带有电蓄能器的车辆的制作方法

本发明涉及一种带有电蓄能器的车辆。

背景技术：

1、电蓄能器是以电化学为基础的蓄能器，其是可再充电的且适配用以存储电能且将其提供给负载、特别是车辆中的负载、例如车辆的电马达。

2、电蓄能器通常包括多个电化学储能单体，其串联和/或并联地相互电气连接。

3、在现有技术中已知具有至少部分电动的驱动器的车辆，其使用蓄能器以用于给电马达供电。这种车辆的功率特征基本上通过在电蓄能器中应用的单体化学(zellchemie)确定。

4、术语“单体化学”表示在电化学储能单体内材料的所选择的组合、特别是在阴极和阳极中应用的材料的类型以及必要时电化学储能单体的电解液的类型。

5、在选择适合的单体化学中的决定性参数是可实现的能量密度，亦即电化学蓄能器相对于电蓄能器的体积或重量而言可实现的容量。

6、然而在设计电蓄能器中越来越多地引入另外的参数以及要求，以便可以提供针对相应考虑的应用情况所优化的电蓄能器。

7、就此而论特别重要的是电蓄能器的可靠性、循环稳定性、寿命和运行安全性以及对化学元素的限制，该化学元素可以节约资源地且以低生态足迹方式获得。

8、然而，关于这些另外的参数的改善经常地伴随可实现的能量密度的降低。此外，在一些类型的单体化学的情况下表现出关于确定运行相关的参数、例如充电状态、也称为soc(英语：“state of charge”)的问题。

9、由文献de 10 2014 018 445 a1已知一种电池，其包括至少两个相互电气连接的单体组，单体组具有不同类型的单体化学，此外还已知一种用于运行该电池的方法。单体组特别是具有不同的电压水平，且根据出现的温度特征和/或功率需求接通或关断所述单体组。因此仅仅在出现的热负荷方面实现对电池特性的优化。

技术实现思路

1、本发明的任务在于，提供一种具有性能卓越且可灵活应用的电蓄能器的车辆。

2、该任务通过带有电蓄能器的车辆解决，所述车辆包括用于电能的第一子储能器和用于电能的第二子储能器，其中，第一子储能器与第二子储能器借助于电路结构相互电气连接。第一子储能器和第二子储能器分别包括至少一个电化学储能单体，其中，第一子储能器的至少一个电化学储能单体具有稳定性优化的单体化学且第二子储能器的至少一个电化学储能单体具有功率优化的单体化学。

3、按照本发明的车辆因此具有电蓄能器，其通过稳定性优化和功率优化的单体化学的组合适配于在运行车辆中不同的应用情况和状况。

4、术语“稳定性优化的单体化学”在此和在下文中表示如下单体化学，其特征在于高循环稳定性和高固有安全性。特别是具有稳定性优化的单体化学的电化学储能单体至少降低热失控(英语：“thermal run-away”)的风险，即使在这样的电化学储能单体发生机械损坏的情况下。优选地，利用稳定性优化的单体化学排除电化学储能单体的热失控。

5、单体化学是否是稳定性优化的单体化学可以借助于所谓的针刺测试(英语：“nailpenetration test”)来检查。其中，使得具有例如3毫米直径的钉子以例如8厘米/秒的速度沿着z方向运动穿过要测试的储能单体，其中，沿z方向完全穿透储能单体。

6、术语“功率优化的单体化学”在此和在下文中表示如下单体化学，其特征在于高能量密度和/或如下可能性，即在短时间中可以提供高的能量量，特别是通过高能量密度来提供。

7、电蓄能器特别是锂离子电池。术语“锂离子电池”在此和在下文中同义地用于所有在现有技术中常用的用于包含锂的电流(galvanisch)元件和单体(例如锂电池、锂单体、锂离子单体、锂聚合物单体和锂离子蓄电池)的名称。特别是包含可再充电的电池(二次电池)。

8、第一子储能器和第二子储能器可以分布地布置在车辆中。换言之，第一子储能器和第二子储能器不必须具有一个共同的电池壳体。

9、子储能器中的每个还可以包括子单元，其分别具有相应的单体化学的至少一个电化学储能单体。

10、子储能器的子单元可以同样分布地布置在车辆中。通过这种方式可以优化地充分利用在车辆中可用的结构空间，从而在车辆保持不变的设计的情况下可以进一步提高电蓄能器的总容量。

11、电路结构在该情况下设立为，将子储能器的子单元相互电气连接。

12、电路结构特别是能实现第一和第二子储能器的串联和/或并联连接。换言之，借助于电路结构判定：电蓄能器的哪些电化学储能单体提供电能以及这些电化学储能单体如何相互作用。

13、第一子储能器的至少一个电化学储能单体可以布置在车辆的碰撞结构中。

14、术语“碰撞结构”表示车辆的一个构件，其如此布置，使得在发生事故的情况下可预期该构件的变形。这样的构件也称为碰撞相关的构件。

15、通过应用稳定性优化的单体化学，能实现电化学储能单体应用在这种构件中，而在发生事故的情况下不会提高热失控的危险。通过这种方式，可以相比于在仅使用第二子储能器的情况下所能实现的进一步提高电蓄能器的总容量。换言之，借助于第一子储能器在车辆的之前不可用于布置电化学储能单体的结构空间中开发出附加的容量。

16、这样的构件可以是例如车顶、车轮罩、车尾下侧上的构件和/或在车辆的前围板(spritzwand)附近的构件。

17、例如碰撞结构具有空腔或中间空间，第一子储能器的至少一个电化学储能单体布置在所述空腔或中间空间中。

18、在一个变型中，碰撞结构是第二子储能器的电池壳体的侧护板。这样的侧护板(也称为碰撞框)布置在电池壳体的外侧上且例如设计为空心型材或蜂窝状结构。这样的侧护板应该在发生事故的情况下代替原本的电池壳体变形，从而最高限度地减小的、特别是没有机械负荷作用于在电池壳体内部中的电化学储能单体。在侧护板中存在的空腔可以按照本发明填充第一子储能器的电化学储能单体，因为在出现变形的情况下所述储能单体本身不引起热失控。因此可以提高电蓄能器的可实现的总容量。

19、在一个变型中，稳定性优化的单体化学同时是成本优化的单体化学。换言之，在该变型中，第一子储能器的电化学储能单体相比于第二子储能器的电化学储能单体更成本有利。通过这种方式可能的是，在发生事故的情况下只有更成本有利的储能单体被其在碰撞结构中的布置影响，而同时更昂贵的功率优化的单体化学可以得到保护且不经受或至少仅仅经受更小的机械负荷。

20、优选地，第一子储能器的至少一个电化学储能单体具有带有阴极活性材料的电极，阴极活性材料包括带有橄榄石结构的化合物。

21、这种橄榄石化合物具有用于储存锂离子的快速和可逆的动力学特性，由此产生电蓄能器的高电流负载能力和有利的低温行为。特别有利的是，带有橄榄石结构的化合物是非常稳定的，具有高循环稳定性且能实现电蓄能器的高固有安全性。

22、带有橄榄石结构的化合物例如是磷酸铁、磷酸铁锰、磷酸铁钴、磷酸铁锰钴、磷酸锰钴、磷酸钴、磷酸镍、磷酸钴镍、磷酸铁镍、磷酸铁锰镍、磷酸锰镍、磷酸镍、或者其组合。带有橄榄石结构的化合物也可以是上述任何一种物质与锂结合。

23、特别是，带有橄榄石结构的化合物是磷酸铁锂(也称为“lfp”)。lfp具有出色的循环稳定性和稳定性。特别是利用lfp作为阴极活性材料的电化学储能单体在机械损坏的情况下不遭受热失控。

24、第二子储能器的至少一个电化学储能单体具有带有阴极活性材料的电极，阴极活性材料包括层状氧化物。

25、层状氧化物可以包含镍和钴，特别是层状氧化物是镍锰钴化合物和/或镍钴铝化合物。

26、层状氧化物也可以包含如在现有技术中已知的另外的金属。特别是层状氧化物可以包含掺杂金属，例如镁、铝、钨、铬、钛或者其组合。

27、锂镍锰化合物也可以已知为缩写nmc，有时也备选地为技术缩写ncm。nmc作为阴极活性材料具有值得期望的特征的有利的组合，例如高比容量、降低的钴含量和高的大电流能力。

28、nmc可以用一般的公式单位liαnixmnycozo2(其中，x+y+z＝1)描述，其中，α表示锂的化学计量比例的说明且通常位于0.8与1.15之间。特定化学计量在文献中作为三位数说明，例如nmc 811、nmc 622、nmc 532和nmc 111。三位数分别说明镍：锰：钴的相对含量。换言之，例如nmc 811是如下阴极活性材料，一般的公式单位为li ni0.8mn0.1co0.1o2，亦即α＝1。

29、此外也可以使用所谓的富含锂和锰的nmc，其中，一般的公式单位li1+ε(nixmnyc0z)1-εo2，其中，ε特别是位于0.1与0.6之间、优选地在0.2与0.4之间。该富含锂的层状氧化物也作为过锂化(overlithitated)的(层状)氧化物(olo)是已知的。

30、对于第二子储能器的至少一个电化学储能单体可以使用锂镍钴铝化合物，其作为缩写nca是已知的且可以通过一般的公式单位liαnixcoyalzo2描述，其中，x+y+z＝1，α表示锂的化学计量比例的说明且通常位于0.80与1.15之间。

31、第一子储能器的容量与第二子储能器的容量的比例处于1:1.5至1:15的范围中。换言之，具有功率优化的单体化学的第二子储能器相比于具有稳定性优化的单体化学的第一子储能器具有更高的容量。通过这种方式可以通过使用稳定性优化的单体化学降低在体积或重量方面的容量损耗，而电蓄能器的总容量保持得高。

32、还可以给已知车辆——其仅仅具有按照第二子储能器的电蓄能器——补充第一子储能器。

33、特别是，第一子储能器的容量如此设计，使得纯通过利用第一子储能器车辆可以驶过车辆的用户在一天驶过的平均距离，例如在20至60公里范围中的距离。

34、为了实现这种续航里程，第一子储能器的容量处于10至50千瓦小时的范围中。

35、车辆的总重量越高，那么第一子储能器容量可以被选择为越高，以便实现足够的续航里程。

36、为了充分利用稳定性优化的单体化学的循环稳定性，如果电路结构处于第一运行模式，那么第二子储能器可以是第一子储能器的增程器。

37、作为增程器——也称为“range extender”——第二子储能器在电路结构的第一运行模式下给车辆的负载不直接提供其功率。取而代之地，第二子储能器仅仅用于给第一子储能器充电。通过这种方式可以减少第二子储能器经历的完整的充电放电循环的数量，因为优选地利用第一子储能器。

38、电蓄能器可以设立为，如果电路结构处于第二运行模式，那么由电蓄能器提供的功率仅仅由第一子储能器或第二子储能器提供。

39、换言之，在第二运行模式下可以在第一子储能器与第二子储能器的功率特性之间彼此无关地选择。例如利用第二子储能器，只要存在高的功率需求，例如在车辆的加速过程期间，而否则动用第一子储能器，以便充分利用其高循环稳定性。

40、此外，如果电路结构处于第三运行模式，那么电蓄能器可以具有复合充电放电曲线，其中，复合充电放电曲线具有第一充电范围和第二充电范围，在第一充电范围中电蓄能器的功率由第一子储能器预定，在第二充电范围中电蓄能器的功率由第二子储能器预定。