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DE102016007804A1 - Batterie für ein Fahrzeug - Google Patents

Batterie für ein Fahrzeug Download PDF

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DE102016007804A1
DE102016007804A1 DE102016007804.9A DE102016007804A DE102016007804A1 DE 102016007804 A1 DE102016007804 A1 DE 102016007804A1 DE 102016007804 A DE102016007804 A DE 102016007804A DE 102016007804 A1 DE102016007804 A1 DE 102016007804A1
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DE
Germany
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battery
voltage
module
modules
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102016007804.9A
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English (en)
Inventor
Mei Huang
Juergen Schenk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/36Arrangements using end-cell switching
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1469Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
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    • HELECTRICITY
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie 10 für ein Fahrzeug. Die Batterie weist mindestens ein erstes Modul 11 und ein zweites Modul 21 auf, wobei jedes Modul 11, 21, 31 einen Energiespeicher 12, 22, 32 und mindestens einen Schalter 13, 23, 33; 14, 24, 34 mit einer ersten Schaltposition a1, a2, a3; c1, c2, c3 und einer zweiten Schaltposition b1, b2, b3; d1, d2, d3 aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass in der ersten Schaltposition a1, a2, a3; c1, c2, c3 mindestens eines der Schalter 13, 23, 33; 14, 24, 34 eine erste Ausgangsspannung an der Batterie 10 bereitstellbar ist und in der zweiten Schaltposition mindestens eines der Schalter 13, 23, 33; 14, 24, 34 eine zweite Ausgangsspannung an der Batterie 10 bereitstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Fahrzeug.
  • Herkömmliche Hochvolt-Batterien (HV-Batterien) bei bekannten Elektrofahrzeugen haben eine bestimmte Eingangsspannung, Ausgangsspannung (Output-Input-Spannung) und eine bestimmte Leistung, z. B. 500 V, 100 kW. Beim Laden mit Gleichstrom (DC-Laden) benötigt die Batterie eine entsprechende Spannung mit einer bestimmten Toleranz, z. B. 500 V + x%. Bisher werden Gleichstromwandler (DC/DC Wandler) mit geeigneten Ansteuerverfahren verwendet, um die Gleichspannung (DC-Spannung) für das Laden anzupassen.
  • Die bisherigen Batterien in Elektrofahrzeugen (EVs) liefern bei niedriger Temperatur weniger Leistung, benötigen aber eine erhöhte Heizleistung. Dies führt zu einem langsamen Starten und zu einem ungünstigen Energieverbrauch.
  • Ferner kann bei Ladesäulen niedrigerer Spannung, z. B. 250 V + x%, die Batterie nicht mehr geladen werden. Diese Situation tritt ein, z. B. bei Ländern mit unterschiedlichem Ladestandard. Folglich wird für das Laden ein externer Gleichstromwandler (DC/DC Wandler) benötigt, der Kosten verursacht und der nicht immer vorhanden ist.
  • Innerhalb des Fahrzeugs wird oft die Niedervolt-Batterie (LV-Batterie), z. B. 48 Volt, von der Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) geladen. Dafür wird ein eingebauter Gleichstromwandler (DC/DC Wandler) benötigt, um die passende Ladespannung, z. B. 50 V, für die Niedervolt-Batterie (LV-Batterie) zu erhalten. Dies ist ebenso eine kostspielige Lösung.
  • Die Druckschrift US 2014/0184162 A1 beschreibt ein Energiespeichersystem, das Module mit jeweils einem Energiespeicher und zwei Schaltern aufweist, die zwei Positionen einnehmen können. Einzelne Module sind hierbei miteinander verbindbar, so dass gleichzeitig einzelne Energiespeicher geladen werden können während zeitgleich andere Energiespeicher entladen werden können.
  • Es ergibt sich die technische Aufgabe eine Batterie bereitzustellen, bei der die Arbeitsspannung variabel einstellbar ist, ohne einen Gleichstromwandler zu verwenden.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Batterie für ein Fahrzeug gelöst. Die erfindungsgemäße Batterie weist mindestens ein erstes Modul und ein zweites Modul auf, wobei jedes Modul einen Energiespeicher und mindestens einen Schalter mit einer ersten Schaltposition und einer zweiten Schaltposition aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass in der ersten Schaltposition mindestens eines der Schalter eine erste Ausgangsspannung an der Batterie bereitstellbar ist und in der zweiten Schaltposition mindestens eines der Schalter eine zweite Ausgangsspannung an der Batterie bereitstellbar ist.
  • Es wird eine Batterie mit skalierbarer Arbeitsspannung zur Verfügung gestellt. Eine Hochvolt-Batterie bei einem bisherigen Elektrofahrzeug hat nur eine Output-Input-Spannung und eine Leistung (z. B. 500 V, 100 kW). Es wird vorgeschlagen, dass die erfindungsgemäße Batterie mit mehreren Arbeitsspannungen im Normalbetrieb arbeiten kann, so dass die beiden oben genannten Probleme gelöst werden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Batterie eine Hochvolt-Batterie. Mit den einstellbaren Arbeitsspannungen im Fahrzeug nach den vorgeschlagenen Skalierungsmustern durch die möglichen Schaltstellungen der Schalter können Kosten eingespart werden.
  • Hierbei wird unter Batterie eine Energiequelle verstanden, die selbst aufladbar ist und mehrfach erneut geladen werden kann. Eine solche Batterie kann auch mit einem Akkumulator gleichgesetzt werden. Es werden unterschiedliche Ausgangspannungen bereitgestellt, die sich von Null Volt unterscheiden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass durch die Schaltpositionen der Schalter eine Ausgangsleistung der Batterie einstellbar ist.
  • Es wird demnach eine Batterie mit einstellbarer bzw. skalierbarer Leistung und einstellbarer bzw. skalierbarer Arbeitsspannung zur Verfügung gestellt. Es ist vorgesehen, dass die HV-Batterie mit mehreren Arbeitsspannungen und mehreren Leistungen im Normalbetrieb arbeiten kann. So kann sehr flexibel auf verschiedene Arbeitsanforderungen der Batterie reagiert werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass jedes Modul zwei Schalter aufweist. Bei einem einzig vorhandenen Schalter pro Modul können weniger Skalierstufen bereitgestellt werden, jedoch ist der Aufbau einfacher. Es kann dann beispielsweise nur ein Schalter mit zwei Positionen verwendet werden oder ein Ein- und Ausschalter in jedem Modul. Bei der Verwendung von zwei Schaltern pro Modul und zwei Schaltmöglichkeiten pro Schalter, können mehr Skaliermöglichkeiten bereitgestellt werden, d. h. eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Arbeitsspannungen und/oder unterschiedlichen Leistungsstufen. Ferner können auch Schalter mit mehr als zwei Schaltpositionen vorgesehen werden.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist, mit der eine Niedervolt-Batterie ladbar ist, indem alle Module parallel verschaltet sind.
  • Es wird das Laden bei ”unpassender Spannung” der Ladesäule mit einer kostengünstigen Lösung (im Vergleich zum Verwenden eines DC/DC Wandler) und ein Laden einer Niedervolt-Batterie (NV-Batterie) ohne DC/DC Wandler ermöglicht.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist, mit der eine Niedervolt-Batterie verbindbar ist, indem für einen Ladevorgang oder einen Entladevorgang eine Untermenge der Module zuerst seriell verschaltet ist und danach die Untermenge der Module parallel verschaltet ist.
  • Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise lediglich eine Untermenge an Energiespeichern aufzuladen und die gespeicherte Energie dieser Untermenge danach bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise ein Fahrzeug in kurzer Zeit gestartet werden kann.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass mit einer Untermenge der Module eine Ausgangsleistung bereitstellbar ist und danach mindestens ein weiteres Modul zur Bereitstellung einer höheren Ausgangsleistung zuschaltbar ist. Dies kann für einen Startvorgang des Fahrzeugs verwendet werden, so dass zunächst für den Startvorgang eine Untermenge der Module verwendet wird und nach dem Startvorgang ein oder mehrere weitere Module zu dieser Untermenge an Modulen zugeschaltet werden.
  • Hierbei kann der Startvorgang ein Kaltstart sein. Es wird somit ein schnelles Starten und einen günstigeren Energieverbrauch im kalten Zustand ermöglicht.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass eine Untermenge der Energiespeicher aufladbar oder entladbar sind, indem eine Untermenge der Module seriell miteinander verbunden ist. Hierbei wird die Untermenge der Module vorzugsweise mit niedriger Spannung aufgeladen, beispielsweise als Batterie mit maximaler Arbeitsspannung.
  • Es ergeben sich die Vorteile, dass die Batterie schnell gestartet werden kann und sich ein günstigerer Energieverbrauch bei kaltem Zustand ergibt. Ferner werden Kosten eingespart. Auch ist mit den erweiterten Lademöglichkeiten ein breiteres Einsatzgebiet von EV-Fahrzeugen möglich.
  • Ferner kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist und die Batterie für einen Ladevorgang verwendbar ist mit einstellbarer Eingangsspannung und einstellbarer Eingangsleistung.
  • Mit einer einstellbaren Eingangsspannung und einer einstellbaren Eingangsleistung bzw. einer skalierbaren Eingangsspannung und einer skalierbaren Eingangsleistung können Ladevorgänge betrieben werden. Beispielsweise kann das Laden der erfindungsgemäßen Batterie auf eine solche Weise stattfinden.
  • Ferner kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist und die Batterie für einen Entladevorgang verwendbar ist mit einer einstellbaren Ausgangsspannung und einer einstellbaren Ausgangsleistung.
  • Mit einer einstellbaren Ausgangsspannung und einer einstellbaren Ausgangsleistung bzw. einer skalierbaren Ausgangsspannung und einer skalierbaren Ausgangsleistung können Verbraucher gespeist werden. Eine solche Batterie kann beispielsweise für ein Antreiben eines Antriebsstrangs oder ein Betreiben einer Heizung verwendet werden. Ferner kann eine solche Batterie als Energiequelle verwendet werden, um eine oder mehrere weitere Batterien zu laden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Batterie in einem ersten Betriebszustand;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel einer Batterie in einem zweiten Betriebszustand;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel einer Batterie in einem dritten Betriebszustand; und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel einer Batterie in einem vierten Betriebszustand.
  • In den 1 bis 4 wird jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. Die Batterie 10 ist vorzugsweise eine Hochvolt-Batterie, die in einem Fahrzeug installiert ist. Die Batterie 10 weist eine Mehrzahl von Modulen 11, 21, 31 auf, wobei jedes Modul jeweils einen Energiespeicher 12, 22, 32 und zwei Schalter 13, 14; 23, 24; 33, 34 aufweist. Die Schalter 13, 14; 23, 24; 33, 34 können jeweils zwei Schaltpositionen einnehmen, gekennzeichnet in den Figuren mit ”a1”, ”b1” für Schalter 13, ”c1”, ”d1” für Schalter 14, sowie ”a2”, ”b2” für Schalter 23, ”c2”, ”d2” für Schalter 24, und ”an”, ”bn” für Schalter 13, ”cn”, ”dn” für Schalter n, wobei n eine natürliche ganzzahlige Zahl ist. Zwischen jeweils einem Energiespeicher und einem Schalter ist in Reihe ein elektrischer Widerstand 15, 25, 35 geschaltet. Dieser kann den physikalischen Batterieinnenwiderstand darstellen oder ein strombegrenzendes Bauteil sein. Die Batterie weist vier Anschlussklemmen oder Abgriffe A, B, C, D auf, wobei die Module 11, 21, 31 über Anschlussleitungen mit den Abgriffen A, B, C, D verbindbar sind. Hierbei bilden die Anschlussklemmen A und D einen ersten Abgriff und die Anschlussklemmen B und C einen zweiten Abgriff bilden. Auch ist es möglich, dass an den Anschlussklemmen A und C oder an den Anschlussklemmen B und C ein Abgriff erfolgt. Die Abgriffe werden verwendet, um eine angeschlossene Last an den Abgriffen mit elektrischer Energie zu versorgen. Ferner können die Abgriffe dazu verwendet werden, eine Energiequelle, wie beispielsweise eine Ladestation, mit der Batterie 10 zu verbinden oder eine weitere Batterie mit der Batterie 10 zu verbinden.
  • Ferner weist die Batterie 10 der 1 bis 4 Verbindungsleitungen 20, 30 auf, die die einzelnen Module 11, 21, 31 miteinander verbinden, wobei eine erste Verbindungsleitung 20 von dem zweiten Schalter 14 des ersten Moduls 11 zum ersten Schalter 23 des zweiten Moduls 21 geführt ist. Ferner ist eine zweite Verbindungsleitung 30 von dem zweiten Schalter 24 des zweiten Moduls 21 zu dem ersten Schalter 33 des dritten Moduls 31 geführt. Dies kann bis zum n-ten Modul so fortgesetzt werden. Das n-te Modul, das ebenfalls einen ersten und einen zweiten Schalter aufweist kann mit seinem zweiten Schalter über den markierten Schaltpunkt ”dn” des zweiten Schalters mit der Anschlussleitung der Anschlussklemme D verbunden. Ferner ist das erste Modul 11, das ebenfalls einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweist, mit seinem ersten Schalter 13 über den Anschluss ”a1” mit der Anschlussleitung der Anschlussklemme A verbunden. Ferner können die Schalter 13, 23, 33 über ihre Anschlüsse ”b1”, ”b2”, ”b3” mit der Anschlussleitung der Anschlussklemme B und die Schalter 14, 24, 34 über ihre Anschlüsse ”c1”, ”c2”, ”c3” mit der Anschlussleitung der Anschlussklemme C verbunden werden.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Batterie 10 in einem ersten Betriebszustand, der ein normaler Arbeitsmodus ist. Dies kann eine Einspeisung einer angeschlossenen Last sein. Hierbei sind die ersten Schalter der Module 11, 21, 31 jeweils auf die Schaltposition ”a” gestellt. Die zweiten Schalter der Module 11, 21, 31 sind jeweils auf die Schaltposition ”d” gestellt. Es ergibt sich eine serielle Verbindung der Module 11, 21, 31, d. h. die Module 11, 21, 31 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Bei einer Modulspannung von 50 V, d. h. einer Zellenspannung von 50 Volt der Batterie 10, ergeben sich folgende Ausgangsspannung (UOutput) und Ausgangsleistung (POutput): VOutput = n·UModul = 10·50 V = 500 V POutput = n·PModul = 10·10 kW = 100 kW
  • Hierbei entspricht n der Anzahl der in Reihe geschlossenen Module. Bei n = 10 ergibt sich eine Ausgangsspannung von 500 Volt und eine Ausgangsleistung von 100 Kilowatt.
  • Es gilt folgender Zusammenhang in Bezug auf 1: UModul = Ua1d1 = Ua2d2 = ... = Uandn = 50 V PModul = Pa1d1 = Pa2d2 = ... = 10 kW UOutput = Ua1d1 + Ua2d2 + ... = 500 V POutput = Pa1d1 + Pa2d2 + ... = 100 kW
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Batterie 10 in einem zweiten Betriebszustand, bei dem die Batterie 10 als Hochvolt-Batterie mit einer Modulspannung von 50 Volt an einer Niedervolt-Batterie mit einer Spannung von 48 Volt angeschlossen werden kann. Ein DC/DC-Wandler ist hierbei nicht notwendig. Die Hochvolt-Batterie kann die Niedervolt-Batterie laden oder bei entsprechenden Spannungsverhältnissen umgekehrt.
  • Hierbei sind die ersten Schalter der Module 11, 21, 31 jeweils auf die Schaltposition ”b” gestellt. Die zweiten Schalter der Module 11, 21, 31 sind jeweils auf die Schaltposition ”c” gestellt. Es ergibt sich eine Parallelschaltung der Module 11, 21, 31, d. h. die Module 11, 21, 31 sind elektrisch zueinander parallel geschaltet.
  • Bei einer Modulspannung von 50 V, d. h. einer Zellenspannung von 50 Volt der Batterie 10, ergibt sich folgende Ausgangsspannung (UOutput) und Ausgangsleistung (POutput): UOutput = UModul = Ub1c1 = Ub2c2 = ... = Ubncn = Ua1d1 = Ua2d2 = ... = Uandn = 50 V POutput = Pb1c1 + Pb2c2 ... = 10·PModul = 10·10 kW = 100 kW
  • Hierbei entspricht n der Anzahl der parallel verbundenen Module. Bei n = 10 ergibt sich eine Ausgangsspannung von 50 Volt und eine Ausgangsleistung von 100 Kilowatt.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Batterie 10 in einem dritten Betriebszustand, bei dem nur ein Teil der vorhandenen Module verwendet wird. Es wird dabei nur ein Teil der Batterieleistung in Anspruch genommen. Beispielsweise bei einem Kaltstart wird zuerst nur das erste Modul geheizt, um das Fahrzeug starten zu lassen. Danach können sukzessiv weitere Module erwärmt werden und nach dem Erwärmen zugeschaltet werden. Diese Vorgehensweise kann den Startvorgang des Fahrzeugs bei Kälte beschleunigen und reduziert den Energieverbrauch.
  • 3 zeigt das erste Modul, das mit den Anschlussleitungen der Anschlussklemmen B und C verbunden ist, indem der erste Schalter des Moduls 11 in die Schaltposition ”b1” gestellt ist und der zweite Schalter des Moduls 11 auf die Schaltposition ”c1” gestellt ist. Die weiteren Module der Batterie 10 sind zunächst nicht zugeschaltet und tragen nicht zur Ausgangsleistung der Batterie 10 bei.
  • Bei gleicher Arbeitsspannung wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen, nämlich 50 V, kann n-mal eine unterschiedliche Leistung bereitgestellt. Die Leistung der nicht in Gebrauch genommenen Batteriemodule ergibt sich durch die Stellung des ersten Schalters auf ”b2” und des zweiten Schalters auf ”d2”. Dies bedeutet, dass die Module miteinander elektrisch parallel verbunden sind.
  • Bei einer Modulspannung von 50 V, d. h. einer Zellenspannung von 50 Volt der Batterie 10, ergibt sich folgende Ausgangsspannung (UOutput) und Ausgangsleistung (POutput): UOutput = UModul = Ub1c1 = 50 V = Ub2c2 = ... = Ubncn = Ua1d1 = Ua2d2 = ... = Uandn POutput = PModul = Pb1c1 = 10 kW
  • Es ergibt sich eine Ausgangsspannung von 50 Volt und eine Ausgangsleistung von 10 Kilowatt (10 kW).
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Batterie 10 in einem vierten Betriebszustand, bei dem die Batterie 10 durch eine externe Energiequelle, wie eine Ladestation, geladen wird.
  • Hierbei sind ist der erste Schalter des ersten Moduls 11 auf die Schaltposition ”a1” gestellt. Der zweiten Schalter des ersten Moduls 11 ist auf die Schaltposition ”d1” gestellt. Ferner ist der erste Schalter des zweiten Moduls 12 auf die Schaltposition ”a2” gestellt und der zweite Schalter des zweiten Moduls 12 auf die Schaltposition ”c2” gestellt. Dies bedeutet, dass die beiden Module 11, 12 elektrisch in Reihe geschaltet sind, also seriell miteinander verbunden sind. Die übrigen Module werden hierbei nicht verwendet und bleiben ungenutzt.
  • Es wird angenommen, dass die Hochvolt-Batterie eine Modulspannung von 50 Volt aufweist und an einer Ladestation mit 110 Volt geladen wird. Demnach ergibt sich bei zwei zugeschalteten Modulen: UBatterie = 2·UModul = 2·50 V = 100 V PBatterie = 2·PModul = 2·10 kW = 20 kW
  • Bei einer Modulspannung von 50 V, d. h. einer Zellenspannung von 50 Volt der Batterie 10, ergibt sich folgende Ausgangsspannung (UOutput) und Ausgangsleistung (POutput): UOutput = Ua1c2 = Ua1d1 + Ua2c2 = 2·UModul = 2·50 V = 100 V POutput = Pa1c2 = Pa1d1 + Pa2c2 = 2·PModul = 2·10 kW = 20 kW
  • Es ergibt sich eine Ausgangsspannung von 100 Volt und eine Ausgangsleistung von 20 Kilowatt.
  • Insgesamt kann festgehalten werden:
    Bei einer Anzahl N = xn Modulen kann man (n + 1)-mal unterschiedliche Batteriearbeitsspannungen erhalten und N = xn mal unterschiedliche Leistungen liefern.
  • Die möglichen Arbeitsspannungen sind: UModul; x·UModul; x2·UModul; x3·UModul ... xn·UModul
  • Die möglichen Ausgangsleistungen oder Outputleistungen sind: 1/N·Pgesamt, 2/N·Pgesamt ...
  • Bei xn Modulen kann man (n + 1)-mal unterschiedliche Batteriearbeitsspannung bekommen. Bei jeder Arbeitsspannung kann man entsprechend bis zu xn Leistung skalieren.
  • Die möglichen Arbeitsspannungen sind: UModul; x·UModul; x2·UModul; x3·UModul ... xn·UModul
  • Beispiel 1:
  • Bei 2n Modulen kann man (n + 1)-mal unterschiedliche Batteriearbeitsspannungen liefern.
  • Geht man von acht Modulen aus, d. h. 8 = 23, mit je 10 V und n = 3, kann man 3 + 1 = 4 unterschiedliche Spannungen erhalten.
  • Bei acht parallel geschalteten Modulen erhält man 10 V als Ausgangsspannung und es können acht unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei zwei Modulen seriell in einer Gruppe, dann vier Gruppen parallel erhält man 20 V als Ausgangsspannung und es können vier unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei vier Modulen seriell in einer Gruppe, dann zwei Gruppen parallel, kann man 40 V als Ausgangsspannung erhalten und dazu können zwei unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei acht Modulen seriell verschaltet kann man 80 V Ausgangsspannung erhalten und es kann dazu eine Leistung bereitgestellt werden.
  • Beispiel 2:
  • Bei 3n Modulen können (n + 1)-mal unterschiedliche Batteriearbeitsspannungen bereitgestellt werden.
  • Bei n = 3 mit 27 = 33 Modulen mit je 10 V Ausgangsspannung können 3 + 1 = 4 unterschiedliche Spannungen bereitgestellt werden.
  • Bei allen 27 Modulen parallel geschaltet erhält man 10 V als Ausgangsspannung und es können dazu 27 unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei drei Modulen serielle in einer Gruppe und neun Gruppen parallel geschaltet erhält man 30 V als Ausgangsspannung und es können dazu neun unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei neun Modulen seriell verschaltet in einer Gruppe und drei Gruppen parallel geschaltet erhält man 90 V als Ausgangsspannung und es können dazu drei unterschiedliche Leistungen bereitgestellt werden.
  • Bei neun Modulen in serieller Verschaltung erhält man 270 V als Ausgangsspannung und dazu kann eine Leistung bereitgestellt werden.
  • Demnach ist insgesamt bei der erfindungsgemäßen Batterie, insbesondere bei einer Hochvoltbatterie, mehr als eine Ausgangsspannung bzw. Eingangsspannung und auch mehr als eine Leistung bereitstellbar. Somit kann die Batterie mit mehreren Arbeitsspannungen und mehreren Leistungen arbeiten und für zahlreiche Skalierungsmuster konzipiert werden, d. h. ein Betreiben der Batterie mit unterschiedlichen Stellungen der Schalter der Batteriemodule ist möglich. Die Batterie kann für Ladevorgänge und/oder Entladevorgänge verwendet werden. Es ergeben sich zahlreiche technische Vorteile wie auch die Einsparung von Kosten.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Batterie
    11
    erstes Modul
    12
    erster Energiespeicher
    13
    erster Schalter des ersten Moduls
    14
    zweiter Schalter des zweiten Moduls
    21
    zweites Modul
    22
    zweiter Energiespeicher
    23
    erster Schalter des zweiten Moduls
    24
    zweiter Schalter des zweiten Moduls
    31
    drittes Modul
    32
    dritter Energiespeicher
    33
    erster Schalter des dritten Moduls
    34
    zweiter Schalter des dritten Moduls
    A, B, C, D
    Anschlussklemme
    a1, a2, a3, an
    erster Schaltkontakt eines ersten Schalters
    b1, b2, b3, bn
    zweiter Schaltkontakt eines ersten Schalters
    c1, c2, c3, cn
    erster Schaltkontakt eines zweiten Schalters
    d1, d2, d3, dn
    zweiter Schaltkontakt eines zweiten Schalters
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2014/0184162 A1 [0006]

Claims (9)

  1. Batterie (10) für ein Fahrzeug aufweisend mindestens ein erstes Modul (11) und ein zweites Modul (21), wobei jedes Modul (11, 21, 31) einen Energiespeicher (12, 22, 32) und mindestens einen Schalter (13, 23, 33; 14, 24, 34) mit einer ersten Schaltposition (a1, a2, a3; c1, c2, c3) und einer zweiten Schaltposition (b1, b2, b3; d1, d2, d3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltposition (a1, a2, a3; c1, c2, c3) mindestens eines der Schalter (13, 23, 33; 14, 24, 34) eine erste Ausgangsspannung an der Batterie (10) bereitstellbar ist und in der zweiten Schaltposition mindestens eines der Schalter (13, 23, 33; 14, 24, 34) eine zweite Ausgangsspannung an der Batterie (10) bereitstellbar ist.
  2. Batterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schaltpositionen (a1, a2, a3; c1, c2, c3) der Schalter (13, 23, 33; 14, 24, 34) eine Ausgangsleistung der Batterie (10) einstellbar ist.
  3. Batterie (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (11, 21, 31) zwei Schalter (13, 23, 33; 14, 24, 34) aufweist.
  4. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) eine Hochvolt-Batterie ist, mit der eine Niedervolt-Batterie ladbar ist, indem alle Module (11, 21, 31) parallel verschaltet sind.
  5. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) eine Hochvolt-Batterie ist, mit der eine Niedervolt-Batterie verbindbar ist, indem für einen Ladevorgang oder einen Entladevorgang eine Untermenge der Module (11, 21, 31) zuerst seriell verschaltet ist und danach die Untermenge der Module (11, 21, 31) parallel verschaltet ist.
  6. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Untermenge der Module (11, 21) eine Ausgangsleistung bereitstellbar ist und danach mindestens ein weiteres Modul (31) zur Bereitstellung einer höheren Ausgangsleistung zuschaltbar ist.
  7. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Untermenge der Energiespeicher (12, 22, 32) aufladbar oder entladbar sind, indem eine Untermenge der Module (12, 22, 32) seriell miteinander verbunden sind.
  8. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist und die Batterie für einen Ladevorgang verwendbar ist mit einstellbarer Eingangsspannung und einstellbarer Eingangsleistung.
  9. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Hochvolt-Batterie ist und die Batterie für einen Entladevorgang verwendbar ist mit einer einstellbaren Ausgangsspannung und einer einstellbaren Ausgangsleistung.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017107070A1 (de) * 2017-04-03 2018-10-04 AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern sowie verfahren zur steuerung der energieversorgung bei diesen energiespeichern
WO2018206072A1 (de) * 2017-05-08 2018-11-15 Ads-Tec Gmbh Capacity container

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140184162A1 (en) 2012-12-28 2014-07-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device control system, power storage system, and electrical appliance

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140184162A1 (en) 2012-12-28 2014-07-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device control system, power storage system, and electrical appliance

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017107070A1 (de) * 2017-04-03 2018-10-04 AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern sowie verfahren zur steuerung der energieversorgung bei diesen energiespeichern
WO2018185059A1 (de) 2017-04-03 2018-10-11 AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung
WO2018206072A1 (de) * 2017-05-08 2018-11-15 Ads-Tec Gmbh Capacity container

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