DE-102024003628-A1 - HV-Batteriesystem und Verfahren hierzu

Abstract

Die Erfindung betrifft ein HV-Batteriesystem (2), das eine Mehrzahl an Zellgruppen aufweist, wobei jede der Zellgruppen mindestens eine Batteriezelle (1) umfasst, wobei eine Schaltungsanordnung eine Mehrzahl an Wandlereinrichtungen (3) aufweist, wobei jeder der Zellgruppen jeweils eine der Wandlereinrichtungen (3) zugeordnet ist, und die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, wobei die Zellgruppen unabhängig voneinander jeweils über die zugeordnete Wandlereinrichtung (3) koppelbar und entkoppelbar sind, so dass Zellgruppen unter Parallelschaltung zu einem Hochvoltbus verbindbar sind und ein Verfahren hierzu.

Inventors

• Steffen Kaup
• Mayk Stelter
• Niels Schreuders

Assignees

• Mercedes-Benz Group AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (4)

1. HV-Batteriesystem (2), das eine Mehrzahl an Zellgruppen aufweist, wobei jede der Zellgruppen mindestens eine Batteriezelle (1) umfasst, wobei eine Schaltungsanordnung eine Mehrzahl an Wandlereinrichtungen (3) aufweist, wobei jeder der Zellgruppen jeweils eine der Wandlereinrichtungen (3) zugeordnet ist, und die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, wobei die Zellgruppen unabhängig voneinander jeweils über die zugeordnete Wandlereinrichtung (3) koppelbar und entkoppelbar sind, so dass Zellgruppen unter Parallelschaltung zu einem Hochvoltbus verbindbar sind.
2. HV-Batteriesystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Lastverteilung zwischen den Zellgruppen erfolgen kann.
3. HV-Batteriesystem (2) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Zellüberwachung der Zellgruppen erfolgt.
4. Verfahren zum Betreiben eines HV-Batteriesystems (2), wobei die HV-Speicheranordnung (2) eine Mehrzahl von Zellgruppen aufweist, wobei jede der Zellgruppen mindestens eine Batteriezelle (1) umfasst, und wobei jeder der Zellgruppen jeweils eine Wandlereinrichtung (3) zugeordnet ist, wobei die Zellgruppen unabhängig voneinander jeweils über die zugeordnete Wandlereinrichtung (3) koppelbar und entkoppelbar sind, sodass Zellgruppen unter Parallelschaltung zu einem Hochvoltbus verbindbar sind, und/oder eine Lastverteilung und/oder eine Zellüberwachung der Zellgruppen erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein HV-Batteriesystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4 hierzu. Die Erfindung betrifft ein modulares Energiesystem mit integrierten DC/DC-Wandlern für Energiespeicher zur Erzeugung software-konfigurierbarer Ausgangsspannungen. DE 102016010990 betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Versorgung eines Verbrauchers mit von einer HV-Speicheranordnung bereitgestellten Energie, wobei die Schaltungsanordnung den Verbraucher und die HV-Speicheranordnung aufweist, die eine Mehrzahl an Zellgruppen aufweist, wobei jede der Zellgruppen mindestens eine Batteriezelle umfasst, wobei die Schaltungsanordnung eine Mehrzahl an Wandlereinrichtungen aufweist. Dabei ist jede der Zellgruppen jeweils einer der Wandlereinrichtungen zugeordnet, und die Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass die Zellgruppen unabhängig voneinander jeweils über die zugeordnete Wandlereinrichtung mit dem Verbraucher zum Zuführen von Energie koppelbar und von diesem entkoppelbar sind. Darüber hinaus stellt der Verbraucher mindestens eine batterieintegrierte Komponente einer die HV-Speicheranordnung aufweisenden HV-Batterie dar. Der herkömmliche Stand der Technik offenbart mehrere Probleme:(I) Herkömmliche Batteriesysteme für Hochvoltanwendungen, z.B. in Elektrofahrzeugen, erfordern komplexe und kostenintensive Methoden zur Reihenschaltung von Batteriezellen, um die erforderliche Bordnetz-Spannung zu erreichen. Diese Verschaltung bereitet gewöhnlicherweise Herausforderungen beim Packaging.(II) Diese Batteriesysteme sind oft anfällig für Ungleichgewichte zwischen den Zellen, die die Lebensdauer und die Effizienz der Batterie verringern können und ggf. bei Ausfällen von einzelnen Zellen zum Ausfall des Gesamtsystems führen können.(III) Da die Batteriezellen nicht einzeln ansteuerbar sind, können diese nicht optimal geladen werden und bedürfen signifikanter Kühlung.(IV) Ein in Serie und/oder Parallel verschaltetes Gesamtsystem lässt oftmals keine Kombination von Zellen unterschiedlicher Spannungslagen und Zellchemien zu.(V) Die Ausgangsspannung des Batteriesystems schwankt inAbhängigkeit vom State of Charge (SoC) und Sate of Health (SoH) der Batteriezellen/-stacks.(VI) Es lassen sich daher auch keine „minderwertigen“ Batteriezellen verbauen, da diese ansonsten die Performance des gesamten Batteriesystems negativ beeinflussen würden, was zu exorbitanten Kosten im Gesamtsystem führt. In einigen Fahrzeugen finden sogenannte Hochsetzsteller oder Hochvolt-Booster Einsatz, welche den Ausgangs-Spannungspegel des gesamtem Batteriesystems anheben. womit Problem (I) gelöst werden kann und Problem (V) zum Teil, jedoch nicht die Probleme (II), (III), (IV) und (VI). Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes HV-Btteriesystem und ein Verfahren hierzu bereitzustellen. Diese Aufgaben wird gelöst durch eine HV-Speicheranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs und ein Verfahren hierzu. Erfindungsgemäß ist ein HV-Batteriesystem (2), das eine Mehrzahl an Zellgruppen aufweist, wobei jede der Zellgruppen mindestens eine Batteriezelle (1) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung eine Mehrzahl an Wandlereinrichtungen (3) aufweist, wobei jeder der Zellgruppen jeweils eine der Wandlereinrichtungen (3) zugeordnet ist, und die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, wobei die Zellgruppen unabhängig voneinander jeweils über die zugeordnete Wandlereinrichtung (3) koppelbar und entkoppelbar sind, so dass die Zellgruppen unter Parallelschaltung zu einem Hochvoltbus verbindbar sind. Typischerweise ist dies ein modulares Batteriesystem, welches über folgende Komponenten verfügt:(a) Batteriezellen oder Gruppen von Batteriezellen mit integriertem(n) DC/DC-Wandler(n)(b) Parallelschaltung zu einem Hochvoltbus(c) Lastverteilung und Zellüberwachung Die Erfindung beschreibt ein modulares Batteriesystem, bei dem jede Batteriezelle mit einem eigenen DC/DC-Wandler ausgestattet ist, der es ermöglicht, die Ausgangsspannung jeder Zelle unabhängig von den anderen Zellen zu regeln. Die DC/DC-Wandler sind so konfiguriert, dass die Zellen parallel zu einem zentralen Hochvoltbus verbunden werden, wodurch eine gleichmäßige Spannung am Ausgang erreicht wird. Details und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Dabei zeigen:1: einen Sperrwandler (Flyback Converter)2: einen Abwärtshochsetzer (Buck-Boost Converter)3: einen erfindungsgemäßen Hochvoltbus mit Batteriezelle, Wandler und Steuereinheit (ECU) Beschreibung des Systems: 1. Modulares Batteriesystem, bestehend aus Batteriezellen bzw. Gruppen von Batteriezellen mit integrierten bzw. darauf aufbauenden DC/DC-Wandlern:Ein modulares Energiesystem, umfassend