用于至少部分电驱动的车辆的多电压蓄存系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于至少部分电驱动的车辆的多电压蓄存系统，该蓄存系统包括：第一高压蓄能模块和第二高压蓄能模块；对于每个蓄能模块而言各一个结构相同的开关单元，每个开关单元具有两个正输入端和两个负输入端，通过所述正输入端和所述负输入端能形成至少一个耗电器接口和至少一个充电接口，在每个输入端之后设置有可控制的接触器，并且通过所述接触器，所述负输入端能够分别连接到蓄能模块的负极上，并且正输入端能够分别连接到蓄能模块的正极上；和控制单元(SE)，该控制单元设计为，使得通过该控制单元能相互独立地任意操控每个开关单元的所有接触器。开关单元的所有接触器。开关单元的所有接触器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于至少部分电驱动的车辆的多电压蓄存系统


[0001]本专利技术涉及一种用于至少部分电驱动的车辆的多电压蓄存系统。本专利技术尤其是涉及一种能够以相对高的充电功率进行充电的蓄存系统。

技术介绍

[0002]在部分电驱动的车辆中、例如在PHEV车辆(插电式混合动力电动车辆)中，或在纯电动车辆中、例如在BEV车辆(电池电动车辆)中，目前由一个或多个单个的高压电池单体或蓄存单体组成的蓄能器(高压蓄存器)用作能量源。高压电池单体大多是单个的锂离子电池单体。它们串联地或在串联和并联电路的组合中相互连接。高压电池单体的总和在此决定可用的能量并且因此决定电驱动的车辆的续驶里程。
[0003]这种蓄能器通常通过连接到与能量供应网络连接的外部充电站处进行充电。用于为蓄能器充电的可用的连接功率(充电功率)在此可以取决于充电站。借助直流电的充电可称为快速充电，其具有50kW或以上的充电功率。通过交流电充电可实现3.6kW至22kW范围内的充电功率。
[0004]高充电功率是有利的，以便避免车辆为蓄能器再充电而长时间停留。提高充电功率的一种可能性是利用提高的充电电压(例如800V或更高，而不是现在的460V或更低)进行直流充电。
[0005]但使用更高的充电电压需要改变所使用的高压蓄存器技术。在此，通常不期望使用具有相应提高的额定电压的蓄能器(例如出于传动系的逆变器中使用的带有绝缘栅极的双极晶体管的原因，其只能在直至特定的最大极限电压的情况下使用)。
[0006]进一步的技术背景例如参考DE 102017218067 A1。由此例如已知为车辆使用具有切换矩阵的两个蓄能器，该切换矩阵用于将蓄能器并联或串联连接，从而在串联时使一个蓄能器的电压翻倍。因此，在行驶运行中可使用不变的行驶电压(如400V)并且在充电运行中可使用提高的充电电压(如800V)。DE 102017218067 A1在此尤其是涉及提供一种可切换的蓄存系统，其能以可靠且节能的方式在充电运行和行驶运行之间进行切换。

技术实现思路

[0007]本专利技术所基于的技术任务是：从所提到的现有技术出发，使至少部分电驱动的车辆的续驶里程最大化并且同时加速其可用性。
[0008]所述任务通过独立权利要求解决。有利的实施方式尤其是在从属权利要求中描述。应指出，独立权利要求的从属权利要求的附加特征在没有独立权利要求的特征或仅与独立权利要求的部分特征组合的情况下可构成独立于独立权利要求的所有特征的组合的独立专利技术，其可以是独立权利要求、分案申请或后续申请的技术方案。这同样适用于说明书中描述的技术教导，其可形成独立于独立权利要求的特征的专利技术。
[0009]本专利技术原则上实现一种用于高压蓄能器(也简称为高压蓄存器或高压电池)的特别灵活且成本适宜的切换矩阵(如800V/400V)。
[0010]本专利技术基于以下考虑：
[0011]目标是为高压蓄能器找到一种最佳解决方案，该解决方案尤其是可在400V系统中用于行驶并且也可用于800V和400V直流快速充电。
[0012]当今市场上可用的轿车
‑
电动车辆通常具有400V高压电池系统，这意味着，高压电池的电压最高可达约470
‑
490V。未来，一些汽车制造商计划将电压提高到约800V。更高的电压尤其是允许在快速充电(在直流充电桩处的所谓的直流充电)时提高充电功率并且因此缩短充电时间。下面讨论一种400V或800V系统并且其表示在运行中实际根据高压电池的荷电状态变化的最大电压处于400V或800V的数量级。
[0013]充电桩的新标准规定，充电桩必须支持直至1000V的充电电压。但在市场上已经有很多只能处理直至400V
‑
500V电压的充电桩。因此，力求使高档车辆必须同时支持800V充电和400V充电。
[0014]由此产生在哪些状态下使用哪些电压的不同可能性：
[0015]‑
400V用于行驶并且400V或800V用于直流充电。
[0016]‑
800V用于行驶并且800V或400V用于直流充电。
[0017]由此又产生在车辆中如何实现400V和800V的两种变型方案：
[0018]‑
将一个电压水平(通常是用于行驶的电压水平)用作标准电压水平。附加地，实现DC
‑
DC转换器，以实现另一个用于充电的电压水平。在此缺点在于DC/DC转换器的成本非常高。
[0019]‑
将高压电池分为两部分或使用两个高压蓄能器。在下文中，这两种可能性被概括描述为两个蓄能模块。所述蓄能模块要么可以并联连接(用于400V电压)要么可以串联连接(用于800V电压)连接。但必须为此开发一种切换矩阵。
[0020]技术任务：
[0021]本专利技术的目的是提供一种高压蓄存器
‑
模块系统，该高压蓄存器
‑
模块系统既可在纯400V系统中又可在400V/800V系统中用作切换矩阵。大多数电动车辆可成本适宜地制造为纯400V系统。通过根据本专利技术使用可相应连接的同类件(模块系统)能以最小的额外开发成本将高性能车辆制造为可在400V和800V之间切换的系统。
[0022]原则上，每个高压蓄存器或者说每个蓄能模块都应具有一个所谓的开关单元(例如也称为开关盒、S
‑
Box、接触器盒、“电池连接单元”、“电池断开单元”等)。开关单元通常尤其是包括两个用于将高压蓄存器与高压车载电网分开的接触器(主接触器)以及两个用于将高压蓄存器与车辆中的直流充电插口连接的直流充电接触器。在直流充电时，直流充电桩的插头插入直流充电插口中。
[0023]本专利技术的基本原理(核心构思)：
[0024]基本构思是两个开关单元的接线方式(Verschaltungsart)，所述开关单元分别单个地在400V系统中用作开关单元并且在可切换的400V/800V系统(400V行驶和400V/800V充电)中共同用作切换矩阵。400V的电压规格在此仅示例性地作为优选使用的、两个蓄能模块的相对较低的额定电压被提及，其是耗电器(尤其是电驱动装置和辅助耗电器)目前所需的。该电压在下文中也被概括称为耗电器接口额定电压。800V的电压规格在此仅示例性地作为优选使用的、两个串联的蓄能模块的相对较高的额定电压被提及，其目前可实现快速充电。该电压在下文中也被概括称为提高的充电接口额定电压并且尤其是为耗电器接口电
压的两倍。
[0025]根据本专利技术，在此以第一串组和第二串组为出发点，第一串组包括第一蓄能模块，该第一蓄能模块具有耗电器接口额定电压和与第一蓄能模块相配设的第一开关单元(S
‑
Box)，第二串组包括第二蓄能模块，该第二蓄能模块具有耗电器接口额定电压和与第二蓄能模块相配设的第二开关单元(S
‑
Box)。在此，这两个串组相同地构造。但具有多个可控制的接触器的开关单元可由电子控制单元不同地操控。
[0026]每个开关单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于至少部分电驱动的车辆的多电压蓄存系统(400V/800V)，该蓄存系统包括：
‑
第一高压蓄能模块(HV1)和第二高压蓄能模块(HV2)，
‑
对于每个蓄能模块(HV1、HV2)而言各一个结构相同的开关单元(S
‑
Box 1、S
‑
Box 2)，每个开关单元(S
‑
Box 1、S
‑
Box 2)具有两个正输入端(+)和两个负输入端(
‑
)，通过所述正输入端和所述负输入端能形成至少一个耗电器接口(V_low)和至少一个充电接口(L；L_low、L_high)，在每个输入端(+、
‑
)之后设置有可控制的接触器(HS、LS)，并且通过所述接触器(HS、LS)，所述负输入端(
‑
)能够分别连接到蓄能模块(HV1、HV2)的负极上，并且正输入端(+)能够分别连接到蓄能模块(HV1、HV2)的正极上，和
‑
控制单元(SE)，该控制单元设计为，使得通过该控制单元能相互独立地任意操控每个开关单元(S
‑
Box 1、S
‑
Box 2)的所有接触器(HS、LS)。2.根据权利要求1所述的多电压蓄存系统，其特征在于，为了借助提高的充电接口额定电压(800V)进行快速充电，
‑
第一开关单元(S
‑
Box 1)的耗电器接口(V_low)的正输入端(+)与第二开关单元(S
‑
Box 2)的耗电器接口的正输入端(+)固定连接，
‑
第一开关单元(S
‑
Box 1)的耗电器接口(V_low)的负输入端(
‑
)与第二开关单元(S
‑
Box 2)的耗电器接口的负输入端(
‑
)固定连接并且
‑
第一开关单元(S
‑
Box 1)的充电接口(L；L_high)的负输入端(
‑
)与第二开关单元(S
‑
Box 2)的充电接口(+)的正输入端(+)固定连接。3.根据前述权利要求中任一项所述的多电压蓄存系统，其特征在于，所述控制单元(SE)借助相应经编程的功能模块(FM)设计为，使得通过第一开关单元(S
‑
Box 1)中的和第二开关单元(S
‑
Box 2)中的充电接触器(LS)的开关状态能实现选择性地以相对较低的耗电器接口额定电压(400V)进行充电或以提高的充电接口额定电压(800V)进行快速充电。4.根据前述权利要求中任一项所述的多电压蓄存系统，其特征在于，通过闭合一个开关单元(S
‑
Box 1)的正输入端(+)处的充电接触器(LS)并且打开另一个开关单元(S
‑
Box 2)的正输入端(+)处的充电接触器(LS)以及通过打开所述一个开关单元(S
‑
Box 1)的负输入端(
‑
)处的充电接触器(LS)并且闭合所述另一个开关单元(S
‑
Box2)的负输入端(
‑
)处的充电接触器(LS)能实现以相对较低的耗电器接口额定电压(400V)进行充电。5.根据前述权利要求中任一项所述的多电压蓄存系统，其特征在于，通过闭合两个开关单元(S
‑
Box 1、S

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：