespeichermodule einen zweiten Energy storage module and the driving of the coupling devices of at least one second energy storage module are alternated until the temperature of the energy storage cells of the energy storage modules involved a second
vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Durch dieses hochfrequente Transferieren von elektrischer Energie zwischen Energiespeichermodulen kann durch die entstehende Verlustleistung so lange Wärme erzeugt werden, bis der Innenwiderstand der exceeds predetermined limit. This high-frequency transfer of electrical energy between energy storage modules can be generated by the resulting power loss until the internal resistance of the
Energiespeicherzellen wieder ausreichend niedrig ist. Energy storage cells is sufficiently low again.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Schritt des Koppeins der Ausgangsanschlüsse der Energiespeichereinrichtung mit einem Gleichspannungszwischenkreis über eine Koppelinduktivität erfolgen. In accordance with a further embodiment of the method according to the invention, the step of coupling the output terminals of the energy storage device to a DC voltage intermediate circuit can take place via a coupling inductance.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die According to one embodiment of the system according to the invention, the
Koppeleinrichtungen Koppelelemente in Vollbrückenschaltung umfassen. Alternativ können die Koppeleinrichtungen Koppelelemente in Halbbrückenschaltung umfassen. Coupling devices comprise coupling elements in full bridge circuit. Alternatively, the coupling devices may comprise coupling elements in a half-bridge circuit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die Energiespeicherzellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen. Diese Art von According to a further embodiment of the system according to the invention, the energy storage cells may comprise lithium-ion accumulators. This kind of
Energiespeicherzellen ist durch den erhöhten Innenwiderstand bei tiefen Temperaturen besonders betroffen. Energy storage cells is particularly affected by the increased internal resistance at low temperatures.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Show it: Fig. 1 is a schematic representation of a system with a
Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;  Energy storage device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung nach Fig. 1 ;  Energy storage module of an energy storage device according to Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a
Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung nach Fig. 1 ; und  Energy storage module of an energy storage device according to Fig. 1; and
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Aufheizen von Fig. 4 is a schematic representation of a method for heating of
Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung in einem System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt ein System 100 zur Spannungswandlung von durch Energiespeichermodule 3 bereitgestellter Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung. Das System 100 umfasst eine Energiespeichereinrichtung 1 mit Energiespeichermodulen 3, welche in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschaltet sind. Der Energieversorgungsstrang ist zwischen zwei Ausgangsanschlüsse 1 a und 1 b der Energiespeichereinrichtung 1 gekoppelt, die jeweils an einen Gleichspannungszwischenkreis 2b gekoppelt sind.  Energy storage cell of an energy storage device in a system according to another embodiment of the present invention. 1 shows a system 100 for voltage conversion of DC voltage provided by energy storage modules 3 into an n-phase AC voltage. The system 100 comprises an energy storage device 1 with energy storage modules 3, which are connected in series in a power supply train. The power supply line is coupled between two output terminals 1 a and 1 b of the energy storage device 1, which are each coupled to a DC voltage intermediate circuit 2b.
Beispielhaft dient das System 100 in Fig. 1 zur Speisung einer dreiphasigen elektrischen Maschine 6. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz 6 verwendet wird.  By way of example, the system 100 in FIG. 1 is used to supply a three-phase electric machine 6. However, provision may also be made for the energy storage device 1 to be used for generating electrical current for a power supply network 6.
Dazu ist die Energiespeichereinrichtung 1 über eine Koppelinduktivität 2a mit dem For this purpose, the energy storage device 1 via a coupling inductance 2a with the
Gleichspannungszwischenkreis 2b gekoppelt. Die Koppelinduktivität 2a kann DC intermediate circuit 2b coupled. The coupling inductance 2a can
beispielsweise eine gezielt zwischen den Gleichspannungszwischenkreis 2b und den Ausgangsanschluss 1a der Energiespeichereinrichtung 1 geschaltete induktive Drossel sein. Alternativ kann es auch möglich sein, dass die Koppelinduktivität 2a durch ohnehin vorhandene parasitäre Induktivitäten in der Verschaltung zwischen For example, be a selectively connected between the DC voltage intermediate circuit 2b and the output terminal 1a of the energy storage device 1 inductive throttle. Alternatively, it may also be possible for the coupling inductance 2 a to be present through parasitic inductances in the interconnection that are present anyway
Energiespeichereinrichtung 1 und Gleichspannungszwischenkreis 2b gebildet wird. Energy storage device 1 and DC intermediate circuit 2b is formed.
Der Gleichspannungszwischenkreis 2b speist einen Pulswechselrichter 4, welcher aus der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 2b eine dreiphasige The DC voltage intermediate circuit 2b feeds a pulse inverter 4, which from the DC voltage of the DC intermediate circuit 2b a three-phase
Wechselspannung für die elektrische Maschine 6 bereitstellt. Das System 100 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 8 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mithilfe derer die AC voltage for the electric machine 6 provides. The system 100 may further include a controller 8, which is connected to the energy storage device 1, and by means of which the
Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschte Energy storage device 1 can be controlled to the desired
Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 an den jeweiligen Total output voltage of the energy storage device 1 to the respective
Ausgangsanschlüssen 1 a, 1 b bereitzustellen. Zudem kann die Steuereinrichtung 8 dazu ausgelegt sein, bei einem Laden der Energiespeicherzellen der Output terminals 1 a, 1 b provide. In addition, the control device 8 can be designed to charge the energy storage cells during charging
Energiespeichereinrichtung 1 die jeweiligen Koppelelemente bzw. aktiven Schaltelemente der Energiespeichereinrichtung 1 anzusteuern. Der Energieversorgungsstrang der Energiespeichereinrichtung 1 weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 3 auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 3 in Fig. 1 vier, wobei jedoch jede andere Anzahl von  Energy storage device 1 to control the respective coupling elements or active switching elements of the energy storage device 1. The power supply line of the energy storage device 1 has at least two energy storage modules 3 connected in series. By way of example, the number of energy storage modules 3 in FIG. 1 is four, but any other number of
Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich ist. Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine Energy storage modules 3 is also possible. The energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b, via which a
Modulausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann. Da die Energiespeichermodule 3 primär in Reihe geschaltet sind, summieren sich die Module output voltage of the energy storage modules 3 can be provided. Since the energy storage modules 3 are primarily connected in series, add up the
Modulausgangsspannungen der Energiespeichermodule 3 zu der Module output voltages of the energy storage modules 3 to the
Gesamtausgangsspannung, welche an den Ausgangsanschlüssen 1 a, 1 b der Total output voltage, which at the output terminals 1 a, 1 b the
Energiespeichereinrichtung 1 bereitgestellt wird. Energy storage device 1 is provided.
Zwei beispielhafte Aufbauformen der Energiespeichermodule 3 sind in den Fig. 2 und Fig. 3 in größerem Detail gezeigt. Die Energiespeichermodule 3 umfassen dabei jeweils eine Koppeleinrichtung 7 mit mehreren Koppelelementen 7a, 7c sowie 7b und 7d. Die Two exemplary construction forms of the energy storage modules 3 are shown in greater detail in FIGS. 2 and 3. The energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with a plurality of coupling elements 7a, 7c and 7b and 7d. The
Energiespeichermodule 3 umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 5a bis 5k. Energy storage modules 3 furthermore each comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells 5a to 5k connected in series.
Das Energiespeicherzellenmodul 5 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Zellen 5a bis 5k, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen oder -Akkumulatoren aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in den in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Energiespeichermodulen 3 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen 5a bis 5k ebenso möglich ist. Die The energy storage cell module 5 can have, for example, series-connected cells 5a to 5k, for example lithium-ion cells or accumulators. In this case, the number of energy storage cells 5a to 5k in the energy storage modules 3 shown in FIG. 2 and FIG. 3 is by way of example two, but any other number of energy storage cells 5a to 5k is likewise possible. The
Energiespeicherzellenmodule 5 weisen eine Klemmenspannung von UM auf und sind über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 verbunden. An den Eingangsklemmen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 liegt also die Spannung UM an. Energy storage cell modules 5 have a terminal voltage of U M and are connected via connecting lines with input terminals of the associated coupling device 7. At the input terminals of the associated coupling device 7 so the voltage U M is applied .
In Fig. 2 bilden die in Reihe geschalteten Koppelelemente 7a und 7c, deren Mittelabgriff mit der Ausgangsklemmen 3a verbunden ist, den so genannten linken Zweig der Vollbrücke und es bilden die in Reihe geschalteten Koppelelemente 7b und 7d, deren Mittelabgriff mit der Ausgangsklemme 3b verbunden ist, den so genannten rechten Zweig der Vollbrücke. Die Koppeleinrichtung 7 ist in Fig. 2 als Vollbrückenschaltung mit je zwei Koppelelementen 7a, 7c und zwei Koppelelementen 7b, 7d ausgebildet. Die In Fig. 2, the series-connected coupling elements 7a and 7c, the center tap is connected to the output terminals 3a, the so-called left branch of Full bridge and it form the series-connected coupling elements 7b and 7d, whose center tap is connected to the output terminal 3b, the so-called right branch of the full bridge. The coupling device 7 is formed in Fig. 2 as a full bridge circuit with two coupling elements 7a, 7c and two coupling elements 7b, 7d. The
Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können dabei jeweils ein aktives Schaltelement, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d als MOSFET-Schalter ausgebildet sind, welche bereits eine intrinsische Diode aufweisen. Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können derart angesteuert werden, beispielsweise mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung 9, dass das jeweilige Coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can each have an active switching element, for example a semiconductor switch, and a free-wheeling diode connected in parallel therewith. It may be provided that the coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d are designed as MOSFET switches, which already have an intrinsic diode. The coupling elements 7a, 7b, 7c, 7d can be controlled in such a way, for example with the aid of the control device 9 shown in FIG
Energiespeicherzellenmodul 5 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenmodul 5 überbrückt wird. Mit Bezug auf Fig. 2 kann das Energiespeicherzellenmodul 5 beispielsweise in Vorwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das aktiveEnergy storage cell module 5 is selectively connected between the output terminals 3a and 3b or that the energy storage cell module 5 is bridged. For example, referring to FIG. 2, the energy storage cell module 5 may be connected in the forward direction between the output terminals 3a and 3b by turning on the active power cell module 5
Schaltelement des Koppelelements 7d und das aktive Schaltelement des Koppelelements 7a in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in einen offenen Zustand versetzt werden. In diesem Fall liegt zwischen den Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung UM an. Ein Überbrückungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7c und 7d in offenem Zustand gehalten werden. Ein zweiter Switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a are placed in a closed state, while the other two active switching elements of the coupling elements 7b and 7c are set in an open state. In this case, the voltage U M is present between the output terminals 3a and 3b of the coupling device 7. A lock-up state can be set, for example, by putting the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b in the closed state, while keeping the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d in the open state. A second
Überbrückungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schalter der Koppelelemente 7c und 7d in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in offenem Zustand gehalten werden. In beiden Überbrückungszuständen liegt zwischen den beiden Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung 0 an. Ebenso kann das Energiespeicherzellenmodul 5 in Rückwärtsrichtung zwischen die Bridging state, for example, be set by the two active switches of the coupling elements 7c and 7d are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b are kept in the open state. In both bridging states, the voltage 0 is present between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7. Similarly, the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the
Ausgangsanschlüsse 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 geschaltet werden, indem die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7d in offenen Zustand versetzt werden. In diesem Fall liegt zwischen den beiden Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung -UM an. Output terminals 3a and 3b of the coupling device 7 are switched by the active switching elements of the coupling elements 7b and 7c are placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7d are set in the open state. In this case, the voltage -U M is applied between the two output terminals 3a and 3b of the coupling device 7.
Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual
Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt in die Energy storage cell modules 5 of the energy storage modules 3 targeted in the
Reihenschaltung des Energieversorgungsstrangs integriert werden. Dadurch kann durch eine gezielte Ansteuerung der Koppeleinrichtungen 7 zum selektiven Schalten derSeries connection of the power supply line to be integrated. This can be done by a targeted control of the coupling devices 7 for selectively switching the
Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 in den Energy storage cell modules 5 of the energy storage modules 3 in the
Energieversorgungsstrang eine Gesamtausgangsspannung bereitgestellt werden, die von den einzelnen Ausgangsspannungen der Energiespeicherzellenmodule 5 der  Power supply line, a total output voltage can be provided, which depends on the individual output voltages of the energy storage cell modules 5 of the
Energiespeichermodule 3 abhängig ist. Die Gesamtausgangsspannung kann dabei jeweils in Stufen eingestellt werden, wobei die Anzahl der Stufen mit der Anzahl derEnergy storage modules 3 is dependent. The total output voltage can be set in each case in stages, wherein the number of stages with the number of
Energiespeichermodule 3 skaliert. Bei einer Anzahl von n Energiespeichermodulen 3 kann die Gesamt-Ausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs in 2n+1 Stufen zwischen - n - UM,...,0,...,+« · UM eingestellt werden. Energy storage modules 3 scaled. For a number of n energy storage modules 3, the total output voltage of the power supply string can be set in 2n + 1 stages between -n-U M , ..., 0, ..., + «· U M.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Fig. 3 shows a schematic representation of another exemplary
Ausgestaltungsform für ein Energiespeichermodul 3. Dabei umfasst die Koppeleinrichtung 7 nur die Koppelelemente 7a und 7c, die als Halbbrückenschaltung das Embodiment for an energy storage module 3. In this case, the coupling device 7 comprises only the coupling elements 7a and 7c, the half-bridge circuit as the
Energiespeicherzellenmodul 5 entweder in einen Überbrückungszustand oder einen Schaltzustand in Vorwärtsrichtung in den Energieversorgungsstrang geschaltet werden können. Im Übrigen gelten ähnliche Ansteuerregeln wie im Zusammenhang mit Fig. 3 für das dort gezeigte Energiespeichermodul 3 in Vollbrückenschaltung erläutert. Energy storage cell module 5 can be switched either in a bridging state or a switching state in the forward direction in the power supply line. Incidentally, similar control rules apply as explained in connection with FIG. 3 for the energy storage module 3 shown in full bridge circuit.
Der Innenwiderstand der Energiespeicherzellen 5a bis 5k ist temperaturabhängig: Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren kann der Innenwiderstand bei einer Temperatur von -10°C bis zu zehnfach gegenüber dem Innenwiderstand bei einer Temperatur von +25°C erhöht sein. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit der Energiespeicherzellen 5a bis 5k stark sinken. Besonders für Situationen in elektrischen Antriebssystemen, in denen hohe Ströme erforderlich sind, beispielsweise Anfahrsituationen von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, ist es wünschenswert, aufgrund der hohen Strombelastung The internal resistance of the energy storage cells 5 a to 5 k is temperature-dependent: With lithium-ion batteries, the internal resistance at a temperature of -10 ° C can be increased up to ten times the internal resistance at a temperature of + 25 ° C. As a result, the performance of the energy storage cells 5a to 5k can drop sharply. Especially for situations in electric drive systems where high currents are required, for example start-up situations of electrically operated vehicles, it is desirable because of the high current load
Energiespeicherzellen 5a bis 5k mit einem niedrigen Innenwiderstand zur Versorgung der elektrischen Maschine 2 einzusetzen.  Energy storage cells 5a to 5k with a low internal resistance to supply the electric machine 2 use.
Um es zu vermeiden, dass aufwändige, kostenintensive, platzraubende und/oder schwere Heizelemente oder Heizungen für die Energiespeicherzellen 5a bis 5k vorgesehen werden müssen, kann der Umstand ausgenutzt werden, dass bei einem Transfer von elektrischer Energie von einem Energiespeichermodul 3 in ein anderes To avoid having to provide expensive, expensive, space-consuming and / or heavy heating elements or heaters for the energy storage cells 5a to 5k, the fact can be exploited that in a transfer of electrical energy from one energy storage module 3 to another
Energiespeichermodul 3 des Energieversorgungsstrangs durch die Strombelastung eine Verlustleistung in Form von Abwärme auftritt. Diese Abwärme kann dazu genutzt werden, um die betreffenden Energiespeichermodule 3 lokal und temporär aufzuheizen. Für diese Art der Aufheizung sind keine zusätzlichen Heizkomponenten mehr nötig, da lediglich eine bestimmte Ansteuerstrategie für die Koppeleinrichtungen 7 gewählt werden muss, um elektrische Energie zwischen zwei Energiespeichermodulen 3 hin und her zu Energy storage module 3 of the power supply line by the current load a power loss occurs in the form of waste heat. This waste heat can be used to locally and temporarily heat the respective energy storage modules 3. For this type of heating no additional heating components are necessary because only a certain control strategy for the coupling devices 7 must be selected to electrical energy between two energy storage modules 3 back and forth
transferieren. transfer.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 10 zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung, beispielsweise von Energiespeicherzellen 5a bis 5k der Energiespeichereinrichtung 1 in Fig. 1. Das Verfahren 10 eignet sich insbesondere für den Einsatz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen, welche einen Elektromotor als elektrische Maschine 6 aufweisen. In derartigen Fahrzeugen eingesetzte Energiespeichereinrichtungen 1 mit Energiespeicherzellen 5a bis 5k sind beispielsweise im Winter oder nachts tiefen Temperaturen ausgesetzt, so dass ein Starten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit dem Verfahren 10 beschleunigt und vereinfacht wird. Durch das hochfrequente Umladen von Energie zwischen 4 shows a schematic illustration of a method 10 for heating energy storage cells of an energy storage device, for example of energy storage cells 5 a to 5 k of the energy storage device 1 in FIG. 1. The method 10 is suitable in particular for use in electrically operated vehicles which have an electric motor as electrical Machine 6 have. Energy storage devices 1 with energy storage cells 5 a to 5 k used in such vehicles are exposed to low temperatures, for example in winter or at night, so that starting the electrically operated vehicle is accelerated and simplified by method 10. Due to the high frequency transfer of energy between
Energiespeicherzellen 5a, 5k der Energiespeichereinrichtung 1 können die beteiligten Energiespeicherzellen 5a, 5k durch die dabei entstehende Ladeverlustleistung aufgeheizt werden, so dass deren Innenwiderstand sinkt und deren Leistungsfähigkeit damit verbessert wird. Das Verfahren 10 kann dabei vorzugsweise ausgeführt werden, wenn die Temperatur der Energiespeicherzellen 5a, 5k einen ersten vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Dieser erste vorbestimmte Grenzwert kann sich beispielsweise an einer Temperatur orientieren, unterhalb derer der Innenwiderstand der Energiespeicherzellen 5a, 5k der Energiespeichereinrichtung 1 einen maximal zulässigen bzw. erwünschten Wert überschreitet. Energy storage cells 5a, 5k of the energy storage device 1, the participating energy storage cells 5a, 5k are heated by the resulting charging power loss, so that their internal resistance decreases and their performance is improved. The method 10 can preferably be carried out when the temperature of the energy storage cells 5 a, 5 k falls below a first predetermined limit value. This first predetermined limit value can be based, for example, on a temperature below which the internal resistance of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage device 1 exceeds a maximum permissible or desired value.
Das Verfahren 10 kann als ersten Schritt 11 ein Verbinden bzw. Koppeln der The method 10 may include, as a first step 11, coupling the
Ausgangsanschlüsse 1 a, 1 b der Energiespeichereinrichtung 1 mit einem Output terminals 1 a, 1 b of the energy storage device 1 with a
Gleichspannungszwischenkreis 2b umfassen. Beispielsweise kann die Verbindung dabei über eine induktive Komponente 2a, wie zum Beispiel eine Speicherdrossel 2a erfolgen. In diesem Fall wirken die Speicherdrossel 2a und die Kapazität des DC intermediate circuit 2b include. For example, the connection can take place via an inductive component 2 a, such as, for example, a storage throttle 2 a. In this case, the storage throttle 2a and the capacity of the
Gleichspannungszwischenkreises 2b als Hochsetzsteller zusammen, so dass die DC intermediate circuit 2b together as a boost converter, so that the
Spannung, die einem Energiespeichermodul 3 in dem Energieversorgungsstrang bereitgestellt werden kann, durch Hochsetzen der in dem GleichspannungszwischenkreisVoltage that can be provided to an energy storage module 3 in the power supply string by boosting the in the DC voltage intermediate circuit
2b vorhandenen Spannung in der Speicherdrossel 2a erhöht werden kann. Die induktive Komponente 2a kann generelle eine Koppelinduktivität 2a sein, die zum Beispiel auch als parasitäre Induktivität am Ausgang der Energiespeichereinrichtung 1 vorliegt. Zum Zwischenspeichern elektrischer Energie in dem Gleichspannungszwischenkreis 2b kann in einem zweiten Schritt 12 ein Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 mindestens eines ersten Energiespeichermoduls 3 zum Schalten der jeweiligen 2b existing voltage in the storage inductor 2a can be increased. The inductive component 2 a may generally be a coupling inductance 2 a, which, for example, is also present as a parasitic inductance at the output of the energy storage device 1. For temporarily storing electrical energy in the DC voltage intermediate circuit 2b, in a second step 12, a driving of the coupling devices 7 of at least one first energy storage module 3 for switching the respective
Energiespeicherzellenmodule 5 in den Energieversorgungsstrang für eine erste vorbestimmte Zeitspanne erfolgen. Dadurch wird aus den ersten Energiespeichermodulen 3 elektrische Energie in den Gleichspannungszwischenkreis 2b transferiert und dort zwischengespeichert. Die derart zwischengespeicherte Energie kann dann in mindestens ein zweites Energiespeichermodul 3 des Energieversorgungsstrangs übertragen werden. Dazu kann in einem dritten Schritt 13 ein Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 des mindestens einen zweiten Energiespeichermoduls 3 zum Schalten der jeweiligen Energy storage cell modules 5 in the power supply line for a first predetermined period of time. As a result, electrical energy is transferred from the first energy storage modules 3 into the DC voltage intermediate circuit 2b and stored there temporarily. The energy cached in such a way can then be transferred into at least one second energy storage module 3 of the energy supply line. For this purpose, in a third step 13, a control of the coupling devices 7 of the at least one second energy storage module 3 for switching the respective
Energiespeicherzellenmodule 5 in den Energieversorgungsstrang für eine zweite vorbestimmte Zeitspanne erfolgen, nachdem die erste vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Energy storage cell modules 5 are made in the power supply line for a second predetermined period of time after the first predetermined period of time has elapsed.
Wenn die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis 2b hoch genug ist, kann der Schritt 13 direkt an den Schritt 12 angeschlossen werden, das heißt, die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis 2b liegt dann auch an den zweiten If the voltage in the DC intermediate circuit 2b is high enough, the step 13 can be connected directly to the step 12, that is, the voltage in the DC intermediate circuit 2b is then also to the second
Energiespeichermodulen 3 an. Dadurch werden die zweiten Energiespeichermodule 3 geladen. Das Umladen kann in diesem Fall auch getaktet erfolgen, das heißt, die zweiten Energiespeichermodule 3 können intermittierend in den Energieversorgungsstrang geschaltet werden, um einen festgelegten Stro mg renzwert für die Energy storage modules 3 on. As a result, the second energy storage modules 3 are charged. The reloading can in this case also take place clocked, that is, the second energy storage modules 3 can be intermittently connected in the power supply line to a set Stro mg limit value for the
Energiespeicherzellenmodule 5 nicht zu überschreiten. Die Dauer der zweiten Energy storage cell modules 5 not to be exceeded. The duration of the second
vorbestimmte Zeitspanne kann sich an dem Pegel der Spannung in dem predetermined period of time may be at the level of the voltage in the
Gleichspannungszwischenkreis 2b orientieren, das heißt, wenn die Spannung in demOrient DC voltage intermediate circuit 2b, that is, when the voltage in the
Gleichspannungszwischenkreis 2b unter ein bestimmtes Niveau gesunken ist, können die zweiten Energiespeichermodule 3 wieder abgeschaltet werden, und eine erneute Iteration des Schrittes 12 erfolgen. Wenn die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis 2b jedoch zu niedrig ist, das heißt, geringer als die Spannung der zweiten Energiespeichermodule 3, kann die DC intermediate circuit 2b has dropped below a certain level, the second energy storage modules 3 can be switched off again, and a re iteration of step 12 done. However, when the voltage in the DC voltage intermediate circuit 2b is too low, that is, lower than the voltage of the second energy storage modules 3, the
Speicherdrossel 2a als Koppelinduktivität eines Hochsetzstellers genutzt werden. Dazu wird der Energieversorgungsstrang zunächst auf Kurzschluss geschaltet, so dass die Kapazität des Gleichspannungszwischenkreises 2b die Speicherdrossel 2a auflädt. Nach einer geringen Kurzschlussdauer können die zweiten Energiespeichermodule 3 dann in dem Schritt 13 in den Energieversorgungsstrang geschaltet werden. Wenn der Strom aus der Speicherdrossel 2a auf Null abgefallen ist, kann eine erneute Iteration des Schrittes 12 erfolgen, das heißt, die Dauer der zweiten vorbestimmte Zeitspanne kann sich an dem Betrag des Stromflusses aus der Speicherdrossel 2a orientieren. Storage choke 2a can be used as coupling inductance of a boost converter. For this purpose, the power supply string is first switched to short circuit, so that the capacity of the DC intermediate circuit 2b, the storage inductor 2a charges. After a short short-circuit period, the second energy storage modules 3 can then be switched to the energy supply line in step 13. If the current from the storage inductor 2a has dropped to zero, a re-iteration of step 12 can take place, that is, the duration of the second predetermined time period can be based on the amount of current flow from the storage inductor 2a.
Die Schritte 12 und 13 können dabei so lange alterniert werden, bis die Temperatur der Energiespeicherzellen 5a, 5k der beteiligten Energiespeichermodule 3 einen zweiten vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Dieser zweite vorbestimmte Grenzwert kann sich beispielsweise an einer Temperatur orientieren, oberhalb derer der Innenwiderstand der Energiespeicherzellen 5a, 5k der Energiespeichereinrichtung 1 einen erwünschten Wert unterschreitet. The steps 12 and 13 can be alternated until the temperature of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage modules 3 involved exceeds a second predetermined limit value. This second predetermined limit may be for example, at a temperature above which the internal resistance of the energy storage cells 5 a, 5 k of the energy storage device 1 falls below a desired value.
In einem Schritt 14 kann dann ein Auswählen der ersten und zweiten In a step 14, then selecting the first and second
Energiespeichermodule 3 des Energieversorgungsstrangs zum Bereitstellen der Energy storage modules 3 of the power supply line for providing the
Versorgungsspannung für den Gleichspannungszwischenkreis 2b erfolgen. Insbesondere in einer Betriebssituation, die nur eine geringe Eingangsspannung für die elektrische Maschine 6 erfordert, beispielsweise einem Anfahren eines elektrischen Fahrzeugs, können gezielt diejenigen Energiespeichermodule 3 ausgewählt werden, die bereits aufgeheizt worden sind, um die Versorgungsspannung für den Supply voltage for the DC voltage intermediate circuit 2b done. In particular, in an operating situation that requires only a low input voltage for the electric machine 6, such as a startup of an electric vehicle, those energy storage modules 3 can be selectively selected, which have already been heated to the supply voltage for the
Gleichspannungszwischenkreis 2b bereitzustellen. Erst in einem späteren DC intermediate circuit 2b provide. Only in a later
Betriebsstadium werden dann die übrigen Energiespeichermodule 3 zugeschaltet, beispielsweise wenn ein späteres Aufheizen dieser Energiespeichermodule 3 erfolgt ist, sei es durch ein Aufheizen mithilfe des Verfahrens 10 oder ein automatisches Aufheizen durch den Fahrbetrieb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Operating stage then the other energy storage modules 3 are switched on, for example, if a later heating of these energy storage modules 3 is done, either by heating by the method 10 or an automatic heating by the driving operation of the electrically operated vehicle.

Claims

Verfahren (10) zum Aufheizen von Energiespeicherzellen (5a, 5k) einer Method (10) for heating energy storage cells (5a, 5k) of a
Energiespeichereinrichtung (1) mit einer Vielzahl von in einem Energy storage device (1) having a plurality of in one
Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3), welche jeweils umfassen: Power supply string connected in series energy storage modules (3), each comprising:
ein Energiespeicherzellenmodul (5), welches mindestens eine Energiespeicherzelle (5a, 5k) aufweist, und  an energy storage cell module (5) which has at least one energy storage cell (5a, 5k), and
eine Koppeleinrichtung (7) mit Koppelelementen (7a, 7b; 7c, 7d), welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den  a coupling device (7) with coupling elements (7a, 7b; 7c, 7d), which are designed to selectively load the energy storage cell module (5) into the
Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken,  Switching or bridging power supply line,
wobei das Verfahren (10) die Schritte aufweist: the method (10) comprising the steps of:
Koppeln (11) der Ausgangsanschlüsse (1 a, 1 b) der Energiespeichereinrichtung (1) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (2b);  Coupling (11) of the output terminals (1 a, 1 b) of the energy storage device (1) with a DC intermediate circuit (2b);
Ansteuern (12) der Koppeleinrichtungen (7) mindestens eines ersten  Driving (12) of the coupling devices (7) at least a first
Energiespeichermoduls (3) zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule (5) in den Energieversorgungsstrang für eine erste vorbestimmte Zeitspanne; und Ansteuern (13) der Koppeleinrichtungen (7) mindestens eines zweiten Energy storage module (3) for switching the respective energy storage cell modules (5) in the power supply line for a first predetermined period of time; and driving (13) of the coupling devices (7) of at least one second
Energiespeichermoduls (3) zum Schalten der jeweiligen Energiespeicherzellenmodule (5) in den Energieversorgungsstrang für eine zweite vorbestimmte Zeitspanne, nachdem die erste vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Energy storage module (3) for switching the respective energy storage cell modules (5) in the power supply line for a second predetermined period of time after the first predetermined period of time has elapsed.
Verfahren (10) nach Anspruch 1 , wobei die Dauer der zweiten vorbestimmten The method (10) of claim 1, wherein the duration of the second predetermined
Zeitspanne von einem Betrag der Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis (2b) abhängig ist. Period of an amount of voltage in the DC intermediate circuit (2b) is dependent.
Verfahren (10) nach Anspruch 1 , wobei die Dauer der zweiten vorbestimmten The method (10) of claim 1, wherein the duration of the second predetermined
Zeitspanne von einem Betrag des Stromflusses durch die jeweiligen Time span from an amount of current flow through the respective
Energiespeicherzellenmodule (5) abhängig ist. Energy storage cell modules (5) is dependent.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit dem Schritt: The method (10) according to any one of claims 1 to 3, further comprising the step:
Auswählen (14) des ersten und zweiten Energiespeichermoduls (3) des Selecting (14) the first and second energy storage modules (3) of the
Energieversorgungsstrangs zum Bereitstellen der Versorgungsspannung für den Gleichspannungszwischenkreis (2b). Power supply line for providing the supply voltage for the DC intermediate circuit (2b).
5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren (10) ausgeführt wird, wenn die Temperatur der Energiespeicherzellen (5a, 5k) einen ersten vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. 6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schritte des Ansteuerns (12) der Koppeleinrichtungen (7) mindestens eines ersten Energiespeichermoduls (3) und des Ansteuerns (13) der Koppeleinrichtungen (7) mindestens eines zweiten Energiespeichermoduls (3) so lange alterniert werden, bis die Temperatur der 5. The method according to claim 1, wherein the method is carried out when the temperature of the energy storage cells falls below a first predetermined limit value. 6. The method as claimed in claim 1, wherein the steps of driving the coupling devices of at least one first energy storage module and of driving the coupling devices of at least one second energy storage module. 3) to be alternated until the temperature of the
Energiespeicherzellen (5a, 5k) der beteiligten Energiespeichermodule (3) einen zweiten vorbestimmten Grenzwert überschreitet.  Energy storage cells (5a, 5k) of the participating energy storage modules (3) exceeds a second predetermined limit.
7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Koppeins (1 1) der Ausgangsanschlüsse (1 a, 1 b) der Energiespeichereinrichtung (1) mit dem 7. The method (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the step of Koppeins (1 1) of the output terminals (1 a, 1 b) of the energy storage device (1) with the
Gleichspannungszwischenkreis (2b) über eine Koppelinduktivität (2a) erfolgt.  DC intermediate circuit (2b) via a coupling inductance (2a).
8. System (100), mit: 8. System (100), with:
einer Energiespeichereinrichtung (1) mit einer Vielzahl von in einem  an energy storage device (1) having a plurality of in one
Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3), welche jeweils umfassen:  Power supply string connected in series energy storage modules (3), each comprising:
ein Energiespeicherzellenmodul (5), welches mindestens eine Energiespeicherzelle an energy storage cell module (5), which at least one energy storage cell
(5a, 5k) aufweist, und (5a, 5k), and
eine Koppeleinrichtung (7) mit Koppelelementen (7a, 7b; 7c, 7d), welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den  a coupling device (7) with coupling elements (7a, 7b; 7c, 7d), which are designed to selectively load the energy storage cell module (5) into the
Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken;  Switching or bridging power supply line;
einem Gleichspannungszwischenkreis (2b), welcher mit Ausgangsanschlüssen (1 a, 1 b) der Energiespeichereinrichtung (1) gekoppelt ist;  a DC intermediate circuit (2b) which is coupled to output terminals (1 a, 1 b) of the energy storage device (1);
einem Pulswechselrichter (4), welcher mit dem Gleichspannungszwischenkreis (2b) gekoppelt ist, und welcher aus dem Gleichspannungszwischenkreis (2b) mit einer Eingangsspannung gespeist wird;  a pulse inverter (4) which is coupled to the DC intermediate circuit (2b) and which is fed from the DC intermediate circuit (2b) with an input voltage;
einer elektrischen Maschine (6), welche mit dem Pulswechselrichter (4) gekoppelt ist, und welche von dem Pulswechselrichter (4) mit einer Phasenspannung versorgt wird; und  an electric machine (6) which is coupled to the pulse inverter (4) and which is supplied by the pulse inverter (4) with a phase voltage; and
einer Steuereinrichtung (8), welche mit den Koppeleinrichtungen (7) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen (7) der Energiespeichereinrichtung (1) zum Bereitstellen einer Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung (1) selektiv anzusteuern und ein Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen. a control device (8) which is coupled to the coupling devices (7) and which is designed to selectively control the coupling devices (7) of the energy storage device (1) for providing a total output voltage of the energy storage device (1) and a method (10) to carry out any of claims 1 to 6.
9. System (100) nach Anspruch 8, wobei die Koppeleinrichtungen (7) Koppelelemente (7a; 7b; 7c; 7d) in Vollbrückenschaltung umfassen. 9. System (100) according to claim 8, wherein the coupling devices (7) comprise coupling elements (7a; 7b; 7c; 7d) in full-bridge connection.
10. System (100) nach Anspruch 8, wobei die Koppeleinrichtungen (7) 10. System (100) according to claim 8, wherein the coupling devices (7)
Koppelelemente (7a; 7c) in Halbbrückenschaltung umfassen.  Coupling elements (7a, 7c) in half-bridge circuit include.
1 1. System (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die 1 1. A system (100) according to any one of claims 8 to 10, wherein the
Energiespeicherzellen (5a, 5k) Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen.  Energy storage cells (5a, 5k) include lithium-ion batteries.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013208556A1 (en) * 2013-05-08 2014-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for heating an energy storage device and energy storage device
DE102016208135A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and control unit for controlling the temperature of a multi-storage system
CN107856553A (en) * 2016-09-21 2018-03-30 汽车能源供应公司 Battery system
GB2556914A (en) 2016-11-25 2018-06-13 Dyson Technology Ltd Battery system
DE102017218455A1 (en) * 2017-10-16 2019-04-18 Siemens Mobility GmbH Energy storage device and method for operating such an energy storage device
CN111602312B (en) * 2018-01-16 2022-03-04 株式会社钟化 Solar power generation system
DE102018218222A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 Robert Bosch Gmbh Battery system for an electric vehicle, method for operating a battery system and electric vehicle
DE102018219824A1 (en) 2018-11-20 2020-05-20 Robert Bosch Gmbh Drive system for an electric vehicle, method for operating a drive system and electric vehicle
DE102018219892A1 (en) 2018-11-21 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Battery system for a motor vehicle and method for operating a battery system
DE102019207193B3 (en) * 2019-05-16 2020-06-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for heating a battery, battery management control device and method for heating a battery
DE102019117944A1 (en) 2019-07-03 2021-01-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and device for charging a vehicle battery

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1450422A1 (en) * 2001-11-27 2004-08-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. BATTERY CONNECTION STRUCTURE, BATTERY MODULE, AND BATTERY PACK
DE102010027861A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and exchangeable cell modules
DE102010027857A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and increased reliability
EP2413455A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-01 Byd Company Limited Battery heating circuit
DE102011109198A1 (en) * 2010-08-10 2012-03-01 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) COMBINED HEATING AND PRE-CHARGING FUNCTION AND HARDWARE FOR PROPULSION BATTERIES

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4501483B2 (en) * 2004-03-24 2010-07-14 株式会社明電舎 Multiphase series multiple power converter and PWM control method thereof
DE102009054818A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Inverter for an energy storage system and method for charge balance compensation between memory modules of an energy storage system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1450422A1 (en) * 2001-11-27 2004-08-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. BATTERY CONNECTION STRUCTURE, BATTERY MODULE, AND BATTERY PACK
DE102010027861A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and exchangeable cell modules
DE102010027857A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and increased reliability
EP2413455A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-01 Byd Company Limited Battery heating circuit
DE102011109198A1 (en) * 2010-08-10 2012-03-01 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) COMBINED HEATING AND PRE-CHARGING FUNCTION AND HARDWARE FOR PROPULSION BATTERIES

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CN104335412B (en) 2017-09-08
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