具有不同電池類型的電池組儲能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有不同電池類型的電池組儲能系統(tǒng)。用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)（10）包括至少一個蓄能模塊（11）和至少一個與蓄能模塊（11）串聯(lián)接線的功率存儲模塊（13）。蓄能模塊（11）包括至少一個第一類型的電池組電池（12），而功率存儲模塊（13）包括至少一個第二類型的電池組電池（14），該第二類型區(qū)別于第一類型?？捎尚钅苣K（11）或者由蓄能模塊（11）和功率存儲模塊（13）提供的中間電路電壓（UDC）與電池組電池（12、14）的充電狀態(tài)無關地而可保持恒定。此外，本發(fā)明還涉及一種用于單獨地適配用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)（10）的功率含量和能含量的方法。
【專利說明】
具有不同電池類型的電池組儲能系統(tǒng)
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于在電池組電動(batterieelektrisch)車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)(Batteriespeichersystem)，并且尤其是涉及具有不同電池類型的電池組儲能系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]具有有工作能力的可再充電的電池組模塊的電池組儲能系統(tǒng)是例如電動車輛技術和混合動力車輛技術的重要部件。電池組模塊通常由多個彼此電接線的電池組電池組成。在此，各個電池組電池可以串聯(lián)地并且部分附加地彼此并聯(lián)地接線，以便提供所需的功率和能量。對此，通常采用單個電池類型的電池組電池，例如以便將成本保持得盡可能小?？墒牵ㄟ^采用單個類型的電池組電池，電池組儲能系統(tǒng)的工作能力和內(nèi)能彼此被聯(lián)系在一起。此外，利用這樣一個電池組儲能系統(tǒng)不可能提供例如確定的輸出電壓、與該輸出電壓無關的確定的至少要保證的輸出功率和與輸出電壓無關的最小容量。為了可以在各種電池組儲能系統(tǒng)中設置能量與功率的不同的比例，或者各種電池組電池類型是必需的，或者對這兩個量之一(即能量或者功率)確定過大尺寸(Ueberdimens1nierung)是必需的。根據(jù)現(xiàn)有技術，這兩者都是提高成本的(kostentreibend)。
[0003]從DE 10 2009 031 295 Al中例如公知一種蓄能設備，所述蓄能設備嘗試通過將功率存儲器和蓄能器混合來規(guī)避這個問題。在所描述的存儲器系統(tǒng)的并聯(lián)的情況下，該系統(tǒng)的每個支路都已經(jīng)達到所希望的中間電路電壓。這在應用在車輛系統(tǒng)的情況下常常不被滿足。此外，從電網(wǎng)側(cè)吸收的全部能量通過升壓/降壓轉(zhuǎn)換器被引導到該蓄能設備中，這不利地損害了該系統(tǒng)的效率。
[0004]從DE 10 2009 046 565 Al中公知具有不同電池類型的電池組模塊。該電池組模塊具有兩個帶有不同輸出電壓的蓄能器，所述兩個帶有不同輸出電壓的蓄能器通過二極管彼此接線。第二蓄能器這里似乎當作自動接入的(zugeschaltet)附加蓄能器用，所述附加蓄能器用來截取(abfangen)特別高的功率要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在該背景下，本發(fā)明的任務是提供一種電池組儲能系統(tǒng)，在所述電池組儲能系統(tǒng)中，功率內(nèi)容和內(nèi)能(Leistungs- und Energieinhalt)可單獨地被適配。
[0006]為了解決該任務，建議一種用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)和一種用于單獨地適配用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)的功率含量和能含量(Leistungs- und Energiegehalte)的方法。
[0007]與此相對應地，本發(fā)明設置了一種用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)，所述電池組儲能系統(tǒng)包括至少一個蓄能模塊和至少一個與蓄能模塊串聯(lián)接線的功率存儲模塊(Leistungsspeichermodul)。該蓄能模塊具有至少一個第一類型的電池組電池，而該功率存儲模塊具有至少一個第二類型的電池組電池，該第二類型區(qū)別于第一類型?？捎稍撔钅苣K或者由該蓄能模塊和該功率存儲模塊提供的中間電路電壓與電池組電池的充電狀態(tài)(Ladezustand)無關地而可保持恒定。
[0008]按照本發(fā)明的電池組儲能系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術給予可以采用標準充電設備的優(yōu)點，這例如導致成本減少。此外，功率存儲模塊在余熱利用(Rekuperieren)時可以被充電，這提高了再生制動的工作能力和電池組儲能系統(tǒng)的效率。
[0009]提供了一種電池組儲能系統(tǒng)，在所述電池組儲能系統(tǒng)中，功率內(nèi)容和內(nèi)能基于兩個固定的電池組模塊類型(即蓄能模塊和功率存儲模塊)而可單獨地被適配。尤其是，即使名義上的能含量不同，名義上的中間電路電壓也可以擺脫各種系統(tǒng)而被保持恒定。這允許以簡單的方式提供具有不同的能含量的電池組儲能系統(tǒng)，在所述電池組儲能系統(tǒng)中可以保持系統(tǒng)中的所有其它的量和部件恒定。
[0010]在本發(fā)明的有利的構建方案中設置有:蓄能模塊和功率存儲模塊與DC-DC轉(zhuǎn)換器接線，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)中間電路電壓產(chǎn)生更高的系統(tǒng)輸出電壓。
[0011]在本發(fā)明的另一有利的構建方案中設置有:DC_DC轉(zhuǎn)換器在與蓄能模塊相連的蓄能部分中具有升壓變換器，所述升壓變換器包括扼流圈、二極管和晶體管。
[0012]按照本發(fā)明的優(yōu)選的構建方案設置有:在蓄能模塊和功率存儲模塊之間的分接頭(Abgriff)被引導到扼流圈上。
[0013]按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的構建方案設置有:DC_DC轉(zhuǎn)換器在與功率存儲模塊相連的功率部分中具有輸出扼流圈和電容器。
[0014]本發(fā)明的另一有利的構建方案設置:功率存儲模塊通過開關與輸出扼流圈相連，其中該功率存儲模塊利用該開關可活性地或者惰性地(aktiv oder passiv)被切換。
[0015]本發(fā)明的另一有利的構建方案設置:可采用多個蓄能模塊和/或多個功率存儲模塊。
[0016]本發(fā)明的另一有利的構建方案設置:在部分負載范圍(Teillastbereich)中，中間電路電壓是可降低的。
[0017]由此，可以減少例如在所連接的逆變器和/或電機中的損耗?？梢越柚谠诓糠重撦d范圍中的中間電路電壓的降低來優(yōu)化電池組儲能系統(tǒng)的效率。
[0018]本發(fā)明的另一有利的構建方案設置:功率存儲模塊在余熱利用時是可再充電的。
[0019]此外，為了解決開始時所提到的任務，還建議了一種用于單獨地適配用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)的功率含量和能含量的方法。該電池組儲能系統(tǒng)包括至少一個蓄能模塊和至少一個與蓄能模塊串聯(lián)接線的功率存儲模塊。該蓄能模塊被裝備有至少一個第一類型的電池組電池，而該功率存儲模塊被裝備有至少一個第二類型的電池組電池，該第二類型區(qū)別于第一類型。在車輛系統(tǒng)要求低功率的情況下，該功率存儲模塊惰性地被切換，使得功率單獨地由蓄能模塊提供。在車輛系統(tǒng)要求較高的功率的情況下，該功率存儲模塊活性地被切換，使得功率由蓄能模塊和功率存儲模塊提供。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的其它有利的細節(jié)、特征和構建方案詳情與在附圖中所示出的實施例相關地進一步被闡明。在此:
圖1以示意圖示出了按照本發(fā)明的電池組儲能系統(tǒng)的實施例。
【具體實施方式】
[0021]在圖1中示出了根據(jù)一實施形式的電池組儲能系統(tǒng)10的原理電路圖。該電池組儲能系統(tǒng)10根據(jù)一實施形式包括蓄能模塊11和功率存儲模塊13的串聯(lián)。在此，可以使用至少一個或者多個彼此接線的蓄能模塊11和至少一個或者多個彼此接線的功率存儲模塊13。蓄能模塊11具有至少一個電池組電池12，然而也可以由多個彼此接線的電池組電池12構造。功率存儲模塊13具有至少一個電池組電池14，然而也可以由多個彼此接線的電池組電池14構造。電池組電池14在其類型方面區(qū)別于電池組電池12。除了這些電池組電池14以外也可以采用根據(jù)現(xiàn)有技術所公知的針對電能的其它存儲器。這些蓄能模塊11通常有比這些功率存儲模塊13更高的內(nèi)阻。
[0022]具有電池組電池12的蓄能模塊11構成了針對電池組儲能系統(tǒng)10的蓄能部分的基礎。具有電池組電池14的功率存儲模塊13構成了針對電池組儲能系統(tǒng)1的功率部分的基礎。
[0023]蓄能模塊11和功率存儲模塊13與DC-DC轉(zhuǎn)換器15接線。DC-DC轉(zhuǎn)換器也被稱作直流電壓轉(zhuǎn)換器或者斬波器(Gleichstroms teller)。該DC-DC轉(zhuǎn)換器15被構造為根據(jù)由蓄能模塊11和功率存儲模塊13提供的中間電路電壓Udc(蓄能模塊11的電壓Ue或者蓄能模塊11的電壓Ue和功率存儲模塊13的電壓Up的總和)產(chǎn)生更高的系統(tǒng)輸出電壓Udc。該轉(zhuǎn)化通常借助于周期性地工作的電子開關和多個蓄能器、即蓄能模塊11和功率存儲模塊13進行。
[0024]DC-DC轉(zhuǎn)換器15在蓄能部分具有升壓變換器17，所述升壓變換器17包括扼流圈16、二極管21和晶體管22。晶體管22根據(jù)一實施形式是具有絕緣柵電極的雙極晶體管。具有絕緣柵電極的雙極晶體管是在功率電子學中使用的半導體器件，因為它結(jié)合了雙極晶體管的優(yōu)點(良好的正向特性曲線、高截止電壓、穩(wěn)健性)和場效應晶體管的優(yōu)點(近似無功率的激勵)。相對于短路的一定的穩(wěn)健性也是有利的，因為所述具有絕緣柵電極的雙極晶體管限制了負載電流。
[0025]DC-DC轉(zhuǎn)換器15在功率部分中具有輸出扼流圈19。晶體管22根據(jù)一實施形式是具有絕緣柵電極的雙極晶體管。代替輸出扼流圈19可以采用用于進行電流限制或電壓穩(wěn)定化的可替換的可能方案。
[0026]此外，DC-DC轉(zhuǎn)換器15在功率部分中還具有電容器23，所述電容器23可以例如以塑料薄膜電容器的形式被實施。由于電壓峰值，優(yōu)選地采用具有低串聯(lián)電阻和足夠的電壓儲備(Spannungsreserve)的電容器類型?？商鎿Q地，通過多個電解電容器的并聯(lián)可以減小串聯(lián)電阻。
[0027]在蓄能部分和功率部分之間(和因此在蓄能模塊11和功率存儲模塊13之間的)分接頭被引導到是升壓變換器17的組成部分的扼流圈16上。扼流圈16優(yōu)選地是用于減少在電線路上的高頻電流的低歐姆的線圈。升壓變換器I 7是如下升壓轉(zhuǎn)換器(Aufwaertswandler):所述升壓轉(zhuǎn)換器將其電壓增添到輸入電壓上，使得其大于或者在臨界情況下等于輸入電壓。利用該轉(zhuǎn)換器類型可實現(xiàn)高的總效率。升壓變換器17優(yōu)選地多相地被實施。
[0028]在電池組儲能系統(tǒng)10的功率部分中，根據(jù)一實施形式采用在輸出側(cè)具有半橋的功率存儲模塊13 ο功率存儲模塊13通過開關18與輸出扼流圈19相連。
[0029]如果只要求低功率，那么功率存儲模塊13惰性地被切換，使得功率單獨地由電池組儲能系統(tǒng)10的蓄能部分來提供，并且因此由蓄能模塊11來提供。在這種情況下，中間電路電壓Udc與蓄能模塊11的電壓Ue相對應。中間電路電壓Udc是附在DC-DC轉(zhuǎn)換器15上的輸入電壓。借助于升壓變換器17，系統(tǒng)輸出電壓Ud?？梢钥勺兊夭⑶掖笥诨蛘叩扔谛钅苣K11的電壓Ue地被設置。
[0030]如果比電池組儲能系統(tǒng)10的蓄能部分(并且因此蓄能模塊11可以提供或者吸收的)更高的功率是必要的，那么功率存儲模塊13被接通。與此相對應地，功率存儲模塊13可以活性地被切換。這可以例如借助于開關18來實現(xiàn)?，F(xiàn)在，中間電路電壓Udc與蓄能模塊11的電壓Ue和功率存儲模塊13的電壓Up的總和相對應。在這種情況下，升壓變換器17通常可以被停用。如果蓄能模塊11和功率存儲模塊13的載流能力(Stromtragfaehigkeit)彼此偏離，那么然而也可以繼續(xù)使所述升壓變換器17運行。
[0031]因此，提供電池組儲能系統(tǒng)1，在所述電池組儲能系統(tǒng)1中，功率內(nèi)容和內(nèi)能基于兩個固定的電池組模塊類型、即蓄能模塊11和功率存儲模塊13可單獨地被適配。中間電路電壓Udc可以與電池組電池12和電池組電池14的充電狀態(tài)無關地被保持恒定。尤其是，即使名義上的能含量不同，名義上的中間電路電壓Udc也可以擺脫各種系統(tǒng)而被保持恒定。這允許以簡單的方式提供具有不同的能含量的電池組儲能系統(tǒng)，在所述電池組儲能系統(tǒng)中可以保持系統(tǒng)中的所有其它的量和部件恒定。
[0032]此外能夠?qū)崿F(xiàn)的是，可以在部分負載范圍中降低中間電路電壓UDC，這減少例如在所連接的逆變器和/或電機中的損耗?？梢越柚谠诓糠重撦d范圍中的中間電路電壓Udc的降低來優(yōu)化電池組儲能系統(tǒng)10的效率。
[0033]按照本發(fā)明的電池組儲能系統(tǒng)10的優(yōu)點是，可以采用標準充電設備，這例如導致成本減少。此外，功率存儲模塊13在余熱利用時可以被充電，這提高了再生制動的工作能力和電池組儲能系統(tǒng)1的效率。
[0034]在附圖中所示出的并且與所述附圖相關地被闡明的實施例有利于闡明本發(fā)明并且對于本發(fā)明不是限制性的。
【主權項】
1.用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其包括至少一個蓄能模塊(11)和至少一個與蓄能模塊(11)串聯(lián)接線的功率存儲模塊(13)，其特征在于，蓄能模塊(11)包括至少一個第一類型的電池組電池(12)，而功率存儲模塊(13)包括至少一個第二類型的電池組電池(14)，該第二類型區(qū)別于第一類型，其中能由蓄能模塊(11)或者由蓄能模塊(11)和功率存儲模塊(13)提供的中間電路電壓(Udc)與電池組電池(12、14)的充電狀態(tài)無關地能被保持恒定。2.根據(jù)權利要求1所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述蓄能模塊(11)和所述功率存儲模塊(13 )與DC-DC轉(zhuǎn)換器(15 )接線，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(15 )根據(jù)中間電路電壓(Udc)產(chǎn)生更高的系統(tǒng)輸出電壓(Udc)。3.根據(jù)權利要求2所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(15)在與蓄能模塊(11)相連的蓄能部分中具有升壓變換器(17)，所述升壓變換器(17)包括扼流圈(16)、二極管(21)和晶體管(22)。4.根據(jù)權利要求3所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，在蓄能模塊(11)和功率存儲模塊(13)之間的分接頭被引導到扼流圈(16)上。5.根據(jù)權利要求2所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(15)在與功率存儲模塊(13)相連的功率部分中具有輸出扼流圈(19)和電容器(23)。6.根據(jù)權利要求5所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述功率存儲模塊(13)通過開關(18)與輸出扼流圈(19)相連，其中功率存儲模塊(13)利用所述開關(18)能活性地或者惰性地被切換。7.根據(jù)上述權利要求之一所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，多個蓄能模塊(11)和/或多個功率存儲模塊(13)能被采用。8.根據(jù)上述權利要求之一所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，在部分負載范圍中，所述中間電路電壓(Udc)能被降低。9.根據(jù)上述權利要求之一所述的電池組儲能系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述功率存儲模塊(13)在余熱利用時能被再充電。10.用于單獨地適配用于在電池組電動車輛系統(tǒng)中使用的電池組儲能系統(tǒng)(10)的功率含量和能含量的方法，所述電池組儲能系統(tǒng)(10)包括至少一個蓄能模塊(11)和至少一個與蓄能模塊(11)串聯(lián)接線的功率存儲模塊(13)，其特征在于，蓄能模塊(11)被裝備有至少一個第一類型的電池組電池(12)，而功率存儲模塊(13)被裝備有至少一個第二類型的電池組電池(14)，該第二類型區(qū)別于第一類型，其中在車輛系統(tǒng)要求低功率的情況下，功率存儲模塊(13)惰性地被切換，使得功率單獨地由蓄能模塊(11)提供，并且其中在車輛系統(tǒng)要求更高的功率的情況下，功率存儲模塊(13)活性地被切換，使得功率由蓄能模塊(11)和功率存儲模塊(13)提供。
【文檔編號】H02J7/00GK105914804SQ201610090489
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】M.伯辛格, A.米塔格, M.海爾
【申請人】羅伯特·博世有限公司