WO2016131589A1 - Verbesserte duale akkumulatoranordnung - Google Patents

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WO2016131589A1
WO2016131589A1 PCT/EP2016/051058 EP2016051058W WO2016131589A1 WO 2016131589 A1 WO2016131589 A1 WO 2016131589A1 EP 2016051058 W EP2016051058 W EP 2016051058W WO 2016131589 A1 WO2016131589 A1 WO 2016131589A1
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converter
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Joerg Reuss
Dominik GRUBER
Andre Schmitz
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to an improved dual accumulator assembly having cells optimized for high capacity and cells optimized for high power output.
  • capacity-optimized accumulator cells and energy-optimized accumulator cells or double-layer capacitors are mixedly installed in an accumulator arrangement, which is also referred to in the prior art as dual-storage.
  • one or more strings of capacity-optimized cells are connected in parallel to one or more power-optimized cells.
  • the strings are typically coupled by means of a DC / DC converter connected in parallel to the strings.
  • the DC / DC converter compensates for different voltages between the strings.
  • a disadvantage of the prior art is that the DC / DC converter must be designed for the maximum peak power of the coupled string. Such a DC / DC converter is complex and causes high costs.
  • the invention has for its object to provide an improved accumulator assembly having cells optimized for current delivery and having cells maximized in capacity.
  • the object of the invention is achieved by an accumulator arrangement having a first plurality of series-connected first charge storage cells, a second plurality of series-connected second charge storage cells and a third plurality of series-connected third charge storage cells.
  • the accumulator arrangement has a first converter, to whose first connection pair the third plurality of third charge storage cells connected in series is connected.
  • the second terminal pair of the first converter is connected in series with the first plurality of series-connected first charge storage cells.
  • the series circuit of the first plurality of first charge storage cells and the first converter is connected in parallel to the second plurality of second charge storage cells.
  • the first converter is configured to convert the voltage output by the third plurality of charge storage cells connected in series and / or the current output by the third plurality of series-connected charge storage cells and to output them at the second connection pair.
  • the lowest potential of the second plurality of second cells connected in series forms a first terminal of the accumulator arrangement, and the highest potential of the second plurality of series-connected second cells forms a second terminal of the accumulator arrangement.
  • the accumulator arrangement can be connected, for example via a contactor, to an inverter to which an electrical machine can be connected.
  • the first converter which can replace the DC / DC converter of the prior art, is not connected in parallel over an entire cell string, but only over part of a string of series-connected charge storage cells. Consequently, the first converter need not be designed for the maximum peak power, but be designed only for that part of the peak power that can be taken out of the accumulator arrangement by means of the third charge storage cells.
  • the accumulator arrangement can furthermore have a second converter whose first connection pair is connected to a power source, in particular the second plurality of second charge storage cells, and whose second connection pair is connected to the third plurality of third charge storage cells.
  • the second converter is designed to transport an electrical charge from one energy source, in particular the second plurality of second charge storage cells, to the third plurality of third charge storage cells.
  • the energy source may be an electric machine in generator mode, any charger or an electrochemical energy storage.
  • the accumulator assembly may include a third converter and a fourth plurality of series connected fourth charge storage cells connected to the first terminal pair of the third converter.
  • the second terminal pair of the third converter is connected in series with the second plurality of second charge storage cells.
  • the third converter is configured to convert the voltage delivered by the fourth plurality of charge storage cells connected in series and / or the current emitted by the fourth plurality of series connected fourth charge storage cells current and output to the second terminal pair of the third converter.
  • the third converter By means of the third converter can be adjusted, which voltage is generated by the series connection of the second plurality of series-connected second charge storage cells and fourth plurality of series-connected fourth charge storage cells.
  • the intermediate circuit voltage can be adjustable, which is applied between the first terminal and the second terminal of the accumulator arrangement.
  • the accumulator assembly may further include a controller configured to, if a machine connected to the accumulator assembly has a higher current draw for a predetermined period in a dynamic operating condition than in a static operating condition, to drive the first converter to charge the first plurality in series connected first charge storage cells and the third plurality of series connected third charge storage cells is removed. If the electrical machine has a constant power consumption for a predetermined period of time, the control device can also be designed to control the first converter such that charge is taken only from the second plurality of series-connected second charge storage cells. This operating case is relevant when the second cells are designed so that they have the highest possible capacity and the first and third cells are designed for the highest possible current output.
  • a dynamic operating condition may be an increased torque output over a predetermined period of time, such as an acceleration of a vehicle.
  • charge may be taken from the first plurality of series connected first charge storage cells, the second plurality of series connected second charge storage cells, and the third plurality of series connected third charge storage cells.
  • the control device can be designed to control the first converter in such a way that the sum of the output voltage of the first converter and the first plurality of first If the electric machine has a constant power consumption, for example in a static operating state, over a predetermined period of time, the control device can control the first converter such that the sum of the output voltage of the first first converter and the first plurality of first charge storage cells is lower than the open circuit voltage of the second plurality of second charge storage cells.
  • the control device can also be configured, if the electric machine has a higher current consumption for a predetermined period of time during a dynamic operating state, to control the first converter so that charge is taken from the second plurality of series-connected second charge storage cells. If a constant power consumption occurs over a predetermined period of time, the first converter can be controlled by the control device such that charge is taken only from the first plurality of series-connected first charge storage lines and the third plurality of series-connected third charge storage cells.
  • This operating case is relevant if the second charge storage cells are designed for the highest possible current output and the first and third charge storage cells are designed for the highest possible capacity. It is understood that during the dynamic operating state, charge can be taken from both the first plurality of first charge storage cells, the second plurality of second charge storage cells and the third plurality of third charge storage cells.
  • the control device may be designed, if the electric machine has a higher current consumption for a predetermined period of time during a dynamic operating state, to control the first converter so that the sum of the output voltage of the first converter and the first plurality of series connected first charge storage cells is higher than the open circuit voltage of the second plurality of series connected second charge storage cells. If the electric machine has a constant power consumption for a predetermined period of time during a static operating condition, the controller may drive the first converter so that the sum of the output voltage of the first converter and the first plurality of first charge storage cells is lower than the open circuit voltage of the second plurality of second charge storage cells ,
  • the control device may be designed, if an electrical machine connected to the accumulator arrangement has a higher current consumption for a predetermined period of time, to control the third converter so that charge is taken from the first plurality of series-connected first charge storage cells and, if the electric machine is over having a constant power consumption for a predetermined period of time to drive the third converter to remove charge from the second plurality of series connected second charge storage cells and the fourth plurality of series connected fourth charge storage cells.
  • This operating case may be relevant if the first and third charge storage cells are optimized for the highest possible current output and the second and fourth charge storage cells are optimized for the highest possible capacity.
  • the control device may be configured to control the second converter such that electrical charge is taken from the second plurality of second charge storage cells and supplied to the third plurality of third charge storage cells.
  • the control device can thus control the recharging of the third plurality of series-connected third charge storage cells,
  • the first charge storage cells and the third charge storage cells may be for a higher current output or a shorter current output than the second charge storage cells and the fourth charge storage cells be designed or optimized.
  • the second charge storage cells and the fourth charge storage cells may be designed for a higher capacity than the first charge storage cells and the third charge storage cells.
  • the first charge storage cells and the third charge storage cells may comprise a capacitor, for example a so-called supercap, double-layer capacitors or the like.
  • the second charge storage cells and the fourth charge storage cells may include an accumulator, such as a lithium-ion accumulator or the like.
  • the number of third charge storage cells may be less than about 25%, preferably less than about 20%, most preferably less than about 10% of the number of first charge storage cells.
  • the first converter must be designed to be less powerful, whereby it is less expensive to produce and requires less space in the vehicle or the accumulator assembly.
  • the invention also relates to a drive system for a vehicle having an electric drive with the previously described accumulator assembly, an inverter and an electric machine, wherein the terminals of the accumulator assembly forming the intermediate circuit voltage are connected via a contactor to the DC terminals of the inverter and the electrical Machine is connected to the AC terminals of the inverter.
  • the electric machine can work as a drive motor and / or as a generator.
  • the controller may be configured to, in generator mode, drive the second converter to charge the charge storage cells designed for a higher current before charging the charge storage cells configured for a higher capacity.
  • the control device may be designed such that it preferably the first A plurality of series connected first charge storage cells and the third plurality of series connected third charge storage cells charge.
  • the controller is adapted to drive the first converter to simultaneously extract energy from the first plurality of first charge storage cells connected in series, the third plurality of series connected third charge storage cells, and the second plurality of second charge storage cells the electric machine is to deliver a torque, or energy is supplied, if the electric machine should work as a generator.
  • electrical charge of the first plurality of first charge storage cells connected in series, the second plurality of series connected second charge storage cells and the third plurality of series connected third charge storage cells is taken out simultaneously.
  • the charge is taken only from the second plurality of series-connected second charge storage cells.
  • first charge storage cells and the third charge storage cells are designed or optimized for a higher current output. As a result, the losses of the accumulator arrangement or of the drive system, which may possibly occur during continuous operation by the first converter, can be reduced.
  • Figure 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows details of a circuit of the first embodiment of the invention
  • Figure 3 shows further details of the shading of the first embodiment
  • Figure 4 shows an extension of the first embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a second embodiment of the invention
  • Figure 6 shows a third embodiment of the invention
  • Figure 7 shows a prior art accumulator assembly.
  • FIG. 7 shows an accumulator arrangement 1 of the prior art with output terminals 14, to which an inverter 12 is connected, to the AC connections 16 of which an electrical machine 18 is connected.
  • the accumulator arrangement 1 of the prior art comprises a first series connection 2 of first charge storage cells 4, for example capacitors designed for a high current output.
  • the first series connection 2 of first charge storage cells 4 is connected to a DC / DC converter 10, which is connected to a second series circuit 6 of second charge storage cells 8, which are optimized for a high capacity.
  • the second charge storage cells 8 may be, for example, lithium-ion cells.
  • the second series circuit 6 second charge storage cells 8 forms the intermediate circuit voltage and is connected to the DC side input 14 of the inverter 12.
  • the DC / DC converter 10 must be designed so that it can convert all the power that can be output from the first Serienschaitung 2 first charge storage cells, making it expensive to manufacture and has a large footprint.
  • the Accumulator arrangement 100 comprises a first series circuit 102 of a plurality of first charge storage cells 104.
  • the first series circuit 104 is connected in series with the output terminals of a first DC / DC converter 110.
  • a third plurality 108 of third charge storage cells 06 are connected to the input connections of the first DC / DC converter 110.
  • the accumulator arrangement 100 furthermore comprises a second plurality 1 12 of second charge storage cells 1 14.
  • the second plurality 1 12 of second charge storage cells 1 14 is connected in parallel to the series connection of the first DC / DC converter 110 and the first series circuit 102 of first charge storage elements.
  • the output voltage of the second series circuit 1 12 second charge storage elements 1 14 forms the so-called intermediate circuit voltage, which is connected to DC terminals 1 16 of an inverter 1 18, whose Ausgansan say 120 are connected to an electrical machine 122.
  • the second charge storage elements 1 14 are designed for a high capacity and are formed for example by lithium-ion cells.
  • the first charge storage cells 104 and the third charge storage cells 108 are designed for a fast and high current output and are formed for example by capacitors.
  • the second series circuit 112 comprises a number of 96 second charge storage cells 1 14.
  • the first series circuit 102 comprises 80 first charge storage cells 104.
  • the third series circuit 106 of third charge storage cells 108 comprises 16 charge storage cells. Consequently, only 16 third charge storage cells 108 are connected to the first DC / DC converter 110. As a result, only one-sixth of the voltage is applied to the input terminals of the first DC / DC converter 110 as compared with the prior art shown in FIG. Consequently, the first DC / DC converter 1 10 can be designed much weaker, as required in the prior art.
  • the operation of the first embodiment will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the second series circuit 1 12 of Figure 1 is replaced by an equivalent circuit 103 of a DC power source 103 a and an internal resistance 103 b connected therein in series.
  • the first series circuit 102 generates a voltage in the amount of 328 V.
  • FIG. 3 shows a state in which a current 11 is to be output by the first series circuit 102 of first charge storage cells and by the first DC / DC converter 110.
  • a voltage U1 of 33 V must be present at the output terminals of the first DC / DC converter 110.
  • the voltage of the third plurality 106 of third charge storage cells 108 is 66 V.
  • the current 12 in the third plurality of third charge storage cells 108 is calculated as follows: Ul x ll
  • the current I2 flowing in the third plurality 106 of third charge storage cells 108 is dependent on the efficiency r, of the first DC / DC converter. Consequently, the state of charge of the first series circuit 102 of first charge storage cells 104 differs from that of the third series circuit 106 of third charge storage cells 108. Thus, the third series connection 106 of third charge storage lines 108 must be charged separately from the first series circuit 102 of first charge storage cells 104.
  • the second embodiment of the accumulator arrangement 100 ' comprises in addition to the first embodiment a second DC / DC converter 130 whose output terminals are connected to the third series circuit 106 of third charge storage cells 108.
  • the input terminals of the second DC / DC converter 130 are connected to the second series circuit 1 12 second charge storage 1 14.
  • the state of charge of the third series circuit 106 of third charge storage cells 108 can be changed independently of the state of charge of the first series circuit 102 of first charge storage cells 104.
  • Figure 5 shows a third embodiment of the invention, which shows substantially the same components as the first embodiment of the invention, which has been described with reference to Figure 1 to Figure 3.
  • a first series connection 102 of first charge storage cells 104 is not connected to the DC link and thus to the inverter 18 by a DC / DC converter 110.
  • the second embodiment of the accumulator arrangement 100 "according to the invention comprises only a third DC / DC converter 140 whose output terminals are connected in series with the second series connection 12 of second charge storage cells 114.
  • a fourth series circuit 142 of fourth charge storage cells 144 is connected to the input terminals of the third DC / DC converter 140.
  • the first charge storage cells 104 are designed for fast and high current output and are formed by, for example, capacitors.
  • the second charge storage elements 14 and the fourth charge storage elements 144 are designed for a permanent current delivery and are formed by accumulators, for example lithium-ion accumulators.
  • the third embodiment has the advantage that the power of the first charge storage cells 104 is made available particularly quickly and without any distortion.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the accumulator arrangement 100 '"according to the invention, which is essentially a combination of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 and the second embodiment of the invention described with reference to FIG.
  • the output terminals of the third embodiment of the accumulator arrangement 100 "' which form the intermediate circuit voltage of an inverter 118, are connected to a series circuit of the first DC / DC converter 110 and the first series circuit 102 of first charge storage cells 104 and parallel to the series circuit of the third DC / DC converter 140 and the second series circuit 1 12 second charge storage cells 114 connected.
  • a third series circuit 106 of third charge storage cells 108 is connected to the input terminals of the third DC / Gieichstrom-converter.
  • a third series circuit 142 of third charge storage cells 144 is connected.
  • the first charge storage cells 104 and the third charge storage cells 108 may be optimized for fast and high current output and formed, for example, by capacitors.
  • the second charge storage cells 14 and the fourth charge storage cells 144 can be optimized for the highest possible capacity and be formed, for example, by accumulator cells.
  • This embodiment may also include a second DC / DC converter 130 to balance the charge storage cells.
  • only partial lines of a cell string are parallel to another cell string by means of a DC / DC converter connected.
  • the DC / DC converter and the connected cells of a sub-string can be referred to as a flow valve, which regulates when charge is taken from which of the parallel-connected strands.
  • the invention has the advantage that the DC / DC converter must be designed less powerful, thereby reducing expenses, space and power loss can be reduced.

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine Akkumulatoranordnung, mit - einer ersten Mehrzahl in Serie geschalter erster Ladungsspeicherzellen; - einer zweiten Mehrzahl in Serie geschalter zweiter Ladungsspeicherzellen; - einer dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen, und - einem ersten Wandler, an dessen erstes Anschlusspaar die dritte Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen angeschlossen ist, - wobei das zweite Anschlusspaar des ersten Wandlers mit der ersten Mehrzahl in Serie geschalter erster Ladungsspeicherzellen in Serie geschaltet ist, - wobei die Serienschaltung aus der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen und dem ersten Wandler der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen parallel geschaltet ist, - wobei der erste Wandler dazu ausgebildet ist, die von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen abgegebene Spannung und/oder den von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen abgegebenen Strom zu wandeln und am zweiten Anschlusspaar auszugeben und - wobei das niedrigste Potential der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Ladungsspeicherzellen einen ersten Anschluss der Akkumulatoranordnung bildet und das höchste Potential der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Ladungsspeicherzellen einen zweiten Anschluss der Akkumulatoranordnung bildet.

Description

Verbesserte duale Akkumulatoranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte duale Akkumulatoranordnung mit Zellen, die für eine hohe Kapazität optimiert sind, und Zellen, die für eine hohe Leistungsabgabe optimiert sind.
Zur Leistungsskalierung bei elektrochemischen Energiespeichern in einem Fahrzeug werden kapazitätsoptimierte Akkumulatorzellen und ieistungsoptimierte Akkumulatorzellen oder Doppelschichtkondensatoren gemischt in einer Akkumulatoranordnung eingebaut, was im Stand der Technik auch als Dualspeicher bezeichnet wird. In der Regel werden ein Strang oder mehrere Stränge von kapazitätsoptimierten Zellen parallel zu einem Strang oder mehreren Strängen leistungsoptimierten Zellen geschaltet. Die Stränge sind in der Regel mittels eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers gekoppelt, der den Strängen parallel geschaltet ist. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler gleicht unterschiedliche Spannungen zwischen den Strängen aus.
Die DE 20 2009 017 862 1)1 und die DE 20 2008 017 499 U1 beschreiben Parallelschaltungen von Batterien.
Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass der Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler für die maximale Spitzenleistung des angekoppelten Strangs ausgelegt werden muss. Ein derartiger Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler ist aufwändig und verursacht hohe Kosten.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine verbesserte Akkumulatoranordnung zu schaffen, die Zellen aufweist, die für eine Stromabgabe optimiert sind und Zellen aufweist, die hinsichtlich der Kapazität maximiert sind. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Akkumulatoranordnung mit einer ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen, einer zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen und einer dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen gelöst. Erfindungsgemäß weist die Akkumulatoranordnung einen ersten Wandler auf, an dessen erstes Anschlusspaar die dritte Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen angeschlossen ist. Das zweite Anschlusspaar des ersten Wandlers ist mit der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen in Serie geschaltet. Die Serienschaltung aus der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen und dem ersten Wandler ist der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen parallel geschaltet. Der erste Wandler ist dazu ausgebildet, die von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter Ladungsspeicherzellen abgegebene Spannung und/oder den von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter Ladungsspeicherzellen abgegebenen Strom zu wandeln und am zweiten Anschlusspaar auszugeben. Das niedrigste Potenzial der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Zellen bildet einen ersten Anschluss der Akkumulatoranordnung» und das höchste Potenzial der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Zellen bildet einen zweiten Anschluss der Akkumulatoranordnung.
Die Akkumulatoranordnung kann, beispielsweise über einen Schütz, an einen Wechselrichter angeschlossen sein, an den eine elektrische Maschine angeschlossen sein kann.
Erfindungsgemäß ist der erste Wandler, der den Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler des Standes der Technik ersetzen kann, nicht über einen gesamten Zellenstrang parallel geschaltet, sondern lediglich über einen Teil eines Strangs an in Serie geschalteter Ladungsspeicherzellen. Folglich muss der erste Wandler nicht auf die maximale Spitzenleistung ausgelegt sein, sondern lediglich auf den Teil der Spitzenleistung ausgelegt sein, der mittels der dritten Ladungsspeicherzellen der Akkumulatoranordnung entnommen werden kann, Die Akkumulatoranordnung kann ferner einen zweiten Wandler aufweisen, dessen erstes Anschlusspaar an eine Energiequelle, insbesondere die zweite Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen angeschlossen ist, und dessen zweites Anschlusspaar an die dritte Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen angeschlossen ist. Der zweite Wandler ist dazu ausgebildet, eine elektrische Ladung von einer Energiequelle, insbesondere der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen, zur dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen zu transportieren, Mittels des zweiten Wandlers können die dritten Ladungsspeicherzellen auf- und/oder entladen werden. Die Energiequelle kann eine elektrische Maschine im Generatorbetrieb, ein beliebiges Ladegerät oder ein elektrochemischer Energiespeicher sein.
Die Akkumulatoranordnung kann einen dritten Wandler und eine vierte Mehrzahl in Serie geschalteter vierter Ladungsspeicherzellen, die an das erste Anschlusspaar des dritten Wandlers angeschlossen ist, aufweisen. Das zweite Anschlusspaar des dritten Wandlers ist mit der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen in Serie geschaltet. Der dritte Wandler ist dazu ausgebildet, die von der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter Ladungsspeicherzellen abgegebene Spannung und/oder den von der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierten Ladungsspeicherzellen abgegebenen Strom zu wandeln und am zweiten Anschlusspaar des dritten Wandlers auszugeben. Mittels des ersten Wandlers kann eingestellt werden, ob mehr Ladung der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzeilen und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritten Ladungsspeicherzellen oder der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Mittels des dritten Wandlers kann eingestellt werden, welche Spannung durch die Serienschaltung der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen und vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierten Ladungsspeicherzellen erzeugt wird. Dadurch kann die Zwischenkreisspannung einstellbar sein, die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Akkumulatoranordnung anliegt. Durch den gewonnenen Freiheitsgrad der einstellbaren Zwischenkreisspannung kann das Antriebssystem wirkungsgradoptimiert betrieben werden und zudem kann der Ankerstellbereich der elektrischen Maschine ausgedehnt werden.
Die Akkumulatoranordnung kann ferner eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, falls eine an der Akkumulatoranordnung angeschlossene Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum in einen dynamischen Betriebszustand eine höhere Stromaufnahme als in einem statischen Betriebszustand hat, den ersten Wandler so anzusteuern, dass Ladung von der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Die Steuerungseinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme hat, den ersten Wandler so anzusteuern, dass Ladung lediglich der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Dieser Betriebsfall ist dann relevant, wenn die zweiten Zellen so ausgelegt sind, dass sie eine möglichst hohe Kapazität aufweisen und die ersten und dritten Zellen für eine möglichst hohe Stromabgabe ausgelegt sind. Ein dynamischer Betriebszustand kann eine erhöhte Drehmomentabgabe über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise ein Beschleunigen eines Fahrzeuges, sein. im dynamischen Betriebsfall kann Ladung der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzelien, der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritten Ladungsspeicherzellen entnommen werden.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum, in einem dynamischen Betriebszustand eine höhere Stromaufnahme als in einem statischen Betriebszustand hat, den ersten Wandler so anzusteuern, dass die Summe der Ausgangsspannung des ersten Wandlers und der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen höher als die Leerlaufspannung der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen ist, Falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme, beispielsweise in einem statischen Betriebszustand, hat, kann die Steuerungseinrichtung den ersten Wandler so ansteuern, dass die Summe der Ausgangsspannung des ersten Wandlers und der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen niederer als die Leerlaufspannung der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen ist.
Die Steuerungseinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, falls die elektrische Maschine während eines dynamischen Betriebszustandes über einen vorbestimmten Zeitraum eine höhere Stromaufnahme hat, den ersten Wandler so anzusteuern, dass Ladung der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Falls über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme erfolgt, kann der erste Wandler von der Steuerungseinrichtung derart angesteuert werden, dass Ladung lediglich der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzeilen und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritten Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Dieser Betriebsfall ist relevant, falls die zweiten Ladungsspeicherzellen für eine möglichst hohe Stromabgabe ausgelegt sind und die ersten und dritten Ladungsspeicherzellen für eine möglichst hohe Kapazität ausgelegt sind. Es versteht sich, dass während des dynamischen Betriebszustandes Ladung sowohl der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen, der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen und der dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen entnommen werden kann.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum während eines dynamischen Betriebszustands eine höhere Stromaufnahme hat, den ersten Wandler so anzusteuern, dass die Summe der Ausgangsspannung des ersten Wandlers und der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen höher als die Leerlaufspannung der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen ist. Falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum während eines statischen Betriebszustands eine konstante Leistungsaufnahme hat, kann die Steuerungseinrichtung den ersten Wandler so ansteuern, dass die Summe der Ausgangsspannung des ersten Wandlers und der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen niedriger als die Leerlaufspannung der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen ist.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, falls eine an die Akkumulatoranordnung angeschlossene elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum eine höhere Stromaufnahme hat, den dritten Wandler so anzusteuern, dass Ladung der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen entnommen wird, und, falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme hat, den dritten Wandler so anzusteuern, dass Ladung von der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen und der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierter Ladungsspeicherzellen entnommen wird. Dieser Betriebsfall kann relevant sein, falls die ersten und dritten Ladungsspeicherzellen für eine möglichst hohe Stromabgabe und die zweiten und vierten Ladungsspeicherzellen für eine möglichst hohe Kapazität optimiert sind.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den zweiten Wandler so zu steuern, dass elektrische Ladung der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen entnommen wird und der dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen zugeführt wird. Die Steuerungseinrichtung kann somit das Nachladen der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritten Ladungsspeicherzellen steuern,
Die ersten Ladungsspeicherzellen und die dritten Ladungsspeicherzellen können für eine höhere Stromabgabe oder eine kurzfristigere Stromabgabe als die zweiten Ladungsspeicherzellen und die vierten Ladungsspeicherzellen ausgelegt bzw. optimiert sein. Die zweiten Ladungsspeicherzellen und die vierten Ladungsspeicherzellen können für eine höhere Kapazität als die ersten Ladungsspeicherzellen und die dritten Ladungsspeicherzellen ausgelegt bzw. optimiert sein. Die ersten Ladungsspeicherzellen und die dritten Ladungsspeicherzellen können einen Kondensator aufweisen, beispielsweise einen so genannten Supercap, Doppelschichtkondensatoren oder dergleichen. Die zweiten Ladungsspeicherzellen und die vierten Ladungsspeicherzellen können einen Akkumulator aufweisen, beispielsweise einen Lithium-Ionen- Akkumulator oder dergleichen.
Die Anzahl dritter Ladungsspeicherzellen kann weniger als etwa 25 %, vorzugsweise weniger als etwa 20 %, höchstvorzugsweise weniger als etwa 10 % der Anzahl erster Ladungsspeicherzellen betragen. Dadurch muss der erste Wandler weniger leistungsstark ausgelegt sein, wodurch er weniger aufwändig herzustellen ist und weniger Bauraum im Fahrzeug bzw. der Akkumulatoranordnung erfordert.
Die Erfindung betrifft auch ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit der zuvor beschriebenen Akkumulatoranordnung, einem Wechselrichter und einer elektrischen Maschine, wobei die Anschlüsse der Akkumulatoranordnung, die die Zwischenkreisspannung bilden, über einen Schütz an die Gleichstromanschlüsse des Wechselrichters angeschlossen sind und die elektrische Maschine an die Wechselstromanschlüsse des Wechselrichters angeschlossen ist. Die elektrische Maschine kann als Antriebsmotor und/oder als Generator arbeiten.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, dass sie im Generatorbetrieb den zweiten Wandler so ansteuert, dass die für eine höhere Strom abgäbe ausgelegten Ladungsspeicherzellen lädt, bevor sie die für eine höhere Kapazität ausgelegten Ladungsspeicherzellen lädt. Die Steuerungseinrichtung kann so ausgelegt sein, dass sie bevorzugt die erste Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen und die dritte Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen lädt.
Es versteht sich, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, dass sie den ersten Wandler so ansteuert, dass gleichzeitig Energie aus der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter ersten Ladungsspeicherzellen, der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritten Ladungsspeicherzellen und der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen entnommen wird, falls die elektrische Maschine ein Drehmoment abgeben soll, oder Energie zugeführt wird, falls die elektrische Maschine als Generator arbeiten soll. Insbesondere im Hochlastfall wird elektrische Ladung der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen, der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteten dritten Ladungsspeicherzellen gleichzeitig entnommen. Im Teillastfall wird die Ladung lediglich der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen entnommen.
Es ist bevorzugt, dass die ersten Ladungsspeicherzellen und die dritten Ladungsspeicherzellen für eine höhere Stromabgabe ausgelegt bzw. optimiert sind. Dadurch können die im Dauerbetrieb durch den ersten Wandler möglicherweise entstehenden Verluste der Akkumulatoranordnung oder des Antriebssystems reduziert werden.
Die Erfindung wird nun mittels nicht beschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, wobei
Figur 1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 2 Details einer Beschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; Figur 3 weitere Details der Beschattung der ersten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
Figur 4 eine Erweiterung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 6 eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt und
Figur 7 eine Akkumulatoranordnung des Standes der Technik zeigt.
Figur 7 zeigt eine Akkumulatoranordnung 1 des Standes der Technik mit Ausgangsanschlüssen 14, an denen ein Wechselrichter 12 angeschlossen ist, an dessen Wechselstromanschlüsse 16 eine elektrische Maschine 18 angeschlossen ist. Die Akkumulatoranordnung 1 des Standes der Technik umfasst eine erste Serienschaltung 2 erster Ladungsspeicherzellen 4, beispielsweise Kondensatoren, die für eine hohe Stromabgabe ausgelegt sind. Die erste Serienschaltung 2 erster Ladungsspeicherzellen 4 ist an einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 angeschlossen, der an eine zweite Serienschaltung 6 zweiter Ladungsspeicherzellen 8 angeschlossen ist, die für eine hohe Kapazität optimiert sind. Die zweiten Ladungsspeicherzellen 8 können beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen sein. Die zweite Serienschaltung 6 zweiter Ladungsspeicherzellen 8 bildet die Zwischenkreisspannung und ist an den gleichstromseitigen Eingang 14 des Wechselrichters 12 angeschlossen.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 10 muss so ausgelegt sein, dass er die gesamte Leistung, die von der ersten Serienschaitung 2 erster Ladungsspeicherzellen abgegeben werden kann, wandeln kann, wodurch er aufwändig herzustellen ist und einen hohen Platzbedarf aufweist.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 100 erläutert. Die Akkumulatoranordnung 100 umfasst eine erste Serienschaltung 102 einer Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen 104. Der ersten Serienschaltung 104 sind die Ausgansanschlüsse eines ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 1 10 in Serie geschaltet. An den Eingangsanschtüssen des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 1 10 ist eine dritte Mehrzahl 108 dritter Ladungsspeicherzellen 06 angeschlossen. Die Akkumulatoranordnung 100 umfasst ferner eine zweite Mehrzahl 1 12 zweiter Ladungsspeicherzellen 1 14. Die zweite Mehrzahl 1 12 zweiter Ladungsspeicherzellen 1 14 ist der Serienschaltung aus erstem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 110 und der ersten Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherelemente parallel geschaltet. Die Ausgangsspannung der zweiten Serienschaltung 1 12 zweiter Ladungsspeicherelemente 1 14 bildet die sogenannte Zwischenkreisspannung, die an Gleichstromanschlüsse 1 16 eines Wechselrichters 1 18 angeschlossen ist, dessen Ausgansanschlüsse 120 an eine elektrische Maschine 122 angeschlossen sind.
Die zweiten Ladungsspeicherelemente 1 14 sind für eine hohe Kapazität ausgelegt und werden beispielsweise durch Lithium-Ionen-Zellen gebildet. Die ersten Ladungsspeicherzellen 104 und die dritten Ladungsspeicherzellen 108 sind für eine schnelle und hohe Stromabgabe ausgelegt und werden beispielsweise durch Kondensatoren gebildet.
Bei der in Figur 1 gezeigten Akkumulatoranordnung 100 umfasst die zweite Serienschaltung 112 eine Anzahl von 96 zweiten Ladungsspeicherzellen 1 14. Die erste Serienschaltung 102 umfasst 80 erste Ladungsspeicherzellen 104. Die dritte Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 umfasst 16 Ladungsspeicherzellen. An den ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 sind folglich lediglich 16 dritte Ladungsspeicherzellen 108 angeschlossen. Folglich liegt an den Eingangsanschlüssen des ersten Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlers 1 10 lediglich ein Sechstel der Spannung verglichen mit dem in Figur 7 gezeigten Stand der Technik an. Folglich kann der erste Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 wesentlich schwächer ausgelegt werden, als dies im Stand der Technik erforderlich ist. Somit werden einerseits die Aufwände zum Herstellen der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1 10 reduziert und andererseits die Effizienz verbessert, da ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 mit einer niedrigeren daran angelegten Spannung eine in der Regel niedrigere absolute Verlustleistung aufweist, wodurch in Konsequenz auch die Leistungsfähigkeit der Akkumulatoranordnung 100 erhöht wird. Ferner wird der Platzbedarf reduziert.
Die Funktionsweise der ersten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Figuren 2 und 3 detaillierter erläutert. Die zweite Serienschaltung 1 12 von Figur 1 wird durch ein Ersatzschaltbild 103 aus einer Gleichstromquelle 103a und einem darin in Serie geschalteten Innenwiderstand 103b ersetzt. Die erste Serienschaltung 102 erzeugt eine Spannung in der Höhe von 328 V. Die dritte Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 erzeugt eine Eingangsspannung von 66 V. Soll aus den ersten Ladungsspeicherzellen 104 und den zweiten Ladungsspeicherzellen 108 kein Strom abgegeben werden, beispielsweise weil sich ein Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und die elektrische Maschine keine Leistung anfordert, muss der erste Gieichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 eine Spannungsdifferenz von 360 V - 328 V = 32 V ausgleichen. Folglich muss an den Ausgangsanschlüssen des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers eine Ausgangsspannung von 32 V anliegen.
In Figur 3 ist ein Zustand gezeigt, bei dem durch die erste Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen sowie durch den ersten Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler 1 10 ein Strom 11 abgegeben werden soll. Dazu muss an den Ausgangsanschlüssen des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 1 10 eine Spannung U1 von 33 V anliegen. Bei dem in Figur 3 gezeigten Zustand beträgt die Spannung der dritten Mehrzahl 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 66 V. Der Strom 12 in der dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen 108 berechnet sich wie folgt: Ul x ll
~ U2 x η wobei η der Wirkungsgrad des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ist.
Folglich ist der in der dritten Mehrzahl 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 fließende Strom I2 abhängig vom Wirkungsgrad r, des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers. Folglich unterscheidet sich der Ladezustand der ersten Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen 104 von demjenigen der dritten Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108. Somit muss die dritte Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzeilen 108 getrennt von der ersten Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen 104 geladen werden.
Es wird auf Figur 4 Bezug genommen, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt, die im Wesentlichen der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform entspricht. Im Sinne der Prägnanz werden im Folgenden lediglich die Komponenten beschrieben, die die zweite Ausführungsform zusätzlich zur ersten Ausführungsform aufweist. Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 100' umfasst zusätzlich zur ersten Ausführungsform einen zweiten Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler 130, dessen Ausgangsanschlüsse an die dritte Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse des zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 130 sind an die zweite Serienschaltung 1 12 zweiter Ladungsspeicher 1 14 angeschlossen. Mittels des zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 130 kann der Ladezustand der dritten Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 unabhängig vom Ladezustand der ersten Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen 104 verändert werden. Dadurch ist es möglich, den Ladezustand der dritten Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 mit dem Ladezustand der ersten Serienschaltung erster Speicherzellen 104 zu symmet eren. Dadurch kann die Funktionsweise und die Ansteuerung der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 100' vereinfacht und verbessert werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung gehen davon aus, dass der notwendige Symmetrierungsstrom IBAL vergleichsweise niedrig ist, da lediglich ein Teil der Verluste im Batteriesystem kompensiert werden müssen und da das Batteriesystem bzw. der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler in der Regel einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Folglich muss der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 130 im Vergleich zum Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 lediglich eine vergleichsweise niedrige Leistungsfähigkeit aufweisen.
Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die im Wesentlichen die gleichen Bauteile wie die erste Ausführungsform der Erfindung zeigt, die unter Bezugnahme auf Figur 1 bis Figur 3 beschrieben wurde. Eine erste Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen 104 ist nicht mit einem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 an den Zwischenkreis und somit an den Wechselrichter 1 18 angebunden. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform umfasst die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 100" lediglich einen dritten Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler 140 dessen Ausgangsanschlüsse in Serie mit der zweiten Serienschaltung 1 12 zweiter Ladungsspeicherzellen 1 14 geschaltet ist. An die Eingangsanschlüsse des dritten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 140 ist eine vierte Serienschaltung 142 vierter Ladungsspeicherzellen 144 angeschlossen.
Wie zuvor erwähnt wurde, sind die ersten Ladungsspeicherzellen 104 für eine schnelle und hohe Stromabgabe ausgelegt bzw. optimiert und werden beispielsweise durch Kondensatoren gebildet. Die zweiten Ladungsspeicherelemente 1 14 und die vierten Ladungsspeicherelemente 144 sind für eine permanente Stromabgabe ausgelegt und werden durch Akkumulatoren, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren, gebildet. Die dritte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Leistung der ersten Ladungsspeicherzellen 104 besonders schnell und veriustfrei zur Verfügung gestellt wird.
Es wird auf Figur 6 Bezug genommen , die eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 100'" zeigt, die im Wesentlichen eine Kombination der unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3 beschriebenen ersten Ausführungsform und der unter Bezugnahme auf Figur 5 beschriebenen zweiten Ausführungsform der Erfindung ist. Die Ausgangsanschlüsse der dritten Ausführungsform der Akkumulatoranordnung 100"', die die Zwischenkreisspannung eines Wechselrichters 118 bilden, sind an eine Serienschaltung aus dem ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 1 10 und der ersten Serienschaltung 102 erster Ladungsspeicherzellen 104 und parallel zur Serienschaltung aus dem dritten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 140 und der zweiten Serienschaltung 1 12 zweiter Ladungsspeicherzellen 114 geschaltet. An die Eingangsanschlüsse des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 1 10 ist eine dritte Serienschaltung 106 dritter Ladungsspeicherzellen 108 angeschlossen. An die Eingangsanschlüsse des dritten Gleichstrom/Gieichstrom-Wandlers ist eine dritte Serienschaltung 142 dritter Ladungsspeicherzellen 144 angeschlossen.
Die ersten Ladungsspeicherzellen 104 und die dritten Ladungsspeicherzellen 108 können für eine schnelle und hohe Stromabgabe optimiert sein und beispielsweise mittels Kondensatoren gebildet sein. Die zweiten Ladungsspeicherzellen 1 14 und die vierten Ladungsspeicherzellen 144 können für eine möglichst hohe Kapazität optimiert werden und beispielsweise durch Akkumulatorzellen gebildet sein. Auch diese Ausführungsform kann einen zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 130 aufweisen, um die Ladungsspeicherzellen zu symmetrieren.
Erfindungsgemäß werden nur Teilzeilen eines Zellenstrangs mittels eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einem anderen Zellenstrang parallel geschaltet. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler und die daran angeschlossenen Zellen eines Teilstranges können als Stromventil bezeichnet werden, das regelt, wann aus welchem der parallel geschalteten Stränge Ladung entnommen wird. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler weniger leistungsfähig ausgelegt werden müssen, wodurch Aufwände, Bauraum und Verlustleistung reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Akkumulatoranordnung (100), mit
- einer ersten Mehrzahl in Serie geschalter erster Ladungsspeicherzellen (104);
- einer zweiten Mehrzahl in Serie geschalter zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14);
- einer dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen (108), und
- einem ersten Wandler (1 10), an dessen erstes Anschlusspaar die dritte Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen (108) angeschlossen ist,
- wobei das zweite Anschlusspaar des ersten Wandlers (110) mit der ersten Mehrzahl in Serie geschalter erster Ladungsspeicherzellen (104) in Serie geschaltet ist,
- wobei die Serienschaltung aus der ersten Mehrzahl erster Ladungsspeicherzellen (104) und dem ersten Wandler (1 10) der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14) parallel geschaltet ist,
- wobei der erste Wandler (1 10) dazu ausgebildet ist, die von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen (108) abgegebene Spannung und/oder den von der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen (108) abgegebenen Strom zu wandeln und am zweiten Anschlusspaar auszugeben und
- wobei das niedrigste Potential der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Ladungsspeicherzellen (1 14) einen ersten Anschluss der Akkumulatoranordnung bildet und das höchste Potential der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiten Ladungsspeicherzellen (114) einen zweiten Anschluss der Akkumulatoranordnung bildet.
2. Akkumulatoranordnung (100') nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen zweiten Wandler (130), dessen erstes Anschlusspaar an eine Energiequelle, insbesondere die zweite Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14) angeschlossen ist, und dessen zweites Anschlusspaar an die dritte Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen (108) angeschlossen ist, wobei der zweite Wandler (130) dazu ausgebildet ist, eine elektrische Ladung von der Energiequelle (1 14) zur dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen (108) zu transportieren.
3. Akkumulatoranordnung (100'") nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen dritten Wandler (140) und eine vierte Mehrzahl in Serie geschalteter vierter Ladungsspeicherzellen (144), die an das erste Anschlusspaar des dritten Wandler (140) angeschlossen ist, wobei das zweite Anschlusspaar des dritten Wandlers mit der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen (114) in Serie geschaltet ist, wobei der dritte Wandler (140) dazu ausgebildet ist, die von der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierter Ladungsspeicherzellen (144) abgegebene Spannung und/oder den von der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierten Ladungsspeicherzellen (144) abgegebenen Strom zu wandeln und am zweiten Anschlusspaar des dritten Wandlers (140) auszugeben.
4. Akkumulatoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, falls eine an der Akkumulatoranordnung (100) angeschlossene elektrische Maschine (122) über einen vorbestimmen Zeitraum eine höhere Stromaufnahme hat, den ersten Wandler (110) so anzusteuern, dass Ladung von der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter erster Ladungsspeicherzellen (104) und der dritten Mehrzahl in Serie geschalteter dritter Ladungsspeicherzellen (108) entnommen wird, und, falls die elektrische Maschine (122) über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme hat, den ersten Wandler (1 10) so anzusteuern, dass Ladung lediglich der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14) entnommen wird.
5. Akkumulatoranordnung (100") nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, falls eine an der Akkumulatoranordnung angeschlossene elektrische Maschine (122) über einen vorbestimmen Zeitraum eine höhere Stromaufnahme hat, den dritten Wandler (140) so anzusteuern, dass Ladung der ersten Mehrzahl in Serie geschalteter ersten Ladungsspeicherzellen (104) entnommen wird, und, falls die elektrische Maschine über einen vorbestimmten Zeitraum eine konstante Leistungsaufnahme hat, den dritten Wandler (140) so anzusteuern, dass Ladung lediglich von der zweiten Mehrzahl in Serie geschalteter zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14) und der vierten Mehrzahl in Serie geschalteter vierter Ladungsspeicherzellen (144) entnommen wird.
6. Akkumulatoranordnung (100') nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, den zweiten Wandler (130) so anzusteuern, dass Ladung der zweiten Mehrzahl zweiter Ladungsspeicherzellen (1 14) entnommen wird und der dritten Mehrzahl dritter Ladungsspeicherzellen (108) zugeführt wird.
7. Akkumulatoranordnung (100, 100', 100", 100"') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ersten Ladungsspeicherzeilen (104) und dritten Ladungsspeicherzellen (108) für eine höhere Stromabgabe und/oder kurzzeitigere Stromabgabe als die zweiten Ladungsspeicherzellen (1 14) ausgelegt sind und die zweiten Ladungsspeicherzellen (1 14) für eine höhere Kapazität als die ersten Ladungsspeicherzellen (104) und die dritten Ladungsspeicherzellen (108) ausgelegt sind.
8. Akkumulatoranordnung (100, 100', 100", 100"') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (104) und dritten Ladungsspeicherzellen (108) einen Kondensator aufweisen und dass die zweiten Ladungsspeicherzellen (104) einen Akkumulator aufweisen.
9. Akkumulatoranordnung (100, 100', 100", 100'") nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl dritter Ladungsspeicherzellen (108) weiniger als etwa 25 %, vorzugsweise weiniger als etwa 20 %, höchst vorzugsweise weiniger als etwa 10 % der Anzahl erster Ladungsspeicherzellen (104) ist.
10. Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, mit
- der Akkumulatoranordnung (100, 100', 100", 100"') nach einem der Ansprüche 1 bis 9;
- einem Wechselrichter (1 18); und
- einer elektrischen Maschine (122);
wobei die Anschlüsse der Akkumulatoranordnung (100, 100', 100", 100"') an die Gleichstromanschüsse des Wechselrichters angeschlossen sind und die elektrische Maschine an den Wechselstromanschlüssen des Wechselrichters gekoppelt ist.
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