充电系统、电池系统和用于运行电池系统的方法与流程

1.本发明涉及一种车辆的充电系统，该充电系统用于对车辆的电池充电。本发明还涉及一种车辆的电池系统和一种用于运行电池系统的方法。此外本发明涉及一种车辆的车载电网以及一种车辆。


背景技术：

2.越来越努力实现自主驾驶。在汽车制造中对具有电驱动的车辆进行的开发也持续地增多。在具有电驱动的车辆中电力电子系统的数量在增加。当这些电力电子的系统中的一个电力电子的系统失效时，电网电压将可能处于正常的运行范围之外，从而对电驱动的车辆的乘员的舒适度和安全性产生不好的影响。


技术实现要素：

3.按照本发明提出了一种车辆的、优选电动车辆的、特别是用于自主驾驶的电动车辆的充电系统，该充电系统用于对车辆的电池充电。电池优选地实施为高压电池。优选地，实施为高压电池的电池具有400 v至800 v的范围中的电压水平。优选地，电池构造为锂离子电池。
4.在此，电池划分成第一电池部件和第二电池部件，它们彼此串联联接并且具有相同的电压水平。在此，在第一与第二电池部件之间实施有中间抽头，以便提供两个输出电压。第一和第二电池部件能够分别包括一个或多个串联和/或并联联接的电池单池。例如能够将具有800 v的电压的电池划分成分别具有400 v的电压的第一电池部件和第二电池部件。两个电池部件串联连接并且在电池部件之间能够实施有中间抽头。优选地，第一和第二电池部件分别构造为电池包，该电池包能够根据电压水平预先制成。例如具有800 v的电压的电池能够包括分别具有400 v的电压的两个预先制成的电池包。
5.在此，充电系统构造为所谓的载式充电设备并且在此包括第一充电设备和与第一充电设备并联连接的第二充电设备。第一和第二充电设备能够与供电网络电连接并且能够分别在充电模式和放电模式中运行。
6.在此，第一充电设备设定用于与第一电池部件电连接并且对其充电，而第二充电设备设定用于与第二电池部件电连接并且对其充电。
7.充电系统设定用于，在第一和第二充电设备与供电网络电连接期间，使第一和第二充电设备分别在充电模式中运行，从而第一和第二电池部件分别通过相应的第一和第二充电设备来充电。
8.优选地充电系统此外设定用于，在第一和第二充电设备与供电网络分离期间，如例如在车辆行驶或者泊车期间，使第一充电设备在放电模式中并且第二充电设备在充电模式中运行，从而当第一电池部件的荷电状态大于第二电池部件的荷电状态时，将第一电池部件的能量传递到第二电池部件处。
9.优选地充电系统此外设定用于，在第一和第二充电设备与供电网络分离期间，使
第一充电设备在充电模式中并且第二充电设备在放电模式中运行，从而当第一电池部件的荷电状态小于第二电池部件的荷电状态时，将第二电池部件的能量传递到第一电池部件处。在此，通过第一电池部件、第一充电设备、第二电池部件和第二充电设备来构造串联电路。能量而后相应地从第一电池部件通过第一充电设备和第二充电设备流动到第二电池部件或者相反地从第二电池部件通过第二充电设备和第一充电设备流动到第一电池部件。因此能够平衡两个电池部件。
10.优选地，供电网络构造为交流网络，如例如单相或者三相交流网络。替代地，供电网络也能够构造为直流网络。在此，充电系统与供电网络相适配。例如，当供电网络构造为三相交流网络时，充电系统实施为交流充电系统。在此，第一和第二充电设备能够分别设有ac/dc转换器。在供电网络构造为直流网络的情况下，能够省去相应的充电设备的ac/dc转换器，其用于将按照本发明的充电系统与交流电电连接起来。
11.优选地，第一和第二充电设备分别具有第一ac/dc转换器、dc/ac转换器和第二ac/dc转换器。在此，第一ac/dc转换器、dc/ac转换器和第二ac/dc转换器串联连接，从而在充电时将电能从供电网络通过相应的充电设备的第一ac/dc转换器、dc/ac转换器和第二ac/dc转换器传递到相应的电池部件处。在此，dc/ac转换器和第二ac/dc转换器能够借助于如例如变压器的线圈来彼此电磁地耦接。
12.优选地，第一和第二充电设备此外分别具有第三ac/dc转换器。借助于第二和第三ac/dc转换器能够将例如400 v的高压变换成例如14 v的低压。在此，相应的充电设备的第二和第三ac/dc转换器如此彼此耦接并且操控，使得相应的电池部件的能量能够传递到电负载件、如例如加热装置处。第二和第三ac/dc转换器的耦接同样能够借助于如例如变压器的线圈来实现。相应的充电设备的dc/ac转换器、第二ac/dc转换器和第三ac/dc转换器能够例如借助于变压器的线圈来彼此耦接。第三ac/dc转换器的输出电压能够例如为14 v。
13.优选地，相应的充电设备的第一ac/dc转换器实施成能够在输出侧上彼此电连接。例如第一ac/dc转换器能够在输出侧上彼此电连接。这也引起了，相应的充电设备的dc/ac转换器实施成能够在输入侧上彼此电连接。在充电设备中的一个充电设备的第一ac/dc转换器的故障情况下，其他的充电设备的第一ac/dc转换器能够承担有缺陷的第一ac/dc转换器的功能。由此构成容许故障的充电系统。按照本发明的充电系统在这种情况下能够如此操控，使得在不使用相应的充电设备的第一ac/dc转换器的情况下实现两个电池部件的平衡。有利地，能够由此在平衡时降低能量损失。
14.也提出了一种电池系统。在此，电池系统包括电池和按照本发明的充电系统，该电池划分成第一电池部件和第二电池部件。
15.电池优选地实施为高压电池。优选地，实施为高压电池的电池具有在400 v至800 v的范围中的电压水平。优选地，电池构造为锂离子电池。
16.在此，第一和第二电池部件彼此串联联接并且具有相同的电压水平。在此，在第一与第二电池部件之间实施有中间抽头，以便提供两个输出电压。第一和第二电池部件能够分别包括一个或多个串联和/或并联联接的电池单池。例如能够将具有800 v的电压的电池划分成分别具有400 v的电压的第一电池部件和第二电池部件。这两个电池部件串联连接并且在电池部件之间实施有中间抽头。优选地，第一和第二电池部件分别构造为电池包，该电池包能够根据电压水平预先制成。例如具有800 v的电压的电池能够包括分别具有400 v
的电压的两个预先制成的电池包。在此，第一电池部件与第一充电设备电连接以用于充电，而第二电池部件与第二充电设备电连接以用于充电。
17.本发明的另外的方面在于提供一种用于运行电池系统的方法。优选地在使用按照本发明所提出的电池系统的情况下实施按照本发明的方法。相应地，在该电池系统的范围中说明的特征适用于该方法，并且相反在该方法的范围中说明的特征适用于该电池系统。
18.在执行按照本发明的方法时，第一和第二电池部件分别通过相应的第一和第二充电设备来充电，而第一和第二充电设备与供电网络电连接。
19.优选地，在第一和第二充电设备与供电网络分离期间，将第一电池部件的荷电状态与第二电池部件的荷电状态进行比较，并且当第一电池部件的荷电状态大于第二电池部件的荷电状态时，使第一充电设备在放电模式中并且第二充电设备在充电模式中运行。
20.优选地，在第一和第二充电设备与供电网络分离期间，将第一电池部件的荷电状态与第二电池部件的荷电状态进行比较，并且当第一电池部件的荷电状态小于第二电池部件的荷电状态时，使第一充电设备在充电模式中并且第二充电设备在放电模式中运行。
21.此外提出了一种车辆的车载电网，该车载电网包括按照本发明的充电系统和/或按照本发明的电池系统，并且/或者该车载电网设定用于执行按照本发明的方法。
22.也提出一种车辆，该车辆包括按照本发明的充电系统和/或按照本发明的电池系统和/或按照本发明的车载电网，并且/或者该车辆设定用于执行按照本发明的方法。
23.本发明以有利的方式提出了一种车载电网的容许故障的方案。借助于按照本发明所提出的充电系统、按照本发明所提出的电池系统以及按照本发明所提出的用于运行电池系统的方法，能够在车辆行驶和泊车期间平衡车辆的电池。因此改善了车辆的安全性。
附图说明
24.根据附图和下文中的说明书更详细地阐释本发明的实施方式。
25.其中：图1示出了按照现有技术的车辆的车载电网的示意图，图2示出了包括按照本发明的电池系统的车辆的车载电网的示意图，该电池系统具有第一和第二充电设备，图3示出了图2中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一和第二充电设备在充电模式中运行，图4示出了图2中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一充电设备在放电模式中并且第二充电设备在充电模式中运行，图5示出了图2中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一充电设备在充电模式中并且第二充电设备在放电模式中运行，图6示出了包括按照本发明的电池系统的车辆的车载电网的示意图，该电池系统具有按照另一实施方式的第一和第二充电设备，图7示出了图6中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一和第二充电设备在充电模式中运行，图8示出了图6中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一充电设备在放电模式中并且第二充电设备在充电模式中运行，
图9示出了图6中所示出的按照本发明的电池系统的示意图，其中，第一充电设备在充电模式中并且第二充电设备在放电模式中运行，并且图10示出了按照另一实施方式的按照本发明的电池系统的示意图。
具体实施方式
26.图1示出了按照现有技术的车辆的车载电网100的示意图。
27.在此，车载电网100包括电池20，该电池包括第一电池部件201和第二电池部件202，该第一电池部件和第二电池部件彼此串联联接并且具有相同的电压水平。车载电网100此外包括充电系统300，该充电系统具有用于对电池20充电的单个的充电设备301。在第一电池部件201与第二电池部件202之间实施有中间抽头205，以便提供具有不同的电压水平的输出电压u
aus
。从图1得知，充电设备301具有输出电压u
aus
，第一电池部件201具有u
b1
的电压并且第二电池部件202具有u
b2
的电压。为了对第一和第二电池部件201、202充电，充电系统300或者说充电设备301与供电网络10电连接，该供电网络构造为三相交流网络并且具有第一相位a、第二相位b、第三相位c以及零线n。
28.车载电网100此外包括第一组400第一电负载件401，其通过第一dc/dc转换器203与第一电池部件201电耦接并且在图1中分别示出为电阻。在此，第一电负载件401分别设有第一开关402，通过该第一开关能够将相应的第一电负载件401与第一dc/dc转换器203电连接起来或者与第一dc/dc转换器203分离。
29.车载电网100此外包括第二组500第二电负载件501，其通过第二dc/dc转换器204与第二电池部件202电耦接并且在图1中分别示出为电阻。在此，第二电负载件501分别设有第二开关502，借助于该第二开关通过该第二开关能够将相应的第二电负载件501与第二dc/dc转换器204电连接起来或者与第二dc/dc转换器204分离。
30.车载电网100也包括第三组600第三电负载件601，该第三电负载件直接与电池20连接，以便利用电池20的全部电压。
31.基于对为了供应第一和第二电负载件401、501而通过相应的dc/dc转换器203、204从相应的电池部件201、202提取出来的能量的不同的消耗，第一和第二电池部件201、202具有不同的荷电状态。
32.在接下来的对本发明的实施方式的说明中，相同的或类似的元件用相同的附图标记来表示，其中，在个别情况下放弃对这些元件重复地说明。附图仅仅示意性地表现出本发明的主题。
33.图2示出了车辆的车载电网100的示意图，该车载电网包括按照本发明的电池系统200。
34.在此，按照本发明的电池系统200包括电池20，该电池具有彼此串联联接的第一电池部件201和第二电池部件202。在第一与第二电池部件201、202之间同样实施有中间抽头205（参见图1）。在此，第一和第二电池部件201、202能够分别实施为电池包，该电池包能够根据电压水平预先制成。电池系统200此外包括具有第一充电设备301和第二充电设备302的按照本发明的充电系统300，该第一充电设备和第二充电设备彼此并联联接并且分别能够在充电模式和放电模式中运行。电池系统200此外包括在输入侧上与第一电池部件201电连接的第一dc/dc转换器203和在输入侧上与第二电池部件202电连接的第二dc/dc转换器
204。
35.车载电网100此外包括第一组400第一电负载件401，其通过第一dc/dc转换器203与第一电池部件201电耦接并且在图2中分别示出为电阻。在此，第一电负载件401分别设有第一开关402，通过该第一开关能够将相应的第一电负载件401与第一dc/dc转换器203电连接起来或者与第一dc/dc转换器203分离。
36.车载电网100此外包括第二组500第二电负载件501，其通过第二dc/dc转换器204与第二电池部件202电耦接并且在图2中分别示出为电阻。在此，第二电负载件501分别设有第二开关502，借助于该第二开关通过该第二开关能够将相应的第二电负载件501与第二dc/dc转换器204电连接起来或者与第二dc/dc转换器204分离。
37.由图2得知，按照本发明的充电系统300、即第一充电设备301和第二充电设备302为了对第一和第二电池部件201、202充电而与供电网络10电连接，该供电网络构造为三相交流网络构造并且具有第一相位a、第二相位b、第三相位c以及零线n。在此对充电系统300进行适配。在给电池部件201、202充电之后，充电系统300能够与供电网络10分离。
38.按照本发明的充电系统300设定用于，如在图1中示出的那样在第一和第二充电设备301、302与供电网络10连接期间使第一和第二充电设备301、302分别在充电模式中运行，从而第一和第二电池部件201、202分别通过相应的第一和第二充电设备301、302来充电。
39.充电系统300此外设定用于，在第一和第二充电设备301、302与供电网络10分离期间、如例如在车辆行驶期间，当第一电池部件201的荷电状态大于第二电池部件202的荷电状态时，使第一充电设备301在放电模式中并且第二充电设备302在充电模式中运行，从而将第一电池部件201的能量传递到第二电池部件202处。当第一电池部件201的荷电状态小于第二电池部件202的荷电状态时，使第一充电设备301在充电模式中并且第二充电设备302在放电模式中运行，从而将第二电池部件202的能量传递到第一电池部件201处。在此，通过第一电池部件201、第一充电设备301、第二电池部件202以及第二充电设备302来构造串联电路。能量于是相应地从第一电池部件201通过第一充电设备301和第二充电设备302流动到第二电池部件202，或者相反地从第二电池部件202通过第二充电设备302和第一充电设备301流动到第一电池部件201。因此能够平衡两个电池部件201、202。
40.从图3、图4和图5能够分别得知按照图2的按照本发明的电池系统200的示意图。电池系统200包括按照本发明的充电系统300，该充电系统构造为三相充电系统300并且具有第一充电设备301以及第二充电设备302。
41.在此，两个充电设备301、302相同地构造并且分别包括第一ac/dc转换器30、dc/ac转换器34和第二ac/dc转换器38。第一ac/dc转换器30和dc/ac转换器34通过具有电容器32的直流中间电路彼此电耦接。dc/ac转换器34和第二ac/dc转换器38借助于表现为感应式的电分离的线圈36来彼此耦接。
42.从图3得知，充电系统300与构造为三相交流网络的供电网络10电连接，以用于对第一和第二电池部件201、202充电。在此，第一和第二充电设备301、302在充电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从供电网络10通过第一充电设备301流动到第一电池部件201以及通过第二充电设备302流动到第二电池部件202。
43.从图4能够得知，按照本发明的充电系统300与供电网络10分离，如例如在车辆行驶或者泊车期间进行分离。在此检测到，第一电池部件201的荷电状态大于第二电池部件
202的荷电状态。第一充电设备301而后在放电模式中运行，而第二充电设备302在充电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从第一电池部件201通过第一充电设备301以及第二充电设备302流动到第二电池部件202。因此，平衡两个电池部件201、202。
44.从图5能够得知，按照本发明的充电系统300同样与供电网络10分离，如例如在车辆行驶或者泊车期间进行分离。然而在此检测到，第一电池部件201的荷电状态小于第二电池部件202的荷电状态。第一充电设备301而后在充电模式中运行，而第二充电设备302在放电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从第二电池部件202通过第二充电设备302以及第一充电设备301流动到第一电池部件201。因此平衡两个电池部件201、202。
45.图6示出了车辆的车载电网100的示意图，该车载电网包括按照本发明的电池系统200，该电池系统具有按照另一实施方式的第一和第二充电设备301、302。在此，对于按照本发明的充电系统300来说除了交流接头12之外还设置有直流接头14，该直流接头用于将按照本发明的充电系统300与直流网络（未被示出）电连接起来。
46.从图7、图8和图9能够分别得知按照图6的按照本发明的电池系统200的示意图。电池系统200包括按照本发明的充电系统300，该充电系统构造为三相充电系统300并且具有第一充电设备301以及第二充电设备302。
47.在此，两个充电设备301、302相同地构造并且分别包括第一ac/dc转换器30、dc/ac转换器34和第二ac/dc转换器38。第一ac/dc转换器30和dc/ac转换器34通过具有电容器32的直流中间电路彼此电耦接。dc/ac转换器34和第二ac/dc转换器38借助于表现为感应式的电分离的线圈36来彼此耦接。
48.在此，相应的充电设备301、302的第一ac/dc转换器30在输出侧上或者说相应的充电设备301、302的dc/ac转换器34在输入侧上彼此电连接。此外，相应的充电设备301、302的dc/ac转换器34在输入侧上与直流接头14电连接。
49.从图7得知，充电系统300与构造为三相交流网络的供电网络10电连接，以用于对第一和第二电池部件201、202充电。在此，第一和第二充电设备301、302在充电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从供电网络10通过第一充电设备301流动到第一电池部件201以及通过第二充电设备302流动到第二电池部件202。在供电网络10构造为直流网络的情况下，直流接头14能够与供电网络10连接。在此，在不使用相应的充电设备301、302的第一ac/dc转换器30的情况下实现充电。
50.从图8能够得知，按照本发明的充电系统300与供电网络10分离，如例如在车辆行驶或者泊车期间进行分离。在此检测到，第一电池部件201的荷电状态大于第二电池部件202的荷电状态。第一充电设备301而后在放电模式中运行，而第二充电设备302在充电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从第一电池部件201通过第一充电设备301以及第二充电设备302流动到第二电池部件202。因此平衡两个电池部件201、202。
51.从图9能够得知，按照本发明的充电系统300同样与供电网络10分离，如例如在车辆行驶或者泊车期间进行分离。然而在此检测到，第一电池部件201的荷电状态小于第二电池部件202的荷电状态。第一充电设备301而后在充电模式中运行，而第二充电设备302在放电模式中运行。能量如通过箭头2示出的那样从第二电池部件202通过第二充电设备302以及第一充电设备301流动到第一电池部件201。因此平衡两个电池部件201、202。
52.有利地，能够借助于按照本发明的充电系统300的在图8和图9中所说明的功能方
式在不使用相应的充电设备301、302的第一ac/dc转换器30的情况下平衡两个电池部件201、202。因此降低平衡时的能量损失。
53.图10示出了按照另一实施方式的按照本发明的电池系统200的示意图。
54.从图10得知，按照本发明的充电系统300的第一和第二充电设备301、302分别具有第三ac/dc转换器40。借助于第二和第三ac/dc转换器38、40能够将例如400 v的高压变换成例如14 v的低压。在此，相应的充电设备301、302的第二和第三ac/dc转换器38、40如此彼此耦接并且操控，从而相应的电池部件201、202的能量能够传递到电负载件401、501处。第二和第三ac/dc转换器38、40的耦接当前在图10中借助于线圈36来实现。在此，相应的充电设备301、302的dc/ac转换器34、第二ac/dc转换器38和第三ac/dc转换器40借助于变压器42的线圈36来彼此耦接。由此能够进一步降低了电池系统200的组件的数目，这引起了电池系统200的成本和结构空间的降低。
55.充电系统300的或者说电池系统200的在图3、图4和图5中说明的功能方式也适用于图10中所示出的充电系统300或者说图10中所示出的电池系统200。不言而喻的是，图10中所示出的电池系统200也能够如此实施，使得相应的充电设备301、302的第一ac/dc转换器30在输出侧上或者说相应的充电设备301、302的dc/ac转换器34在输入侧上彼此电连接（参见图7至图9）。充电系统300的或者说电池系统200的在图3、图4和图5中或者在图7、图8和图9中说明的功能方式因此相应地适用。
56.本发明并不限于这里所说明的实施例和在其中所提到的方面。更确切地说，在通过权利要求所规定的范围之内多种处于技术人员操作范围中的变型方案是可行的。