具有锂离子电池组的车辆的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种车辆，其具有车载电网，在该车载电网中集成有电气元件和至少一个锂离子电池组，其中，所述锂离子电池组包括多个锂离子电池，每个锂离子电池基于一种电池技术，并且至少两个锂离子电池的电池技术是不同的。
【专利说明】具有锂离子电池组的车辆
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种具有车载电网的车辆，在车载电网中集成有电气元件和至少一个锂离子电池组。
【背景技术】
[0002]基于电化学锂离子系统的能量密度和功率密度，锂离子电池组适合用于车载电网中。
[0003]根据现有技术，例如参见EP1222708A1，现代锂离子电池组包括多个锂离子电池。
[0004]在此使用这样的锂离子电池，它们可在几何形状上构造成各种形式。一个例子是EP1222708A1中描述的袋式电池。
【发明内容】
[0005]本发明的任务在于提供一种改进的具有车载电网的车辆，在车载电网中集成有电气元件和至少一个锂离子电池组。
[0006]该任务通过根据权利要求1的车辆得以解决。本发明有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求给出。
[0007]根据本发明，锂离子电池组包括多个锂离子电池，每个锂离子电池基于一种电池技术，并且至少两个锂离子电池的电池技术是不同的。
[0008]锂离子电池的电池技术基于确定的电化学系统。用于锂离子电池的常见电化学系统例如有锂铁磷酸盐技术、锂钛酸盐技术和锂镍钴锰技术，它们分别构成电池技术基础并且包含电化序的氧化还原对Li/Li+。
[0009]换言之，本发明涉及一种包括多个电池的电池组，所述电池在它们的电池技术方面有所区别。
[0010]根据本发明的一种优选实施方式，在车辆中基本上可由锂离子电池组为第一选择组的电气元件供应电功率，第一选择组的电气元件的特征在于第一电压上限值和第一电压下限值之间的第一典型电压工作范围，并且根据该实施方式，基本上可由第二选择组的电气元件为锂离子电池组供应电功率，并且第二选择组的特征在于第二电压上限值和第二电压下限值之间的第二典型电压工作范围。
[0011]这意味着，车辆中的锂离子电池组在符合规定的运行中作为功率源和能量源为一组确定的车载电网电气元件供应电功率和能量。该组电气元件称为用电器。锂离子电池组作为次级能量存储器相应地具有能量和功率消耗器的功能。在此锂离子电池组在符合规定的运行中由一组确定的车载电网电气元件供应电功率。该组电气元件称为发电机。
[0012]用电器和发电机在符合规定运行中分别具有典型电压工作范围。
[0013]此外有利的是，电池组电压工作范围通过电池组上限值和电池组下限值给定，电池组上限值通过两个电压上限值中较大的值给定，电池组下限值通过两个电压下限值中较小的值给定，并且锂离子电池组的特征在于典型电池组电压范围。
[0014]因此也重要的是，电池组电压工作范围在参数电压方面被给定为用电器的典型电压工作范围和发电机的典型电压工作范围的结合值。
[0015]此外，锂离子电池组的特征在于这样的电池组电压范围，其基本上表示电池组开路电压的与电池组充电状态相关的函数关系。
[0016]根据本发明的一种特别优选的方案，电池组电压范围相应于电池组电压工作范围，或电池组电压范围包含电池组电压工作范围。
[0017]车载电网中的特殊优点在于:通过将电池组电压范围调整到电池组电压工作范围上，可使用车辆中电池组的全部容量。为了能够使用预规定的能量，电池组无需过尺寸设计。此外，通过调整电池组电压范围可使电池组在可预规定的中等充电状态中运行。可在这样的界限中预规定中等充电状态，使得与其它平均充电状态相比电池的运行以有利于电池组使用寿命的方式进行。
[0018]有利的是，电池组电压范围可通过具有至少两种不同电池技术的锂离子电池的相应数量来调节。
[0019]使电池组电压范围相应于电池组电压工作范围或使电池组电压范围包含电池组电压工作范围通过下述措施来实现:锂离子电池组包括多个锂离子电池，各电池可具有不同的电池技术。由此可实现锂离子电池组的与充电状态相关的开路电压特征曲线，该开路电压特征曲线在其0 %的充电状态和100 %的充电状态下的极值中几乎与电池组电压工作范围一致或包含电池组电压工作范围。此外，可设置这样的锂离子电池组工作策略，使得优选可使用相应于可预规定的充电状态的电压界限值之间、如在20%的充电状态和90%的充电状态之间的电池组电压范围。一般来说，在时间上尽可能减小极端充电状态可最大化锂离子电池组的使用寿命。
[0020]此外，根据本发明的另一种方案，在车辆中集成铅酸电池组，并且锂离子电池组与铅酸电池组并联连接。
[0021]这例如允许在车载电网中不仅可利用铅酸电池组作为能量存储器的特殊优点而且也可利用锂离子电池组作为能量存储器的特殊优点。这可这样实现:将锂离子电池组用作高循环度时的短时存储器并且将铅酸电池组用作低循环度时的长时存储器。
[0022]本发明基于下述考虑:
[0023]与12V铅酸电池组并联使用锂离子附加存储器。以下述方式改善锂离子电池组的基于其电压状态的可用存储容量的使用:在锂离子电池组内使用具有不同锂离子电池技术的锂离子电池，以便使锂离子存储器的电压状态更精确地适配车载电网中的需求。因此可理想地在功率和容量方面使用锂离子蓄电器。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面借助【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施例。由此给出本发明的其它细节、优选实施例和扩展方案。附图如下:
[0025]图1示出电池组电压范围和电池组电压工作范围。
【具体实施方式】
[0026]在具有14V额定电压的物理车载电网中集成有许多用电器。这不仅包括安全系统、如灯光设备或底盘电气控制系统，也包括车载数据网络控制器和舒适性用电器、如座椅加热装置。
[0027]另外，物理车载电网包括发电机作为能量源。不失一般性地这可以是齿形电极发电机。其它发电机例如可以是热电发生器。能量转换器也在车载电网中具有发电机的作用，例如太阳能车顶。
[0028]用电器和发电机基于14V的车载电网额定电压状态分别在典型电压范围中工作。例如汽车工业中规定某些控制器的典型电压范围通常在9?16V中。
[0029]齿形电极发电机的功率输出的典型电压范围处在10.6?15.5V的范围内，这由发电机控制装置实现。
[0030]集成在车载电网中的电能存储器的理想的电压相关的工作范围与用电器和发电机的典型电压范围处于确定的关系中，在此能量存储器的工作范围通过其与充电状态有关的开路电压给定并且在电池技术规定的电压范围内。优选根据图1能量存储器(2)的电压相关的工作范围完全包含用电器或发电机的电压相关的车载电网工作范围(I)并且例如为9?16V。根据其它实施方式，能量存储器的电压相关的工作范围至少部分重叠于电压相关的车载电网工作范围并且向更高电压(3)方向或向更低电压(4)方向超出车载电网工作范围。
[0031]在向更高电压(3)方向部分重叠的情况下产生特殊优点:几乎完全放电的能量存储器具有车载电网工作范围(I)内的电压。因此，即使是几乎完全放电的能量存储器也有利于车载电网的电压相关的电压稳定性。此外，无需为配置(3)的能量存储装置提供过充电保护，因为在车载电网工作范围的电压相关的上限时，能量存储器处于部分放电的状态中。
[0032]铅酸电池组的电池的电化学电势通过氧化还原对Pb/PbS04形成且每个充电电池的电压约为2V。充电的六电池的铅酸电池组因而具有约12V的额定电压。
[0033]AGM技术的现代铅酸电池组借助充电状态为O %时约10.5V和充电状态为100%时约12.8V之间的电压范围足够好地覆盖车载电网工作范围。
[0034]在锂离子电池组中，可在多电池的电池组中使用具有不同电池技术的电池。常见的氧化还原对Li/Li+电池技术例如是锂铁磷酸盐技术(LiFePO4),锂钛酸盐技术(Li4Ti5O12)和锂镍钴锰技术(LiNia33Coa33Mna33O2^这示例性地表示在锂铁磷酸盐技术中锂离子电池的正极的活性材料由LiFePO4构成，在锂镍钴锰技术中由LiNia 33Co0.33Mn0.3302构成。电池的负极分别由活性材料石墨构成，石墨用作Li+离子的主栅极。根据电池中所使用的正极活性材料，电池在O %充电状态至100%充电状态之间具有特征性的电压曲线。该电压曲线在锂铁磷酸盐技术中为2.0V?3.6V、在锂钛酸盐技术中为1.5V?2.8V并且在锂镍钴锰技术中为2.0V?4.2V。
[0035]根据现有技术的锂离子电池组，如铅酸电池组一样，仅包含一种电池技术的多个电池，而在本发明的实施例中则描述了一种电池组，其包含具有不同电池技术的多个电池。
[0036]例如当电池组包括四个锂钛酸盐技术的电池和一个锂镍钴锰技术的电池时，产生8V?14.8V之间的电池组工作范围。在此有利的是，该工作范围与AGM技术中的铅酸电池组工作范围极为相似。由此可简化并联连接。
[0037]作为替换方案，锂离子电池组可包括三个锂铁磷酸盐电池和两个锂钛酸盐电池。由此产生9V?16.4V之间的电池组工作范围。这是最佳的，因为可充分利用14V车载电网的整个电压范围。
[0038]所述实施例示出一个基本的技术优势:
[0039]锂离子电池组可在其电压相关的工作范围方面适配于由车载电网提出的要求。这可被称为“电压工程技术”。由此车载电网的设计明显更加灵活。由于铅酸电池组的电化学系统决定电池组的电压工作范围，因此在目前的车辆研发中为车载电网的设计提出边界条件。发电机和用电器的工作范围应适配预规定的电池组工作范围。
[0040]具有不同电池技术的锂离子电池组提供一种颠倒性的方案，在电池组未提出边界条件的情况下设计车载电网，接着在第二步骤中设计锂离子电池组。
[0041]这在未来对于车载电网的设计意味着:锂离子电池组的尺寸和重量通过最佳地适配车载电网被最大可能地减小。这即使在车载电网中使用标准化和完善的14V组件也仍可实现，并且因此也优化系统成本。
【权利要求】
1.车辆，其具有车载电网，在该车载电网中集成有电气元件和至少一个锂离子电池组，其特征在于，所述锂离子电池组包括多个锂离子电池，每个锂离子电池基于一种电池技术，并且至少两个锂离子电池的电池技术是不同的。
2.根据权利要求1的车辆，其特征在于，第一选择组的电气元件可基本上由锂离子电池组供应电功率，第一选择组的特征在于第一电压上限值和第一电压下限值之间的第一典型电压工作范围，锂离子电池组可基本上由第二选择组的电气元件供应电功率，并且第二选择组的特征在于第二电压上限值和第二电压下限值之间的第二典型电压工作范围。
3.根据权利要求2的车辆，其特征在于，电池组电压工作范围通过电池组上限值和电池组下限值给定，电池组上限值通过上述两个电压上限值中较大的值给定，电池组下限值通过上述两个电压下限值中较小的值给定，并且锂离子电池组的特征在于典型电池组电压范围。
4.根据权利要求3的车辆，其特征在于，所述电池组电压范围相应于电池组电压工作范围。
5.根据权利要求4的车辆，其特征在于，所述电池组电压范围可通过具有至少两种不同电池技术的锂离子电池的相应数量来调节。
6.根据上述权利要求之一的车辆，其特征在于，在车辆中集成铅酸电池组，并且锂离子电池组与铅酸电池组并联连接。
【文档编号】H02J7/00GK104272497SQ201380023817
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】M·哈夫克迈尔, M·毛厄尔, A·施特默, S·沙纳 申请人:宝马股份公司