用于至少部分电驱动的车辆的多电压储存器系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于至少部分电驱动的车辆的多电压储存器系统。本发明尤其是涉及一种储存器系统，该储存器系统能够以相对高的充电功率被充电。


背景技术：

2.在电驱动的车辆中，例如在phev车辆(插电式混合动力车辆)或在纯电运行的车辆(bev)中，由一个或多个单个的电池单体或储存器单体组装成的蓄能器当前用作能量源。电池单体大多是单个的锂离子电池。这些电池单体串联地相互连接或者以串联和并联的组合相互连接。在此，电池单体的总和确定可供使用的能量并且因此确定电驱动的车辆的续驶里程。
3.这种蓄能器的充电典型地通过连接到外部充电站上进行，所述外部充电站与能量供应网连接。用于给蓄能器充电的可用连接功率(充电功率)在此可以与充电站相关。借助直流电进行充电可被称为快速充电，其具有50kw或更大的充电功率。通过交流电进行充电能够实现在3.6kw直至22kw范围内的充电功率。
4.高的充电功率是有利的，以便避免车辆为了给蓄能器再次充电而长时间停车。用于提高充电功率的一种可能性是以提高的充电电压(例如800v或更高，而不是如今的460v或更低)进行直流电充电。
5.然而，使用较高的充电电压需要改变所使用的hv(高压)储存技术。在此，通常不希望使用具有相应提高的额定电压的蓄能器(例如由于在动力传动系的逆变器中使用的、具有绝缘栅电极的双极晶体管的原因，所述双极晶体管仅能被使用直至特定的最大极限电压)。
6.对于另一个技术背景，例如参考de102017218067a1。由此例如已知对于具有开关矩阵的车辆使用两个蓄能器，所述开关矩阵用于将蓄能器并联或串联，使得一个蓄能器的电压在串联连接时加倍。因此，在行驶运行中可以使用不变的行驶电压(例如400v)，而在充电运行中可以使用提高的充电电压(例如800v)。de102017218067a1在此尤其是致力于提供一种可切换的储存器系统，该储存器系统能够以可靠且高能效的方式在充电运行与行驶运行之间进行转换。
7.此外，在内部由本技术人的还未公布的de102018209446已知一种用于给电蓄能器调温的方法。可由电蓄能器提供的电功率典型地与蓄能器的温度相关。尤其是，在低温下(例如在冬天)，电蓄能器的有效功率可能显著降低，由此车辆的驱动装置的有效功率可能被损害。因此，车辆的电蓄能器可以具有加热单元，利用该加热单元可以加热电蓄能器，以便尤其是在冬天提高电蓄能器的温度并且因此提高蓄能器的有效功率。加热单元典型地利用蓄能器中的电能来运行。该电能不再能够用于运行车辆的驱动器，从而由于给蓄能器调温减小了车辆的续驶里程。


技术实现要素：

8.本发明的技术任务在于，提高至少部分电驱动的具有多于一个蓄能器的车辆的续驶里程。
9.所述任务通过独立权利要求来解决。有利的实施方式尤其是在从属权利要求中描述。要指出的是，从属于独立权利要求的从属权利要求的附加特征可以在没有独立权利要求的特征的情况下或仅仅组合独立权利要求的部分特征形成独立的且独立于独立权利要求的所有特征的组合的发明，其可成为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这同样适用于在说明书中说明的技术教导，其可形成独立于独立权利要求的特征的发明。
10.本发明基于以下考虑：
11.从开关矩阵的本身已知的应用出发，通过该开关矩阵，例如两个400v的电池在快速充电情况下可串联连接成一个800v的电池。此外，从用于给蓄能器调温的直接或间接的蓄能器加热装置的本身已知的应用出发，例如单体内部的加热、单体中间加热或由蓄能器本身供电的电动机微调。例如可以通过将加热箔集成在单体中或集成在单体壳体上实现0.2至1k/s的极端加热速率。
12.本发明人已经阐明以下问题：在将以两个“电池组”形式的两个400v蓄能器切换成一个800v电池组时，车载电网消耗器(例如空调压缩机或乘员内部空间加热装置)通常仅保持连接到400v蓄能器或电池组上，因为所有车载电网部件以400v工作。在两个400v电池组的串联中，这导致，在快速充电过程结束时，其中一个400v电池组(其为车载电网消耗器供电)与另一个400v电池组相比具有更低的荷电状态。在充电过程之后，在两个串联的400v电池组并联之前必须平衡荷电状态。根据以前所测试的内部操作方式，为此典型地调整在具有较高荷电状态的蓄能器或电池组上的主动能量损耗，直至达到几乎相同的荷电状态或几乎相同的额定电压。然后才能再次进行用于紧接着的车辆运行的并联。
13.本发明的基本思想是有针对性地使用在快速充电之前或在充电过程期间的蓄能器加热装置，以便平衡在快速充电过程之后的荷电状态差。此外，在快速充电之前或在充电过程期间对单体的加热尤其是在较低温度下(约＜25
°
)是有利的，以便实现短的充电时间。
14.基本考虑的细化：根据本发明，在快速充电过程之前和/或在快速充电过程期间确定在快速充电过程期间车载电网消耗器的预期的能量需求。两个并联的蓄能器(例如两个400v的电池组)被分开并且串联地连接。不需要或较少需要车载电源消耗器的能量需求的蓄能器提供用于激活两个蓄能器的蓄能器加热装置(以下也称为加热装置)的能量供给；即例如在使用单体加热装置作为蓄能器加热装置的情况下，两个电池组的所有单体都被加热，但是加热装置仅由一个电池组供电。这具有的效果是，单体为了快速充电已经有利地被预调温。在此，优选争取达到大约20至35℃的期望温度。“加热的”电池组或蓄能器现在优选在快速充电之前已经具有较低的荷电状态，例如
‑
3％，所述电池组或蓄能器根据以前的内部操作方式在充电之后才需要为了电压平衡而通过“能量浪费”建立所述较低的荷电状态。在电池组串联连接之后实施快速充电。在快速充电期间，从非加热式的电池组或蓄能器取用用于车载电网消耗器的已经预先确定的能量，该能量大致相当于之前由加热式的电池组所取用的能量，即例如
‑
3％荷电状态(soc)。在快速充电结束时，两个组具有相同的荷电状态并且可以直接并联成400v。
15.因此，通过本发明减小了充电时间并且提高了快速充电结束时的荷电状态，因为
在快速充电之后不必再放电。因此，驾驶员在快速充电之后具有更多的续驶里程可供使用并且附加地具有更短的充电时间。
16.亦即，根据本发明描述了一种储存器系统和一种用于运行至少部分电运行的车辆的方法，该车辆具有多于一个蓄能器、尤其是具有两个电蓄能器。
17.本发明优选可以包括在常见的快速充电过程内用于提前的时间段(例如10、15、20分钟或更长的时间段)的功率预测。在此可以预测，每个蓄能器在快速充电期间在提前的时间段中如何通过消耗器单侧地或同时至少部分地放电。此外，本发明可以包括在快速充电结束时确定在所述两个蓄能器之间的预期的电压差。
18.根据本发明的一个方面，描述了一种用于提供用于车辆的驱动装置的电功率的储存器系统。尤其是，电功率可以用于运行车辆的驱动系统的一个或多个电驱动机器。
19.在下面，对于前面使用的术语“电池组”或“蓄能器”也使用术语“储存器模块”。
20.根据本发明的储存器系统包括用于储存电能的第一和第二储存器模块。通常，储存器系统可以包括n个用于储存电能的储存器模块，其中n＞1。每个储存器模块在此可以包括至少一个线路的典型多个储存单体。储存器模块的数量n是整数并且优选是偶数，其中n＞1。优选地，n可以是2，由此在充电电压(用于对储存器系统进行充电)和行驶电压(用于运行车辆的驱动系统)之间产生有利的折衷(尤其是在安装在车辆中的功率晶体管方面)。n个储存器模块可以设计成相同的(尤其是在相应的额定电压方面和/或在相应的储存容量方面)。充电电压可以在大约600v至1000v之间。储存器模块的行驶电压或额定电压可以大致在300v至500v之间。
21.此外，储存器系统包括开关单元(具有多个可控制的开关)，该开关单元配置用于串联所述n个储存器模块以用于充电运行并且并联所述n个储存器模块以用于驱动车辆、即用于给车辆的驱动系统供电。此外，所述开关单元可以配置用于使所述n个储存器模块分别单独地与车辆的驱动系统耦联或者与车辆的驱动系统解耦和/或使所述n个储存器模块分别单独地与充电站耦联或者解耦和/或使所述n个储存器模块相互分离，以便分别单独地以不同的车载电网消耗来运行它们。
22.此外，储存器系统包括电子控制单元，该电子控制单元配置用于根据开关单元的上述开关功能来控制开关单元。控制单元可以配置用于这样操控开关单元，使得为了充电过程而将所述n个储存器模块的串联与车辆的充电插座并联，储存器系统可以通过充电插座连接到外部的充电站上。
23.控制单元还配置用于引起至少一种措施，以便在准备将第一储存器模块与第二储存器模块并联连接时预先确定第一储存器模块的荷电状态(例如state of charge，soc)和/或电压与第二储存器模块的荷电状态和/或电压的差异并且直到快速充电结束时减小或至少几乎平衡所述差异。
24.通过减小所述n个储存器模块之间的荷电状态或电压的差异，能够实现从串联(用于对储存器模块进行充电)到并联(用于驱动车辆)的可靠切换。
25.控制单元优选配置用于基于限定的且可获得的信息预测地确定，在紧接着充电过程之后第一储存器模块比第二储存器模块具有更高的荷电状态或更高的电压，即存在荷电状态差或电压差。
26.此外，控制单元配置用于，在预测存在荷电状态差或电压差的情况下，在快速充电
结束时，事先在快速充电的准备中和/或在快速充电期间这样操控开关单元，使得所述储存器模块彼此分开并且为了加热两个储存器模块而从第一储存器模块(在充电期间不从该第一储存器模块取用车载电网能量)中取用与在充电期间由车载电网消耗器从第二储存器模块中取用的能量大致一样多的能量，由此大致平衡在充电结束时的荷电状态差。
附图说明
27.本发明的细节借助实施例来阐述，其中为了简化而选择n等于2。在附图中：
28.图1示出根据本发明的系统在储存器模块解耦的情况下的主要部件，
29.图2示出根据本发明的系统在为了快速充电而串联储存器模块的情况下的主要部件，以及
30.图3示出根据本发明的系统在为了驱动车辆而并联储存器模块的情况下的主要部件。
具体实施方式
31.在图1至3中示意性地示出具有双电压储存器系统和具有电动驱动装置5的车辆。设置有用于储存电能的具有相同的额定电压(400v)的第一储存器模块1和第二储存器模块2，其中，车载电网消耗器6、尤其是加热设备和空调设备在充电过程期间至少优先与第二储存器模块2连接。
32.此外，储存器模块1和2分别具有加热装置10和20，所述加热装置能由电子控制单元3来操控。
33.开关单元4配置用于将第一储存器模块1和第二储存器模块2为了充电过程而串联以及为了驱动车辆而并联。
34.电子控制单元3首先配置用于在充电过程之前和/或在充电过程期间这样操控开关单元4，使得取消第一储存器模块1和第二储存器模块2的并联。
35.电子控制单元3其次配置用于在取消并联之后在充电过程之前和/或在充电过程期间激活加热装置10和20，其中，用于加热装置10和20的电能需求至少优先从第一储存器模块1中取用。
36.控制单元3尤其是可以通过评估模块30预先确定车载电网消耗器6在充电过程期间预期的至少优先从第二储存器模块2中取用的电能需求。为此，评估模块30例如可以考虑之前存储的关于下一个充电过程的持续时间和/或车载电网消耗器6的当前或预期的接通状态的信息。
37.预先确定的预期的至少优先从第二储存器模块2中取用的能量需求的大小大约确定用于加热装置10和20的要使用的电能需求的大小，该要使用的电能需求至少优先从第一储存器模块1中取用。
38.图1通过在开关单元4中缺失连接而示出储存器模块1和2的解耦状态。从第一储存器模块1中取用用于加热装置10和20的电能需求可以在串联连接之前或者也可以在根据图2的串联连接期间进行。图2示出用于对储存器模块1和2快速充电的串联连接(在此为800v)。
39.亦即，在快速充电期间，从非加热式的储存器模块2取用用于车载电网消耗器的已
经预先确定的能量，该能量大致相当于之前或同时由加热式的储存器模块1取用的能量。由此，在快速充电结束时，两个储存器模块1和2(大致)具有相同的荷电状态(例如soc＝80％、soc_h≈soc_v)并且可以直接在充电过程之后为了车辆的驱动装置5而再次并联连接(在此为400v)，如在图3中通过开关单元4中的虚线所示的那样。