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WO2013144300A1 - Fahrzeug mit lithium-ionen-batterie - Google Patents

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WO2013144300A1
WO2013144300A1 PCT/EP2013/056717 EP2013056717W WO2013144300A1 WO 2013144300 A1 WO2013144300 A1 WO 2013144300A1 EP 2013056717 W EP2013056717 W EP 2013056717W WO 2013144300 A1 WO2013144300 A1 WO 2013144300A1
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WO
WIPO (PCT)
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battery
lithium
voltage
ion
range
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2013/056717
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Hafkemeyer
Markus MAUERER
Andreas STÖRMER
Sebastian Scharner
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN201380023817.4A priority Critical patent/CN104272497B/zh
Publication of WO2013144300A1 publication Critical patent/WO2013144300A1/de
Priority to US14/497,914 priority patent/US10833352B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with an electrical board network, in which electrical components and at least one lithium-ion battery are integrated.
  • lithium-ion batteries Due to the energy density and power density of electrochemical lithium-ion systems, lithium-ion batteries are suitable for use in vehicle on-board networks.
  • This lithium-ion cells are used, the geometrically diverse
  • An example is bag cells as described in EP 1 222 708 A1.
  • the lithium-ion battery comprises a plurality of lithium-ion cells, each lithium-ion cell is based on a cell technology, wherein the cell technology of at least two lithium-ion cells is different.
  • the cell technology of a lithium-ion cell is based on a specific electrochemical system.
  • Common electrochemical systems for lithium-ion cells are, for example, the lithium iron phosphate technology, the lithium titanate technology and the lithium nickel cobalt anion. Technology.
  • the invention includes a battery comprising cells that differ in terms of their cell technology.
  • a first selection of the electrical components is substantially power-supplied from the lithium-ion battery, wherein the first selection of electrical components is characterized by a first typical voltage operating range between a first voltage upper limit and a first lower voltage limit is, and it is after this
  • the lithium-ion battery substantially supplied by a second selection of electrical components with electrical power, wherein the second selection by a second typical voltage operating range between a second
  • Voltage upper limit and a second voltage lower limit is characterized.
  • the lithium-ion battery in the vehicle in normal operation, a certain group of electrical components of the vehicle electrical system with electrical power and energy as a power and energy source feeds. This group of electrical components is called a consumer.
  • the lithium-ion battery as a secondary energy storage the function of an energy and
  • the lithium-ion battery is fed in normal operation of a particular group of electrical components of the vehicle electrical system with electrical power.
  • This group of electrical components is referred to as generators.
  • the consumers and the generators each have a typical voltage working range during normal operation.
  • a battery voltage working area is between a battery voltage working range
  • the upper battery value is given by the larger value of the two voltage upper limit
  • Lower battery is given by the smaller value of the two lower voltage limit values, and the lithium-ion battery is characterized by a typical battery voltage range.
  • the battery voltage working range is given with respect to the parameter voltage as a union of the typical voltage working range of the loads and the typical voltage working range of the generators.
  • the lithium-ion battery is characterized by a battery voltage range, which essentially describes the dependence of the rest voltage of the battery as a function of the state of charge of the battery.
  • Battery voltage range the battery voltage working range.
  • Battery voltage range on the battery voltage working area the full battery capacity in the vehicle is available. In order to make use of a given amount of energy, no over-dimensioning of the battery is necessary. Further, adjusting the battery voltage range enables operation of the battery at a predeterminable medium state of charge. This can be specified within such limits that the operation of the battery takes place in a way that promotes battery life in comparison with other medium charging states.
  • the battery voltage range can be set by the respective number of lithium ion cells with at least two different cell technologies.
  • the correspondence of the battery voltage range to the battery voltage working range or the encompassing of the battery voltage working range by the battery voltage range is achievable by the measure that the lithium ion battery is formed by a plurality of lithium ion cells, which may have different cell technology per cell.
  • a charge state-dependent quiescent voltage characteristic of the lithium-ion battery is feasible, which is almost congruent with the battery voltage working range in its extremes at 0% state of charge and 100% state of charge.
  • an operating strategy of the lithium-ion battery can provide that the battery voltage range can be used preferably between predefinable charge states corresponding voltage limits, eg between 20% state of charge and 90% state of charge. Minimizing extreme states of charge over time generally maximizes the life of a lithium-ion battery.
  • a lead-acid battery is further integrated into the vehicle electrical system and the lithium-ion battery is connected in parallel with the lead-acid battery.
  • the invention is based on the following considerations:
  • Li-ion additional storage Parallel to a 12 volt lead-acid battery, a Li-ion additional storage is used.
  • the use of the available storage capacity of the Li-ion battery due to its voltage level is improved by using lithium-ion cells with different lithium-ion cell chemistries within the Li-ion battery to more accurately determine the voltage level of the Li-ion storage to adapt to the needs of the on-board network.
  • the Li-ion memory can be ideally utilized in terms of power and capacity.
  • Onboard network up to comfort consumers such as a seat heater.
  • the physical on-board network has an electric generator as an energy source. Without limitation of generality, this is a claw pole generator.
  • Another generator may be, for example, a thermoelectric generator.
  • Energy converters also have the function of a generator in the on-board network. For example, here is a solar roof.
  • the consumers and generators are operated starting from the nominal voltage position of the vehicle electrical system of 14 volts, each in a typical voltage range. For example, certain controllers in the automotive industry are typically specified in a typical voltage range of 9-16 volts.
  • the typical voltage band of the power output of a claw pole generator, implemented by a generator control, is in the range of 10.6-15.5 volts
  • the ideal voltage-related workspace of an integrated into the on-board electric energy storage is in a certain relation to the typical voltage range of consumers and generators, the working range of the energy storage by its rest voltage depending on its state of charge and within a through the
  • the voltage-related operating range of the energy store (2) completely comprises the voltage-related on-board network working area (1) of the consumers or generators and is for example 9-16 volts.
  • the overlaps are for example 9-16 volts.
  • Bordnetzarias Sector at least partially and extends beyond this in the direction of higher voltages (3) or in the direction of lower voltages (4).
  • an almost completely discharged energy store has a voltage which lies within the electrical system work area (1).
  • an energy storage device of the configuration (3) in FIG. 1 does not have to be protected against overcharging, since the energy storage device is in a partially discharged state at the voltage-related upper limit of the electrical system work area.
  • the electrochemical potential of a lead-acid cell is given by the redox pair Pb / PbS0 4 at about 2 volts per charged cell.
  • a charged 6-cell lead-acid battery thus has a nominal voltage of approx. 12 volts.
  • a modern lead-acid battery in AGM technology covers with a voltage range between 10.5 V at 0% state of charge and approximately 12.8 V at 100% state of charge
  • a lithium-ion battery in a multicellular battery cells with
  • Li / Li * Common cell technologies of the redox couple Li / Li * include lithium iron phosphate technology (UFeP0), lithium titanate technology (Li 4 Ti 5 0 12 ) and lithium-nickel-cobalt-manganese technology (LiNio , 33 Coo , 33Mno. 33 0 2 ).
  • UeP0 lithium iron phosphate technology
  • Li 4 Ti 5 0 12 lithium titanate technology
  • Li-nickel-cobalt-manganese technology LiNio , 33 Coo , 33Mno. 33 0 2
  • LiFePO 4 the positive-electrode active material of the lithium ion cell
  • LiNio 2 Coo ⁇ n ⁇ aC ⁇ the lithium-nickel-cobalt-manganese technology
  • the negative electrode of the cell is in each case made of the active material graphite, which acts as a host lattice for the Lf ions.
  • the cell has a characteristic
  • lithium-ion batteries - such as the lead-acid battery - only include cells of a cell technology
  • a battery with cells of different cell technology is described.
  • the working range of the battery is between 8 volts and 14.8 volts. It is advantageous that this operating range is very similar to that of a lead-acid battery in AGM technology. As a result, a simplified parallel connection is possible.
  • the lithium-ion battery can be formed from three cells lithium iron phosphate and two cells lithium titanate. This results in a working range of the battery between 9 V and 16.4 V. This is optimal, because the entire voltage range of the 14 V electrical system can be exploited.
  • the embodiments show a fundamental technical advantage:
  • the lithium-ion battery can be adapted in terms of its voltage-related operating range to requirements imposed by the vehicle electrical system. This can be referred to as "voltage engineering.” This makes the design of vehicle electrical system much more flexible.Since the electrochemical system of the lead acid battery specifies a voltage operating range of the battery, was in the previous vehicle development thereby a constraint on the design of the electrical system Generators and consumers had to be adapted to the given operating range of the battery.
  • a lithium-ion battery with different cell technologies allows a reverse approach.
  • An interpretation of the on-board network without boundary conditions imposed by a battery is followed by the design of the lithium-ion battery in a second

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Description

Fahrzeug mit Lithium-Ionen-Batterie
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Bord netz, in welches elektrische Komponenten und zumindest eine Lithium-Ionen-Batterie integriert sind.
Aufgrund der Energiedichte und Leistungsdichte von elektrochemischen Lithium-Ionen- Systemen eignen sich Lithium-Ionen-Batterien für die Anwendung in Fahrzeugbord netzen.
Nach dem Stand der Technik, siehe etwa EP 1 222 708 A1 , sind moderne Lithium-Ionen- Batterien aus einer Vielzahl von Lithium-Ionen-Zellen aufgebaut.
Dabei kommen Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz, die geometrisch verschiedenartig
ausgestaltet sein können. Ein Beispiel sind Beutelzellen wie in EP 1 222 708 A1 beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, in welches elektrische Komponenten und zumindest eine Lithium-Ionen-Batterie integriert sind, zu beschreiben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst die Lithium-Ionen-Batterie mehrere Lithium-Ionen-Zellen, jede Lithium-Ionen-Zelle basiert auf einer Zelltechnologie, wobei die Zelltechnologie von zumindest zwei Lithium-Ionen-Zellen unterschiedlich ist.
Die Zelltechnologie einer Lithium-Ionen-Zelle basiert auf einem bestimmten elektrochemischen System. Gängige, jeweils eine Zelltechnologie begründende und das Redoxpaar Li/Li* der elektrochemischen Spannungsreihe einschließende elektrochemische Systeme für Lithium- Ionen-Zellen sind beispielsweise die Lithium-Eisenphosphat-Technologie, die Lithium-Titanat- Technologie und die Lithium-Nickel-Cobalt- angan-Technologie.
Die Erfindung umfasst mit anderen Worten eine Batterie, die Zellen umfasst, die sich in Bezug auf deren Zelltechnologie unterscheiden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Fahrzeug eine erste Auswahl der elektrischen Komponenten im Wesentlichen von der Lithium-Ionen-Batterie mit elektrischer Leistung versorgbar, wobei diese erste Auswahl von elektrischen Komponenten durch einen ersten typischen Spannungsarbeitsbereich zwischen einem ersten Spannungsobergrenzwert und einem ersten Spannungsuntergrenzwert charakterisiert ist, und es ist nach dieser
Ausführungsform die Lithium-Ionen-Batterie im Wesentlichen von einer zweiten Auswahl der elektrischen Komponenten mit elektrischer Leistung versorgbar, wobei die zweite Auswahl durch einen zweiten typischen Spannungsarbeitsbereich zwischen einem zweiten
Spannungsobergrenzwert und einem zweiten Spannungsuntergrenzwert charakterisiert ist.
Dies bedeutet, dass die Lithium-Ionen-Batterie im Fahrzeug im bestimmungsgemäßen Betrieb eine bestimmte Gruppe von elektrischen Komponenten des Fahrzeugbord netzes mit elektrischer Leistung und Energie als Leistungs- und Energiequelle speist. Diese Gruppe von elektrischen Komponenten wird als Verbraucher bezeichnet. In entsprechender Weise kann die Lithium-Ionen-Batterie als sekundärer Energiespeicher die Funktion einer Energie- und
Leistungssenke übernehmen. Dabei wird die Lithium-Ionen-Batterie im bestimmungsgemäßen Betrieb von einer bestimmten Gruppe von elektrischen Komponenten des Fahrzeugbordnetzes mit elektrischer Leistung gespeist. Diese Gruppe von elektrischen Komponenten wird als Generatoren bezeichnet.
Die Verbraucher und die Generatoren weisen im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils einen typischen Spannungsarbeitsbereich auf.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn ein Batteriespannungsarbeitsbereich zwischen einem
Batterieoberg renzwert und einen Batterieuntergrenzwert gegeben ist, der Batterieobergrenzwert durch den größeren Wert der beiden Spannungsobergrenzwerte gegeben ist, der
Batterieuntergrenzwert durch den kleineren Wert der beiden Spannungsuntergrenzwerte gegeben ist, und die Lithium-Ionen-Batterie durch einen typischen Batteriespannungsbereich charakterisiert ist.
Gleichbedeutend ist dies damit, dass der Batteriespannungsarbeitsbereich bezüglich des Parameters Spannung als Vereinigungsmenge des typischen Spannungsarbeitsbereichs der Verbraucher und des typischen Spannungsarbeitsbereichs der Generatoren gegeben ist. Ferner ist die Lithium-Ionen-Batterie durch einen Batteriespannungsbereich charakterisiert, welcher im Wesentlichen die Abhängigkeit der Ruhespannung der Batterie in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie beschreibt.
Nach besonders bevorzugter Art und Weise der Erfindung entspricht der
Batteriespannungsbereich dem Batteriespannungsarbeitsbereich oder es umfasst
Batteriespannungsbereich den Batteriespannungsarbeitsbereich.
Darin liegen besondere Vorteile im Fahrzeugbordnetz begründet: Durch Einstellen des
Batteriespannungsbereichs auf den Batteriespannungsarbeitsbereich ist die vollständige Batteriekapazität im Fahrzeug nutzbar. Um eine vorgegebene Energiemenge nutzbar zu machen, ist also keine Überdimensionierung der Batterie notwendig. Ferner ermöglicht das Einstellen des Batteriespannungsbereichs einen Betrieb der Batterie bei einem vorgebbaren mittleren Ladezustand. Dieser ist in derartigen Grenzen vorgebbar, dass der Betrieb der Batterie im Vergleich zu anderen mittleren Ladezuständen in einer die Batterielebensdauer begünstigenden Weise erfolgt.
Vorteilhaft ist es wenn, der Batteriespannungsbereich durch die jeweilige Anzahl von Lithium- lonen-Zellen mit zumindest zwei unterschiedlichen Zelltechnologien einstellbar ist.
Die Entsprechung des Batteriespannungsbereichs dem Batteriespannungsarbeitsbereich oder die Umfassung des Batteriespannungsarbeitsbereich durch den Batteriespannungsbereich ist durch die Maßnahme erreichbar, dass die Lithium-Ionen-Batterie von einer Vielzahl von Lithium- lonen-Zellen gebildet wird, die je Zelle eine unterschiedliche Zelltechnologie aufweisen können. Somit ist eine ladezustandsabhängige Ruhespannungskennlinie der Lithium-Ionen-Batterie realisierbar, die in ihren Extrema bei 0 % Ladezustand und 100 % Ladezustand nahezu kongruent mit dem Batteriespannungsarbeitsbereich ist oder diesen umfasst. Zusätzlich kann eine Betriebsstrategie der Lithium-Ionen-Batterie vorsehen, dass der Batteriespannungsbereich bevorzugt zwischen vorgebbaren Ladezuständen entsprechenden Spannungsgrenzen nutzbar ist, z.B. zwischen 20 % Ladezustand und 90 % Ladezustand. Eine zeitliche Minimierung extremer Ladezustände maximiert im Allgemeinen die Lebensdauer einer Lithium-Ionen- Batterie. Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist weiterhin eine Bleibatterie in das Fahrzeugbordnetz integriert und die Lithium-Ionen-Batterie zu der Bleibatterie parallel geschaltet.
Dies erlaubt beispielsweise im Bord netz sowohl die spezifischen Vorteile einer Bleibatterie als Energiespeicher als auch die spezifischen Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie als
Energiespeicher zu nutzen. Dies ist möglich, wenn die Lithium-Ionen-Batterie als
Kurzzeitspeicher bei einem hohen Zyklisierungsmaß und die Bleibatterie als Langzeitspeicher bei niedrigem Zyklisierungsmaß genutzt wird.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Parallel zu einer 12 Volt Blei-Säure-Batterie wird ein Li-Ionen-Zusatzspeicher eingesetzt. Die Nutzung des verfügbaren Speicherinhalts der Li-Ionen-Batterie aufgrund deren Spannungslage wird verbessert, indem Lithium-Ionen-Zellen mit verschiedenen Lithium-Ionen-Zeilchemien innerhalb der Li-Ionen-Batterie eingesetzt werden, um die Spannungslage des Li-Ionen- Speichers genauer an die Bedürfnisse im Bord netz anpassen zu können. Dann kann der Li- lonen-Speicher bezüglich Leistung und Kapazität ideal ausgenutzt werden.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch
Fig. 1 Batteriespannungsbereich und Batteriespannungsarbeitsbereich
In das physische Bord netz eines Fahrzeugs mit einer Nennspannung von 14 Volt sind zahlreiche elektrische Verbraucher integriert. Dies reicht von Sicherheitssystemen wie der Lichtanlage oder elektrischen Fahrwerksregelsystemen über Steuergeräte des
Datenbordnetzes bis zu Komfortverbrauchern wie einer Sitzheizung.
Ferner weist das physische Bord netz einen elektrischen Generator als Energiequelle auf. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist dies ein Klauenpolgenerator. Ein weiterer Generator kann beispielsweise ein thermoelektrischer Generator sein. Auch Energiekonverter nehmen die Funktion eines Generators im Bord netz ein. Hier ist beispielsweise ein Solardach zu nennen. Die Verbraucher und Generatoren werden ausgehend von der Nennspannungslage des Bordnetzes von 14 Volt jeweils in einem typischen Spannungsbereich betrieben. Zum Beispiel sind bestimmte Steuergeräte in der Automobilindustrie üblicherweise in einem typischen Spannungsbereich von 9-16 Volt spezifiziert.
Das typische Spannungsband der Leistungsabgabe eines Klauenpolgenerators liegt, implementiert durch eine Generatorregelung, im Bereich von 10,6-15,5 Volt
Der ideale spannungsbezogene Arbeitsbereich eines in das Bord netz integrierten elektrischen Energiespeichers steht in einer bestimmten Relation zu dem typischen Spannungsbereich der Verbraucher und der Generatoren, wobei der Arbeitsbereich des Energiespeichers durch seine Ruhespannung in Abhängigkeit seines Ladezustandes und innerhalb eines durch die
Zelltechnologien vorgegebenen Spannungsbereichs gegeben ist. Bevorzugt umfasst gemäß Fig. 1 der spannungsbezogene Arbeitsbereich des Energiespeichers (2) vollständig den spannungsbezogenen Bordnetzarbeitsbereich (1) der Verbraucher bzw. Generatoren und liegt beispielsweise bei 9-16 Volt. Nach weiteren Ausführungsformen überlappt der
spannungsbezogene Arbeitsbereich des Energiespeichers den spannungsbezogenen
Bordnetzarbeitsbereich zumindest teilweise und reicht über diesen in Richtung höherer Spannungen (3) oder in Richtung niedrigerer Spannungen (4) hinaus.
Im Fall des teilweisen Überlapps in Richtung höherer Spannung (3) ergibt sich der spezifische Vorteil, dass ein nahezu vollständig entladener Energiespeicher eine Spannung aufweist, die innerhalb des Bordnetzarbeitsbereichs (1) liegt. Somit kann selbst ein fast vollständig entladener Energiespeicher zu einer spannungsbezogenen Spannungsstabilisierung des Bordnetzes beitragen. Zusätzlich muss ein Energiespeicher der Konfiguration (3) in Fig. 1 nicht vor Überladung geschützt werden, da bei der spannungsbezogenen oberen Grenze des Bordnetzarbeitsbereichs der Energiespeicher in einem teilentladenen Zustand befindlich ist.
Das elektrochemische Potential einer Bleibatteriezelle ist durch das Redoxpaar Pb/PbS04 bei ca. 2 Volt je geladener Zelle gegeben. Eine geladene 6-zellige Bleibatterie weist somit eine Nennspannung von ca. 12 Volt auf. Eine moderne Blei-Säure-Batterie in AGM-Technologie deckt mit einem Spannungsbereich zwischen 10,5 V bei 0 % Ladezustand und ca. 12,8 V bei 100 % Ladezustand den
Bordnetzarbeitsbereich mithin recht gut ab.
Bei einer Lithium-Ionen-Batterie können bei einer mehrzelligen Batterie Zellen mit
verschiedener Zelltechnologie eingesetzt werden. System. Gängige Zelltechnologien des Redoxpaars Li/Li* sind beispielsweise die Lithium-Eisenphosphat-Technologie (UFeP0 ), die Lithium-Titanat-Technologie (Li4Ti5012) und die Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Technologie (LiNio,33Coo,33Mno.3302). Dies bedeutet exemplarisch, dass bei der Lithium-Eisenphosphat- Technologie das Aktivmaterial des positiven Elektrode der Lithium-Ionen-Zelle durch LiFeP04 gebildet wird, bei der Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Technologie durch LiNio^Coo^ no^aC^. Die negative Elektrode der Zelle ist jeweils aus dem Aktivmaterial Graphit aufgebaut, das als Wirtsgitter für die Lf-Ionen agiert. In Abhängigkeit von dem in der Zelle eingesetzten positiven Aktivmaterial weist die Zelle einen charakteristischen Spannungsverlauf zwischen 0 %
Ladezustand und 100 % Ladezustand auf. Dieser ist bei der Lithium-Eisenphosphat- Technologie 2,0 V-3,6 V, bei der Lithium-Titanat-Technologie 1 ,5 V-2,8 V und bei der Lithium- Nickel-Cobalt- angan-Technologie 2,0 V-4,2 V.
Während Lithium-Ionen-Batterie nach dem Stand der Technik - wie etwa die Bleibatterie - nur Zellen einer Zelltechnologie beinhalten, wird in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batterie mit Zellen unterschiedlicher Zelltechnologie beschrieben.
Wird etwa eine Batterie aus vier Zellen Lithium-Titanat-Technologie und aus einer Zelle der Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Technologie aufgebaut, ergibt sich ein Arbeitsbereich der Batterie zwischen 8 Volt und 14,8 Volt. Daran ist vorteilhaft, dass der dieser Betriebsbereich sehr änhlich zu dem einer Blei-Säure Batterie in AGM-Technologie ist. Dadurch ist eine vereinfachte Parallelschaltung möglich.
Alternativ kann die Lithium-Ionen-Batterie aus drei Zellen Lithium Eisenphospaht und zwei Zellen Lithium-Titanat gebildet werden. Daraus ergibt sich ein Arbeitsbereich der Batterie zwischen 9 V und 16,4 V. Dies ist optimal, weil der gesamte Spannungsbereich des 14 V Bordnetzes ausgenutzt werden kann.
Die Ausführungsbeispiele zeigen einen fundamentalen technischen Vorteil: Die Lithium-Ionen-Batterie ist hinsichtlich ihres spannungsbezogenen Betriebsbereichs an durch das Bordnetz gestellte Anforderungen anpassbar. Dies kann als„voltage engineering" bezeichnet werden. Dadurch ist die Auslegung von Fahrzeug bordnetz deutlich flexibler. Da das elektrochemische System der Bleibatterie einen Spannungsbetriebsbereich der Batterie festlegt, war in der bisherigen Fahrzeugentwicklung dadurch eine Randbedingung an die Auslegung des Bordnetzes gestellt. Die Arbeitsbereiche der Generatoren und Verbraucher waren an den vorgegebenen Arbeitsbereich der Batterie anzupassen.
Eine Lithium-Ionen-Batterie mit unterschiedlichen Zelltechnologien ermöglicht einen umgekehrten Ansatz. Einer Auslegung des Bordnetzes ohne von einer Batterie gestellte Randbedingungen folgt die Designauslegung der Lithium-Ionen-Batterie in einem zweiten
Schritt.
Dies bedeutet künftig für die Auslegung von Fahrzeugbordnetzen, dass Größe und Gewicht einer Li-Ionen Batterie durch die optimale Anpassbarkeit an das Energiebord netz minimal ausgelegt werden können. Dies kann trotz des Einsatzes von standardisierten und etablierten 14 V-Komponenten im Bord netz geschehen und optimiert damit ebenso die System kosten.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, in welches elektrische Komponenten und zumindest eine Lithium-Ionen-Batterie integriert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Lithium-Ionen-Batterie mehrere Lithium-Ionen-Zellen umfasst,
- jede Lithium-Ionen-Zelle auf einer Zelltechnologie basiert, und
- die Zelltechnologie von zumindest zwei Lithium-Ionen-Zellen unterschiedlich ist.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Wesentlichen eine erste Auswahl der elektrischen Komponenten von der Lithium- Ionen-Batterie mit elektrischer Leistung versorg bar ist,
- die erste Auswahl durch einen ersten typischen Spannungsarbeitsbereich zwischen einem ersten Spannungsobergrenzwert und einem ersten Spannungsuntergrenzwert charakterisiert ist,
- die Lithium-Ionen-Batterie im Wesentlichen von einer zweiten Auswahl der elektrischen Komponenten mit elektrischer Leistung versorg bar ist, und
- die zweite Auswahl durch einen zweiten typischen Spannungsarbeitsbereich zwischen einem zweiten Spannungsobergrenzwert und einem zweiten Spannungsuntergrenzwert charakterisiert ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Batteriespannungsarbeitsbereich zwischen einem Batterieoberg renzwert und einem Batterieuntergrenzwert gegeben ist,
- der Batterieobergrenzwert durch den größeren Wert der beiden
Spannungsobergrenzwerte gegeben ist,
- der Batterieuntergrenzwert durch den kleineren Wert der beiden
Spannungsuntergrenzwerte gegeben ist, und
die Lithium-Ionen-Batterie durch einen typischen Batteriespannungsbereich
charakterisiert ist. Fahrzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Batteriespannungsbereich dem Batteriespannungsarbeitsbereich entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Batteriespannungsbereich durch die jeweilige Anzahl von Lithium-Ionen-Zellen mit zumindest zwei unterschiedlichen Zelltechnologien einstellbar ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Bleibatterie in das Fahrzeug integriert ist, und
die Lithium-Ionen-Batterie zu der Bleibatterie parallel geschaltet ist.
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