DE102009014386A1 - Energy storage for supplying energy to traction network of electric vehicle, has battery unit coupled to network by converter, where converter is implemented as two mono-directional converters having opposite energy transfer directions - Google Patents

Energy storage for supplying energy to traction network of electric vehicle, has battery unit coupled to network by converter, where converter is implemented as two mono-directional converters having opposite energy transfer directions Download PDF

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Abstract

The storage has a replaceable battery unit (BE1) coupled to a traction network (ZK) of an electric vehicle by a direct current/direct current (DC) converter. The DC/DC converter is implemented as a contactless DC/DC converter, a bi-directional DC/DC converter (11) or two mono-directional DC/DC converters having opposite energy transfer directions. A component contained in the bi-directional converter and a component in another bi-directional DC/DC converter (12) are combined into a single component.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher und eine Steuerung zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes eines Elektrofahrzeugs.The The invention relates to an energy store and a controller for Energy supply of a traction network of an electric vehicle.

Verbrennungsmotoren sind aufgrund ihrer Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie zum direkten Antrieb von Fahrzeugen ungeeignet. Um sie überhaupt zum Antreiben von Fahrzeugen einsetzen zu können, sind in der Regel spezielle Getriebe notwendig. Eine Alternative zu Verbrennungsmotoren sind Elektromotoren, die gegenüber Verbrennungsmotoren Vorteile im Bezug auf Momentenverlauf, Momentengleichförmigkeit, Schadstoffe im Abgas, Wirkungsgrad, Akustik, Leistungsdichte usw. aufweisen.combustion engines are due to their speed-torque curve for direct drive unsuitable for vehicles. To drive them at all to be able to use vehicles are usually special Transmission necessary. An alternative to internal combustion engines are Electric motors that are superior to internal combustion engines in terms of moment characteristic, moment uniformity, Pollutants in the exhaust, efficiency, acoustics, power density, etc. exhibit.

Ein großer Vorteil von Verbrennungsmotoren ist jedoch, dass ihr Betrieb mit flüssigem Treibstoff erfolgt, der aufgrund der hohen Energiedichte eine ununterbrochene Fahrstrecke von 600 bis 1000 km mit einem Tankinhalt und eine schnelle Betankung erlaubt.One However, the big advantage of internal combustion engines is that their operation takes place with liquid fuel due to the high energy density a continuous distance of 600 km up to 1000 km with a tank capacity and a fast refueling allowed.

Die Energiedichte von Batterien in Elektrofahrzeugen liegt, trotz erheblicher Fortschritte in den letzten Jahren, im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen noch unter 10%. Es ist momentan nicht absehbar, dass die Energiedichte von Batterien in absehbarer Zeit die Größenordnung der Energiedichte von flüssigen Kraftstoffen erreicht. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Batterien ist die Dauer der Ladezeit. Diese liegt im optimalen Fall kaum unter 10 Minuten.The Energy density of batteries in electric vehicles is, despite significant Progress in recent years, compared to liquid Fuels still under 10%. It is not foreseeable at the moment that the energy density of batteries in the foreseeable future is the order of magnitude reached the energy density of liquid fuels. Another disadvantage of using batteries is the duration the loading time. This is in the optimal case hardly under 10 minutes.

Bezüglich Fahrstrecke und Lade- bzw. Betankungszeit haben Elektrofahrzeuge durch die Batterie also gravierende Nachteile gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Eine weitere Alternative zum Antrieb von Fahrzeugen ist der so genannte Hybridantrieb. Dieser verfügt praktisch sowohl über alle Antriebskomponenten und Energiespeicher eines Elektromotors wie auch eines konventionellen Verbrennungsmotors. Grundsätzlich sind diese Hybridantriebe z. B. aufgrund der höheren Masse ihrer Antriebskomponenten und der daraus resultierenden Trägheit sowie zusätzlicher Verluste (z. B. Ummagnetisierungsverluste in Elektromaschinen) ineffizient.In terms of Driving distance and loading or refueling time have electric vehicles by the battery so serious disadvantages compared conventional vehicles with internal combustion engine. Another alternative to drive vehicles is the so-called hybrid drive. This has practically all drive components and energy storage of an electric motor as well as a conventional Combustion engine. Basically, these are hybrid drives z. B. due to the higher mass of their drive components and the resulting inertia as well as additional Losses (eg loss of magnetisation in electrical machines) are inefficient.

Daher ist ein reines Elektrofahrzeug wesentlich effizienter als ein Hybridfahrzeug. Um das batteriebedingte Problem der geringen Reichweite und der langen Ladezeit zu lösen, kann eine Aufteilung einer einzigen Batterie in mehrere Batteriemodule erfolgen. Als Energiespeicher wird dann nicht eine einzige große, schwere und fest eingebaute Fahrbatterie vorgesehen, die im Elektrofahrzeug zu laden ist, sondern diese wird in mehrere kleine, möglichst standardisierte Batterieeinheiten aufgeteilt, die leicht austauschbar sind und damit auch außerhalb des Elektrofahrzeugs geladen werden können. Durch die Möglichkeit, Batterieeinheiten schnell austauschen zu können und auch außerhalb des Elektrofahrzeugs laden zu können, entfällt die lange Ladezeit des Elektrofahrzeugs. Durch die Verwendung mehrerer Batterieeinheiten ergeben sich weitere Vorteile für die Konstruktion des Elektrofahrzeugs, da nicht mehr eine große Batterie, sondern mehrere kleine unterzubringen sind.Therefore is a pure electric vehicle much more efficient than a hybrid vehicle. To the battery-related problem of the short range and the can solve a long load time, a division of a single Battery into several battery modules done. As energy storage will not be a single big, heavy and firmly built Ride battery is provided, which is to be loaded in the electric vehicle, but this is divided into several small, possibly standardized ones Split battery units that are easily replaceable and thus can also be charged outside the electric vehicle. With the possibility to exchange battery units quickly can and also outside the electric vehicle charge To be able to, eliminates the long charging time of the electric vehicle. By using multiple battery units, there are more Advantages for the construction of the electric vehicle, there no longer a big battery, but several small ones are to be accommodated.

Ein Hauptproblem bei der Verwendung mehrerer Batterieeinheiten ist die elektrische Verbindung dieser Batterieeinheiten untereinander und die elektrischen Verbindungen der einzelnen Batterieeinheiten mit dem Traktionsnetz des Elektrofahrzeugs. Ein naheliegender Ansatz ist, so viele Batterieeinheiten in Reihe zu schalten, bis die für das entsprechende Elektrofahrzeug gewünschte Spannung erreicht ist. Dieser Ansatz ist jedoch nur wenig praxistauglich. Insbesondere die Spannungslagen und Kapazitäten der einzelnen Batterieeinheiten, die vom Typ, vom Alter und vom Ladezustand abhängen, bereiten dabei Probleme. Auch bei einer gewünschten Teilbestückung eines Elektrofahrzeugs mit Batterieeinheiten verursacht dieser Ansatz Probleme.One The main problem with the use of multiple battery units is the electrical connection of these battery units with each other and the electrical connections of the individual battery units with the traction network of the electric vehicle. An obvious approach is to connect as many battery units in series, until the for the corresponding electric vehicle reaches the desired voltage is. However, this approach is not very practical. Especially the voltage levels and capacities of the individual battery units, which depend on the type, age and state of charge with problems. Even with a desired part assembly of an electric vehicle with battery units causes this approach Problems.

In der DE 10 2007 008 417 A1 wird ein Verfahren zur schnellen Energiebevorratung elektrischer Straßenfahrzeuge vorgestellt, wobei als Energiespeicher nur wiederaufladbare, elektrische Batteriemodule zum Einsatz kommen, deren geometrische und technische Parameter einem einzigen, einheitlichen Standard unterliegen und sie somit untereinander identisch und austauschbar sind. Hierbei wird jedoch nicht auf die Kopplung der elektrischen Batteriemodule an das Traktionsnetz des Fahrzeugs eingegangen.In the DE 10 2007 008 417 A1 a method for rapid energy storage of electric road vehicles is presented, being used as an energy storage only rechargeable, electric battery modules are used whose geometric and technical parameters are subject to a single, uniform standard and thus they are identical and interchangeable. However, this does not address the coupling of the electric battery modules to the traction network of the vehicle.

Aus der DE 101 44 017 A1 ist eine Vorrichtung zum Ausgleichen eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug bekannt, welches mehrere Batterien in einem Batteriemodul umfasst, wobei die Batterien in Serie geschaltet sind, jede Einzelne der Batterien eine Batteriespannung aufweist und zumindest eine Batterie ein elektrisches System des Fahrzeugs mit Strom versorgt, welches weiterhin einen elektrischen Generator umfasst, der eine Generatorspannung zum Aufladen der Batterien erzeugt, welches weiterhin einen DC/DC-Wandler umfasst, der mit dem elektrischen Generator gekoppelt ist und von diesem Strom empfängt, wobei der DC/DC-Wandler zumindest eine der Batteriespannungen zumindest einer der Batterien überwacht und bezüglich der überwachten Batteriespannung die Batteriespannung der Batterie steuert, die das elektrische System des Fahrzeugs mit Strom versorgt. Hierbei dient der DC/DC-Wandler dazu, die Batteriespannung einer Batterie zu steuern, welche die elektrische Infrastruktur des Fahrzeugs mit Strom versorgt.From the DE 101 44 017 A1 a device for balancing a battery module in a vehicle is known, which comprises a plurality of batteries in a battery module, wherein the batteries are connected in series, each individual of the batteries has a battery voltage and at least one battery provides power to an electrical system of the vehicle, which continues an electric generator generating a generator voltage for charging the batteries, further comprising a DC / DC converter coupled to and receiving power from the electrical generator, the DC / DC converter having at least one of the battery voltages of at least one of monitors the battery and, with respect to the monitored battery voltage, controls the battery voltage of the battery that powers the electrical system of the vehicle. Here, the DC / DC converter is used to control the battery voltage of a battery, which supplies the electrical infrastructure of the vehicle with electricity.

In der US 2005/0061561 A1 wird eine Methode zur Steuerung eines Fahrzeugs vorgestellt, welches einen ersten elektrischen Bus für die Leistungsversorgung von Zusatzlasten und einen zweiten elektrischen Bus, der elektrisch mit dem ersten elektrischen Bus gekoppelt ist, umfasst, wobei der zweite elektrische Bus einen Ultrakondensator und mindestens einen elektrischen Motor bzw. Generator verbindet, wobei das Verfahren elektromotorische Unterstützung bereitstellt, indem der elektrische Motor bzw. Generator mit Energie des Ultrakondensators versorgt wird und wobei das Verfahren eine Spannung des ersten elektrischen Bus innerhalb eines vorbestimmten Spannungsintervalls reguliert, während der elektrische Motor elektromotorische Traktionsunterstützung bereitstellt. Weiterhin wird offenbart, dass die Regelung der Spannung eines ersten elektrischen Bus innerhalb eines vorbestimmten Spannungsintervalls die Regelung eines DC/DC-Wandlers umfasst, welcher den ersten und den zweiten elektrischen Bus koppelt, um elektrische Energieübertragung von dem zweiten in den ersten Bus während der elektromotorischen Traktionsunterstützung zu verhindern.In the US 2005/0061561 A1 A method for controlling a vehicle is presented, which comprises a first electric bus for the power supply of additional loads and a second electric bus, which is electrically coupled to the first electric bus, wherein the second electric bus, an ultracapacitor and at least one electric motor or The generator connects, the method providing electromotive assistance, by supplying the electric motor or generator with energy of the ultracapacitor, and wherein the method regulates a voltage of the first electrical bus within a predetermined voltage interval while the electric motor provides traction electromotive assistance. It is further disclosed that the regulation of the voltage of a first electrical bus within a predetermined voltage interval comprises controlling a DC / DC converter coupling the first and second electrical buses to transfer electrical energy from the second to the first bus during the electromotive Prevent traction support.

In der US 7,378,818 B2 wird ein System zum Ladungsausgleich mehrerer, in Reihe geschalteter, elektrischer Energiespeichereinheiten vorgestellt, welches einen Leistungswandler umfasst, der selektiv an eine einzelne Energiespeichereinheit der Energiespeichereinheitskette angekoppelt wird und bidirektional Energie zwischen der einzelnen Energiespeichereinheit und der Energiespeichereinheitskette transferiert. Hierbei wird keine Verbindung der Energiespeichereinheiten mit dem Traktionsnetz eines Elektrofahrzeugs beschrieben.In the US 7,378,818 B2 For example, there is provided a system for charge balancing a plurality of series connected electrical energy storage units comprising a power converter selectively coupled to a single energy storage unit of the energy storage unit chain and bi-directionally transferring energy between the individual energy storage unit and the energy storage unit chain. Here, no connection of the energy storage units with the traction network of an electric vehicle is described.

In der US 7,202,574 B2 wird ein System zur Kontrolle elektrischer Energiequellen eines Fahrzeugs offenbart, weiches zwei oder mehr elektrische Energiequellen umfasst, welches weiterhin eine Steuerungseinheit umfasst, die mit den elektrischen Energiequellen und dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden ist und kommuniziert, wobei die Steuerungseinheit ein Betriebszustand des Fahrzeugs feststellt und eine entsprechende Anzahl an elektrischen Energieeinheiten einsetzt, um die sich aus dem Betriebszustand des Fahrzeugs ergebende Bedingungen zu erfüllen.In the US Pat. No. 7,202,574 B2 discloses a system for controlling electrical energy sources of a vehicle comprising two or more electrical energy sources, further comprising a control unit connected to and communicating with the electrical energy sources and the electrical system of the vehicle, the control unit determining an operating condition of the vehicle and a corresponding number of electrical energy units used to meet the resulting from the operating condition of the vehicle conditions.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen Energiespeicher, der mehrere austauschbare Batterieeinheiten umfasst, und eine Steuerung zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes eines Elektrofahrzeugs zu schaffen, die es erlauben, Batterieeinheiten mit unterschiedlichen Eigenschaften an Traktionsnetze mit unterschiedlichen technischen Spezifikationen zu koppeln.Of the The invention is therefore based on the technical problem of providing an energy store, comprising a plurality of replaceable battery units, and a controller for supplying energy to a traction network of an electric vehicle to create that allow battery units with different Properties on traction nets with different technical Pairing specifications.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 12. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Solution of the problem arises from the objects with the features of claims 1 and 12. Further advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Hierbei erfolgt die Energieversorgung eines Traktionsnetzes eines Elektrofahrzeugs über einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher mehrere austauschbare Batterieeinheiten umfasst, wobei mindestens eine Batterieeinheit über einen DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei der DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt ist oder zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist. Durch die Energieversorgung über mehrere austauschbare Batterieeinheiten wird vorteilhaft eine Fehlertoleranz gegenüber Fehlern im Bereich der Batterieeinheiten erreicht. Insbesondere kann das Elektrofahrzeug weiter betrieben werden, wenn eine oder wenige Batterieeinheiten fehlerhaft sind oder ausfallen. Weiterhin ergeben sich Vorteile in Bezug auf die Elektrofahrzeugsicherheit. Durch die Verteilung der gesamten elektrischen Antriebsenergie auf mehrere Batterieeinheiten und eine Verteilung dieser Batterieeinheiten im Elektrofahrzeug sinkt bei einem Unfall die Gefährdung durch unfallbedingte Freisetzung von elektrischer Energie, da es unwahrscheinlich ist, dass bei einem Unfall die Energie aller Batterieeinheiten freigesetzt wird. Weiterhin ergibt sich aus der elektrischen Kopplung mittels eines DC/DC-Wandlers vorteilhaft, dass Batterien mit unterschiedlichen Spannungen und unterschiedlichen Kapazitäten an Traktionsnetze angekoppelt werden können, deren technische Spezifikationen von Elektrofahrzeug zu Elektrofahrzeug unterschiedlich sein können. Weiterhin ergibt sich vorteilhaft, dass eine Energieübertragung nicht nur zwischen Batterieeinheit und Traktionsnetz, sondern auch zwischen mehreren Batterieeinheiten möglich wird.in this connection the energy supply of a traction network of an electric vehicle via an energy storage, wherein the energy storage several replaceable Battery units comprises, wherein at least one battery unit via a DC / DC converter coupled to the traction network of the electric vehicle is, wherein the DC / DC converter designed as a bidirectional DC / DC converter is or comprises two monodirectional DC / DC converters whose energy transfer direction is opposite. Through the power supply over several Replaceable battery units advantageously become fault-tolerant achieved against errors in the range of battery units. In particular, the electric vehicle can continue to operate if a or a few battery units are faulty or fail. Farther There are advantages in terms of electric vehicle safety. Due to the distribution of the entire electrical drive energy several battery units and a distribution of these battery units in the electric vehicle, the danger decreases in the event of an accident due to accidental release of electrical energy since it unlikely that in an accident the energy of all battery units is released. Furthermore, results from the electrical coupling by means of a DC / DC converter advantageous that batteries with different Voltages and different capacities of traction networks can be coupled, their technical specifications from electric vehicle to electric vehicle may be different. Furthermore, it is advantageous that an energy transfer not only between battery unit and traction network, but also between several battery units is possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes Bauteil, welches in einem ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler enthalten ist, und mindestens ein zweites Bauteil in mindestens einem weiteren bidirektionalen DC/DC-Wandler, welches die gleiche Funktion wie das erste Bauteil aufweist, zu einem Bauteil zusammengefasst. Hierdurch ergibt sich eine Bauteilereduktion bei der Konstruktion der bidirektionalen DC/DC-Wandler.In a preferred embodiment is a first component, which contained in a first bidirectional DC / DC converter is, and at least one second component in at least one other bidirectional DC / DC converter, which has the same function as having the first component, combined to form a component. hereby results in a component reduction in the construction of bidirectional DC / DC converter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein erstes Bauteil, weiches in einem ersten DC/DC-Wandler enthalten ist, und mindestens ein zweites Bauteil in mindestens einem weiteren DC/DC-Wandler, welches die gleiche Funktion wie das erste Bauteil aufweist, zu einem Bauteil zusammengefasst, wobei der erste und der weitere DC/DC-Wandler jeweils zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Bauteilreduktion der DC/DC-Wandler.In a further preferred embodiment, at least one first component, which is contained in a first DC / DC converter, and at least one second component in at least one further DC / DC converter, which has the same function as the first component, become one Component summarized, wherein the first and the further DC / DC converter each comprises two monodirectional DC / DC converter whose energy transmission direction is opposite. This results an advantageous component reduction of the DC / DC converter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein DC/DC-Wandler als kontaktloser DC/DC-Wandler ausgeführt, wobei der kontaktlose DC/DC-Wandler zwei monodirektionale Flusswandler umfasst. Hierdurch ergeben sich mehrere Vorteile. Erstens ergeben sich keine Kontaktprobleme, zweitens tritt kein Verschleiß bzw. Alterung von Kontaktbauteilen auf, drittens, sind keine aufwendigen Berührungsschutzmaßnahmen notwendig, viertens erfolgt eine galvanische Trennung zwischen mindestens einer Batterieeinheit und dem Traktionsnetz, fünftens werden Vorladungsprobleme vermieden und sechstens folgt durch die praktische Trennung der Batterieeinheiten vom Elektrofahrzeug im stationären Zustand eine hohe Sicherheit.In Another preferred embodiment is at least a DC / DC converter designed as a contactless DC / DC converter, wherein the non-contact DC / DC converter comprises two monodirectional flux converters includes. This results in several advantages. First, surrender no contact problems, secondly no wear or Aging of contact components on, third, are not complex Protection against contact necessary, fourth there is a galvanic isolation between at least one battery unit and the traction network; fifth, subpoena problems Sixth, followed by the practical separation of the Battery units of the electric vehicle in the stationary state a high security.

In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein DC/DC-Wandler als kontaktloser DC/DC-Wandler ausgeführt, wobei der kontaktlose DC/DC-Wandler aus zwei Wandlerhälften aufgebaut ist, wobei eine erste Wandlerhälfte batterieeinheitsseitig und eine zweite Wandlerhälfte traktionsnetzseitig angeordnet sind, wobei die erste Wandlerhälfte als serienresonante oder parallelresonante oder hybridresonante oder nichtresonante Wandlerhälfte und die zweite Wandlerhälfte als serienresonante oder parallelresonante oder hybridresonante oder nichtresonante Wandlerhälfte ausgeführt ist. Dabei bezeichnet ein kontaktloser DC/DC-Wandler mit zwei Wandlerhälften keinen monodirektionalen Flusswandler. Neben den bereits genannten Vorteilen von kontaktlosen DC/DC-Wandlern bietet insbesondere der Einsatz von Resonanzwandlern weitere Vorteile. Erstens sind Resonanzwandler auf hohe Leistungen auslegbar, zweitens funktionieren Resonanzwandler gut mit erheblichen Streuinduktivitäten und drittens können Resonanzwandler relativ einfach dauerkurzschlussfest ausgelegt werden. Durch die Kombination unterschiedlicher Ausführungsformen der ersten und zweiten Wandlerhälfte ergeben sich unterschiedliche Energieübertragungscharakteristika.In Another embodiment is at least one DC / DC converter designed as a contactless DC / DC converter, wherein the contactless DC / DC converter is constructed of two converter halves, wherein a first Converter half battery unit side and a second converter half Traktionsnetzseitig are arranged, wherein the first converter half as series resonant or parallel resonant or hybrid resonant or non-resonant converter half and the second converter half as series resonant or parallel resonant or hybrid resonant or nichtresonante converter half is executed. This refers to a contactless DC / DC converter with two converter halves no monodirectional flux converter. In addition to the already mentioned Advantages of contactless DC / DC converters are offered in particular by the Use of resonance converters further advantages. First are resonant converters on the other hand, resonant converters work well with significant stray inductances and thirdly Resonant converter are relatively simple sustained short circuit design. By combining different embodiments the first and second converter half are different Energy transmission characteristics.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Wandlerhälfte gleichartig ausgeführt.In Another preferred embodiment is the first one and the second converter half carried out the same way.

In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens ein kontaktloser DC/DC-Wandler, vorzugsweise ein kontaktloser DC/DC-Wandler, bei dem mindestens eine Wandlerhälfte als serienresonante oder paralllelresonante oder hybridresonante Wandlerhälfte ausgeführt ist, in einem Pulsbetrieb und/oder mit variabler Ansteuerfrequenz betrieben. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Steuerung der übertragenen Energiemenge ermöglicht. Weiterhin kann der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung an den Betriebszustand des Elektrofahrzeugs angepasst werden.In In another embodiment, at least one contactless DC / DC converter, preferably a contactless DC / DC converter, at the at least one converter half as series resonant or parallel resonant or hybrid resonant converter half executed is, in a pulse mode and / or variable drive frequency operated. This is advantageously an improved Control of the transmitted amount of energy allows. Farther can the efficiency of power transmission to the operating condition be adapted to the electric vehicle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermöglicht mindestens ein DC/DC-Wandler eine zusätzliche Informationsübertragung zwischen einem Kommunikationsnetzwerk des Elektrofahrzeugs und mindestens einer Batterieeinheit. Die Übertragung von Daten über eine solche Informationsschnittstelle ermöglicht in vorteilhafter Weise eine verbesserte Ansteuerung der Batterieeinheiten.In a further preferred embodiment allows at least one DC / DC converter an additional information transfer between a communication network of the electric vehicle and at least a battery unit. The transfer of data via Such an information interface allows in an advantageous manner Way an improved control of the battery units.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Strom zum Laden und/oder Entladen mindestens einer Batterieeinheit über einen Stromregler geregelt, der Werte aus mindestens einem batterieeinheitsseitig angeordneten Stromsensor und/oder Werte aus mindestens einem traktionsnetzseitig angeordneten Stromsensor auswertet. Durch die hiermit erfolgende Stromregelung erfolgt in vorteilhafter Weise ein sicheres Laden der Batterieeinheiten über den DC/DC-Wandler.In In another embodiment, the power is for charging and / or discharging at least one battery unit regulated a current controller, the values of at least one battery unit side arranged current sensor and / or values from at least one traction network side evaluates arranged current sensor. By the hereby taking place current control takes place in an advantageous manner, a safe charging of the battery units the DC / DC converter.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Strom zum Laden und/oder Entladen mindestens einer Batterieeinheit über eine reine Steuerung basierend auf dem Schätzwert von übertragenen Pulsenergien gesteuert. Hierdurch erfolgt in vorteilhafter Weise eine Bauteilreduktion, wobei über die Stromsteuerung ein sicheres Laden der Batterieeinheiten über den DC/DC-Wandler gewährleistet wird.In In another embodiment, the power is for charging and / or discharging at least one battery unit a pure control based on the estimated value of transmitted Pulse energies controlled. This is done in an advantageous manner a component reduction, wherein via the current control a safe charging of the battery units via the DC / DC converter is guaranteed.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Energiespeicher eine Anzahl m von Vorrichtungen zur Aufnahme von baugleichen Batterieeinheiten, die eine Anzahl n von Batterieeinheiten aufnehmen, wobei die Anzahl n kleiner gleich der Anzahl m ist und jede aufgenommene Batterieeinheit über jeweils einen bidirektionalen DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei die bidirektionalen DC/DC-Wandler gleichartig ausgeführt sind. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Standardisierung der elektrischen Kopplung zwischen Energieeinheit und Traktionsnetz.In In a preferred embodiment, the energy store comprises a number m of devices for accommodating identical battery units, take a number n of battery units, the number n is less than or equal to the number m, and each battery unit picked up over each a bidirectional DC / DC converter to the traction network of the electric vehicle is coupled, wherein the bidirectional DC / DC converter designed similar are. This results in an advantageous standardization the electrical coupling between energy unit and traction network.

Weiterhin umfasst die Erfindung eine Steuerung zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes eines Elektrofahrzeugs über einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher mehrere austauschbare Batterieeinheiten umfasst, wobei mindestens eine Batterieeinheit über einen DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei der DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt ist oder zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist, wobei eine Regelung der Sollströme der Batterieeinheiten über eine Einheit zur Regelung der DC/DC-Wandler erfolgt.Farther The invention includes a controller for supplying energy to a Traction network of an electric vehicle via an energy storage, wherein the energy store comprises a plurality of exchangeable battery units, wherein at least one battery unit via a DC / DC converter is coupled to the traction network of the electric vehicle, wherein the DC / DC converter designed as a bidirectional DC / DC converter is or comprises two monodirectional DC / DC converters whose energy transfer direction is opposite, with a regulation of the desired currents the battery units via a unit for controlling the DC / DC converter takes place.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention is described below with reference to egg nes preferred embodiment explained in more detail. The figures show:

1 ein Schaltbild eines Elektroantriebs mit einzeln über bidirektionale DC/DC-Wandler angekoppelte Batterieeinheiten, 1 a circuit diagram of an electric drive with individually via bi-directional DC / DC converter coupled battery units,

2 ein Schaltbild eines Elektroantriebs mit über bidirektionale DC/DC-Wandler angekoppelten Batterieeinheiten mit zusammengefassten Bauteilen, 2 a circuit diagram of an electric drive with bi-directional DC / DC converter coupled battery units with combined components,

3 ein schematisches Schaltbild eines kontaktlosen DC/DC-Wandlers, 3 a schematic diagram of a contactless DC / DC converter,

4 ein Schaltbild eines bidirektionalen Resonanzwandlers, 4 a circuit diagram of a bidirectional resonant converter,

5a eine Pulsfolge zur Ansteuerung für Resonanzwandler mit Pulspaketen, 5a a pulse sequence for controlling resonant transducers with pulse packets,

5b eine Pulsfolge zur Ansteuerung für Resonanzwandler mit äquidistanten Pulsen, 5b a pulse sequence for driving resonant converters with equidistant pulses,

6 ein schematisches Blockschaltbild einer Elektrofahrzeugsteuerung mit mehreren Batterieeinheiten und 6 a schematic block diagram of an electric vehicle controller with multiple battery units and

7 eine State of Charge Verteilungskurve. 7 a state of charge distribution curve.

In einer konkreten Ausführungsform weist ein Elektrofahrzeug eine Anzahl m von Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE auf. Die Anzahl m bezeichnet im folgenden die Anzahl der bestückbaren Batterieeinheiten BE. Der Energiespeicher zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes ZK eines Elektrofahrzeugs besteht aus einer Anzahl n von austauschbaren Batterieeinheiten BE, die im folgenden auch als vorhandene Batterieeinheiten BE bezeichnet werden. Dabei ist n immer kleiner gleich m. Damit ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, dass beispielsweise für Kurzstrecken nur die Batterieeinheiten mitgeführt werden müssen, die für die geplante Reichweite erforderlich sind.In a concrete embodiment, an electric vehicle a number m of devices for receiving battery units BE on. The number m refers to the number of equippable in the following Battery units BE. The energy storage for energy supply a traction network ZK of an electric vehicle consists of a Number n of removable battery units BE, the following Also be referred to as existing battery units BE. there n is always less than or equal to m. This results in the advantageous Possibility that, for example, for short distances only the battery units must be carried, which are required for the planned range.

Die vorhandenen Batterieeinheiten BE sind jeweils über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 an ein Traktionsnetz ZK eines Elektrofahrzeugs gekoppelt sind. Die leichte Austauschbarkeit der Batterieeinheiten BE bezeichnet dabei eine Eigenschaft der Batterieeinheiten BE, die es ermöglicht, im Gegensatz zu den in der Regel verwendeten großen und fest eingebauten Batterieeinheiten BE, Batterieeinheiten BE ohne komplexe technische Hilfsmittel aus dem Elektrofahrzeug zu entfernen und in das Elektrofahrzeug einzubringen. Hierfür können beispielsweise standardisierte Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten, beispielsweise Batterieschächte, verwendet werden, die standardisierte Batterieeinheitsschnittstellen zur Verfügung stellen. Die austauschbaren Batterieeinheiten können dabei an einer Austauschstation ausgetauscht werden. Der Ladevorgang der Batterieeinheiten kann dabei im Fahrzeug und/oder in einer Ladestation erfolgen.The existing battery units BE are each via a bidirectional DC / DC converter 1 are coupled to a traction network ZK of an electric vehicle. The easy interchangeability of the battery units BE denotes a property of the battery units BE, which makes it possible to remove battery units BE without complex technical aids from the electric vehicle and to introduce them into the electric vehicle, in contrast to the generally used large and permanently installed battery units BE. For this purpose, for example, standardized devices for receiving battery units, such as battery shafts, can be used which provide standardized battery unit interfaces. The replaceable battery units can be exchanged at a replacement station. The charging of the battery units can be done in the vehicle and / or in a charging station.

In einer alternativen Ausführungsform wird eine schwer austauschbare Batterieeinheit BE, die beispielsweise fest eingebaut ist und die beispielsweise ein Großteil des Energiebedarfs während des Fahrbetriebes deckt, durch mindestens eine leicht austauschbare Batterieeinheit ergänzt.In an alternative embodiment will be a difficult to replace Battery unit BE, for example, is permanently installed and the For example, much of the energy needed during of the driving operation, by at least one easily replaceable Battery unit added.

Die Kopplung der leicht austauschbaren Batterieeinheiten BE über zwei bidirektionale DC/DC-Wandler 1 an das Traktionsnetz ZK des Elektrofahrzeugs ist schematisch in 1 dargestellt. Hierbei sind eine erste Batterieeinheit BE1 und eine zweite Batterieeinheit BE2 jeweils über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 an das Traktionsnetz ZK gekoppelt, wobei der zur ersten Batterieeinheit BE1 gehörige bidirektionale DC/DC-Wandler 1 als erster bidirektionaler DC/DC-Wandler 11 und der zur zweiten Batterieeinheit BE2 gehörige bidirektionale DC/DC-Wandler 1 als zweiter bidirektionaler DC/DC-Wandler 12 bezeichnet wird. Das Traktionsnetz ZK wird im Folgenden auch als Zwischenkreis bezeichnet und enthält den in 1 dargestellten Zwischenkreis-Kondensator CZK. Dabei umfasst der erste bidirektionale DC/DC-Wandler 11 einen Kondensator C1, Schalter S11, S12, S13, S14 und eine Induktivität L1. Für die nachfolgende Erläuterung weist jedes Bauteil eingangs- und ausgangsseitig jeweils einen Kontakt auf. Der Kondensator C1 ist eingangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE1 und ausgangsseitig mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE1 verbunden. Der Schalter S11 ist ausgangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE1 und eingangsseitig mit dem Eingangskontakt der Induktivität L1 und dem Ausgangskontakt des Schalters S12 verbunden. Die Induktivität L1 ist ausgangsseitig mit. dem Eingangskontakt des Schalters S13 und mit dem Ausgangskontakt des Schalters S14 verbunden. Eingangsseitig sind die Schalter S12 und S14 mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE1 verbunden. Der Schalter S13 ist ausgangsseitig mit dem Eingangskontakt des Zwischenkreis-Kondensators CZK verbunden. Der Zwischenkreis-Kondensator CZK ist ausgangsseitig mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE1 verbunden. An den Zwischenkreis-Kondensator CZK ist mindestens ein Elektromotor 8 angeschlossen, wobei der Elektromotor 8 beispielsweise über einen in 1 schematisch dargestellten Stromrichter an den Zwischenkreis-Kondensator CZK angeschlossen ist. Analog erfolgt die Kopplung einer zweiten Batterieeinheit BE2 an das Traktionsnetz ZK, wobei die zweite Batterieeinheit BE2 über den zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandler 12 an den Zwischenkreis gekoppelt wird. Der Schaltungsaufbau des zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 12 erfolgt analog zum ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler 11, wobei zusätzlich Dioden D1, D2, D3, D4 antiparallel zu den Schaltern S21, S22, S23 und S24 geschaltet werden, um das gleichzeitige Schalten der Schalter S21, S22, S23 und S24 zu ermöglichen. Antiparallel bedeutet, dass der Eingangskontakt der Diode D1, D2, D3, D4 an den Eingangskontakt des Schalters S21, S22, S23, S24 und der Ausgangskontakt der Diode D1, D2, D3, D4 an den Ausgangskontakt des Schalters S21, S22, S23, S24 angeschlossen ist, wobei die Durchflussrichtung der Diode D1, D2, D3, D4 in Richtung von Eingangs- zu Ausgangskontakt der Diode D1, D2, D3, D4 gegeben ist. Der erste und zweite bidirektionale DC/DC-Wandler 11, 12 erlauben, die Zwischenkreis- oder Traktionsnetzspannung UZK, die über dem Zwischenkreis-Kondensator CZK abfällt, unabhängig von den Spannungen UBE1, UBE2 der Batterieeinheiten BE1, BE2 zu wählen. So kann beispielsweise die Spannung UBE2 der zweiten Batterieeinheit BE2 größer, gleich oder kleiner als die Zwischenkreisspannung UZK gewählt werden. Es ist weiterhin möglich, die Zwischenkreisspannung UZK im Betrieb zu variieren, um z. B. Wirkungsgrad und/oder Rekuperationsleistung bei niedriger Drehzahl zu optimieren. Insbesondere ist es mit dieser Schaltungsanordnung möglich, Batterieeinheiten BE mit stark unterschiedlichen Batteriespannungen am selben Traktionsnetz ZK zu betreiben.The coupling of easily replaceable battery units BE via two bidirectional DC / DC converters 1 to the traction network ZK of the electric vehicle is shown schematically in 1 shown. Here, a first battery unit BE1 and a second battery unit BE2 each have a bidirectional DC / DC converter 1 coupled to the traction network ZK, wherein belonging to the first battery unit BE1 bidirectional DC / DC converter 1 as the first bidirectional DC / DC converter 11 and the bidirectional DC / DC converter associated with the second battery unit BE2 1 as second bidirectional DC / DC converter 12 referred to as. The traction network ZK is also referred to below as the intermediate circuit and contains the in 1 illustrated intermediate circuit capacitor C ZK . In this case, the first bi-directional DC / DC converter comprises 11 a capacitor C1, switches S11, S12, S13, S14 and an inductance L1. For the following explanation, each component on the input and output side each have a contact. The capacitor C1 is the input side connected to the positive pole of the battery unit BE1 and the output side to the negative pole of the battery unit BE1. The switch S11 is the output side connected to the positive pole of the battery unit BE1 and the input side to the input contact of the inductor L1 and the output contact of the switch S12. The inductance L1 is the output side with. the input contact of the switch S13 and connected to the output contact of the switch S14. On the input side, the switches S12 and S14 are connected to the negative pole of the battery unit BE1. The switch S13 is connected on the output side to the input contact of the DC link capacitor C ZK . The intermediate circuit capacitor C ZK is the output side connected to the negative pole of the battery unit BE1. At the DC link capacitor C ZK is at least one electric motor 8th connected, the electric motor 8th for example, an in 1 schematically illustrated power converter is connected to the DC link capacitor C ZK . Analogously, the coupling of a second battery unit BE2 to the traction network ZK, wherein the second battery unit BE2 via the second bidirectional DC / DC converter 12 is coupled to the DC link. The circuit configuration of the second bidirectional DC / DC converter 12 he follows analogously to the first bidirectional DC / DC converter 11 in addition, diodes D1, D2, D3, D4 are switched in anti-parallel to the switches S21, S22, S23 and S24 to enable simultaneous switching of the switches S21, S22, S23 and S24. Anti-parallel means that the input contact of the diode D1, D2, D3, D4 to the input contact of the switch S21, S22, S23, S24 and the output contact of the diode D1, D2, D3, D4 to the output contact of the switch S21, S22, S23, S24 is connected, wherein the flow direction of the diode D1, D2, D3, D4 is given in the direction of input to output contact of the diode D1, D2, D3, D4. The first and second bidirectional DC / DC converters 11 . 12 allow the DC link or traction network voltage U ZK , which drops across the DC link capacitor C ZK , to be selected independently of the voltages U BE1 , U BE2 of the battery units BE1, BE2. Thus, for example, the voltage U BE2 of the second battery unit BE2 greater than, equal to or less than the intermediate circuit voltage U ZK can be selected. It is also possible to vary the intermediate circuit voltage U ZK in operation to z. B. to optimize efficiency and / or recuperation at low speed. In particular, it is possible with this circuit arrangement to operate battery units BE with very different battery voltages on the same traction network ZK.

Weiter kann, wie in 1 dargestellt, ein Dünnschichtkondensator CDs an das Traktionsnetz ZK gekoppelt werden. Damit ist es vorteilhaft möglich, die Batterieeinheiten BE1, BE2 nicht auf die geforderten Spitzenantriebs- und Spitzenrekuperationsleistungen auszulegen, sondern nur auf die stationär geforderten Leistungen. Die Differenz aus stationärer Leistung und Spitzenleistung wird dann von dem Dünnschichtkondensator CDs abgegeben oder aufgenommen. Bei einem konventionellen Elektrofahrzeug, bei dem die Traktionsnetzspannung UZK gleich der Batterieeinheitenspannungen UBE1, UBE2 ist, kann ein Dünnschichtkondensator CDs nicht direkt, sondern nur über einen weiteren, in 1 nicht dargestellten, beispielsweise bidirektionalen, DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz ZK angekoppelt werden, weil eine Änderung des Energieinhalts kondensatortypisch immer mit einer Änderung der Kondensatorpannung UCDS verbunden ist, während die Klemmenspannungen UBE1, UBE2 der Batterieeinheiten BE1, BE2 kaum von ihren Energieinhalten abhängen, sondern nahezu konstant sind.Next, as in 1 shown, a thin-film capacitor CDs coupled to the traction network ZK. Thus, it is advantageously possible to design the battery units BE1, BE2 not to the required Spitzenantriebs- and Spitzenrekuperationsleistungen, but only on the stationary required services. The difference between steady state power and peak power is then dissipated or picked up by the thin film capacitor CD . In a conventional electric vehicle, in which the traction network voltage U ZK is equal to the battery unit voltages U BE1 , U BE2 , a thin-film capacitor can not CD directly, but only via another, in 1 not shown, for example, bidirectional, DC / DC converters are coupled to the traction network ZK, because a change in the energy content is always connected capacitor typically a change in the capacitor voltage U CDS , while the terminal voltages U BE1 , U BE2 of the battery units BE1, BE2 hardly from depend on their energy content, but are almost constant.

Für einen der in 1 dargestellten bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 können vier Betriebsfälle unterschieden werden. Für beispielsweise den ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 wird in einem ersten Betriebsfall Energie aus der Batterieeinheit BE1 in den Zwischenkreiskondensator CZK übertragen, wobei die Batterieeinheitsspannung UBE1 der ersten Batterieeinheit BE1 größer ist als die Zwischenkreisspannung UZK. In einem zweiten Betriebsfall wird Energie aus der Batterieeinheit BE1 in den Zwischenkreiskondensator CZK übertragen, wobei die Batterieeinheitsspannung UBE1 der ersten Batterieeinheit BE1 kleiner/gleich der Zwischenkreisspannung UZK ist. In einem dritten Betriebsfall wird Energie aus dem Zwischenkreiskondensator CZK in die erste Batterieeinheit BE1 übertragen, wobei die Batterieeinheitsspannung UBE1 der ersten Batterieeinheit BE1 kleiner als die Zwischenkreisspannung UZK ist. In einem vierten Betriebsfall wird Energie aus dem Zwischenkreiskondensator CZK in die erste Batterieeinheit BE1 übertragen, wobei die Batterieeinheitsspannung UBE1 größer/gleich der Zwischenkreisspannung UZK ist.For one of the in 1 illustrated bidirectional DC / DC converter 1 Four operating cases can be distinguished. For example, the first bidirectional DC / DC converter 1 In a first operating case, energy is transferred from the battery unit BE1 into the intermediate circuit capacitor C ZK , the battery unit voltage U BE1 of the first battery unit BE1 being greater than the intermediate circuit voltage U ZK . In a second operating case, energy is transferred from the battery unit BE1 into the intermediate circuit capacitor C ZK , the battery unit voltage U BE1 of the first battery unit BE1 being smaller than or equal to the intermediate circuit voltage U ZK . In a third operating case, energy is transferred from the intermediate circuit capacitor C ZK into the first battery unit BE1, the battery unit voltage U BE1 of the first battery unit BE1 being smaller than the intermediate circuit voltage U ZK . In a fourth operating case, energy is transferred from the intermediate circuit capacitor C ZK into the first battery unit BE1, the battery unit voltage U BE1 being greater than / equal to the intermediate circuit voltage U ZK .

Durch die Tatsache, dass die erste und zweite Batterieeinheit BE1, BE2 über jeweils einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 11, 12 an den Zwischenkreis angekoppelt sind, kann in einer weiteren Ausführungsform auch Energie von einer Batterieeinheit in die andere Batterieeinheit übertragen werden. So kann beispielsweise Energie der ersten Batterieeinheit BE1 in die zweite Batterieeinheit BE2 über den Zwischenkreis übertragen werden, wobei der erste bidirektionale DC/DC-Wandler 11 im ersten oder zweiten Betriebsfall betrieben wird und der zweite bidirektionale DC/DC-Wandler 12 im einem korrespondierenden Betriebsfall 3 oder 4 betrieben wird.Due to the fact that the first and second battery units BE1, BE2 each have a bidirectional DC / DC converter 11 . 12 In another embodiment, energy can also be transmitted from one battery unit to the other battery unit to the intermediate circuit. For example, energy of the first battery unit BE1 can be transmitted to the second battery unit BE2 via the DC link, wherein the first bidirectional DC / DC converter 11 is operated in the first or second operating case and the second bidirectional DC / DC converter 12 in a corresponding operating case 3 or 4 is operated.

Dabei ist es vorstellbar, einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 als einphasigen bidirektionalen DC/DC-Wandler oder mehrphasigen bidirektionalen DC/DC-Wandler auszuführen. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt eines bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 zwei monodirektionale Wandler je Batterieeinheit vorzusehen, wobei abhängig von der gewünschten Energieübertragungsrichtung maximal ein monodirektionaler Wandler verwendet wird.It is conceivable, a bidirectional DC / DC converter 1 as a single-phase bidirectional DC / DC converter or multi-phase bidirectional DC / DC converter. Of course, it is also possible, instead of a bidirectional DC / DC converter 1 provide two monodirectional transducers per battery unit, wherein depending on the desired energy transmission direction maximum one monodirectional converter is used.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schalter S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23 und S24 als Halbleiterleistungsschalter ausgeführt. Dies umfasst z. B. MOSFET (metal– oxide–semiconductor field-effect transistor) oder IGBT (insulated gate bipolar transistor). Wie in 1 dargestellt, kann das gleichzeitige Schalten von Schaltern, welches für die Übertragungswirkung der einzelnen Betriebsfälle notwendig ist, durch antiparallel geschaltete Dioden erreicht werden. Wird z. B. im ersten Betriebsfall der Schalter S21 geöffnet, so fließt der Strom durch die Induktivität L2 automatisch durch die zum Schalter S22 parallel geschaltete Diode. Um zusätzliche Verluste an der Diode zu vermeiden, kann eine Steuereinheit optional kurz nach der Umschaltung des Schalters S22 explizit einschalten (Synchrongleichrichtung). Dies erfolgt jedoch erst zu einem Zeitpunkt, an dem die Gefahr eines Kurzschlusses an der zweiten Batterieeinheit BE2 durch ein gleichzeitiges Ansteuern von den Schaltern S21 und S22 nicht mehr besteht.In a preferred embodiment, the switches S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23 and S24 are designed as semiconductor power switches. This includes z. As MOSFET (metal oxide-semiconductor field-effect transistor) or IGBT (insulated gate bipolar transistor). As in 1 shown, the simultaneous switching of switches, which is necessary for the transmission effect of the individual operating cases, can be achieved by anti-parallel connected diodes. If z. B. opened in the first case of operation, the switch S21, the current flows through the inductor L2 automatically through the parallel to the switch S22 diode. In order to avoid additional losses at the diode, a control unit may optionally turn on explicitly shortly after switching of the switch S22 (synchronous rectification). However, this takes place only at a time at which the risk of a short circuit to the second battery unit BE2 by a simultaneous on Control of the switches S21 and S22 no longer exists.

In einer weiteren Ausführungsform wird, wie in 2 dargestellt, die Zahl der Bauteile des zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 12 reduziert, indem die Schalter S13 des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 und S23 des zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 12 zu einem Schalter S3 zusammengefasst werden und/oder die Schalter S14 des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 und S24 des zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 12 zu einem Schalter S4 zusammengefasst werden. Hierdurch entstehen die in 2 dargestellten modifizierten bidirektionalen DC/DC-Wandler 11' und 12'.In a further embodiment, as in 2 shown, the number of components of the second bidirectional DC / DC converter 12 reduced by the switches S13 of the first bidirectional DC / DC converter 11 and S23 of the second bidirectional DC / DC converter 12 to a switch S3 and / or the switches S14 of the first bidirectional DC / DC converter 11 and S24 of the second bidirectional DC / DC converter 12 be summarized to a switch S4. This creates the in 2 illustrated modified bidirectional DC / DC converter 11 ' and 12 ' ,

Die zusammengefassten Schalter S3, S4 sind dann auf höhere Ströme ausgelegt. Weiterhin werden durch zusätzliche Schaltvorgänge der Schalter S11, S12 des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 bzw. der Schalter S21, S22 des zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 12' in bestimmten Betriebsfällen Asymmetrien der beiden Batterieeinheiten BE1, BE2 bzw. der beiden bidirektionalen DC/DC-Wandler 11', 12' ausgeglichen.The combined switches S3, S4 are then designed for higher currents. Furthermore, by additional switching operations, the switches S11, S12 of the first bidirectional DC / DC converter 11 or the switch S21, S22 of the second bidirectional DC / DC converter 12 ' In certain operating cases asymmetries of the two battery units BE1, BE2 or the two bidirectional DC / DC converter 11 ' . 12 ' balanced.

In 1 und 2 ist nicht dargestellt, an welcher Stelle der Schaltung die Hardwareschnittstelle zwischen einer Batterieeinheit, beispielsweise der ersten Batterieeinheit BE1, und dem Traktionsnetz ZK liegt. Hierfür sind mehrere alternative Ausführungsformen denkbar. In einer ersten Ausführungsform liegt die Hardwareschnittstelle zwischen der ersten Batterieeinheit BE1 und dem ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler 11. Hierbei sind alle Bauteile des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 traktionsnetzseitig angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich aus dem darauf folgenden einfachen Aufbau der ersten Batterieeinheit BE1. In einer zweiten alternativen Ausführungsform liegt die Hardwareschnittstelle im ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler 11. Insbesondere verbleibt der Kondensator C1 batterieeinheitsseitig, während die restlichen Bauteile des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 traktionsnetzseitig verbleiben. In einer weiteren alternativen Ausführungsform verbleiben Teile des Kondensators C1 batterieeinheitsseitig, während die restlichen Teile des Kondensators C1 und die restlichen Bauteile des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 traktionsnetzseitig verbleiben. Dabei ist denkbar, dass die Kapazität des Kondensators C1 auf mindestens einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, der parallel zum ersten Kondensator geschaltet ist, verteilt wird, wobei der erste Kondensator batterieeinheitsseitig und der zweite Kondensator traktionsnetzseitig angeordnet werden.In 1 and 2 is not shown, at which point of the circuit, the hardware interface between a battery unit, for example, the first battery unit BE1, and the traction network ZK is located. For this purpose, several alternative embodiments are conceivable. In a first embodiment, the hardware interface is between the first battery unit BE1 and the first bidirectional DC / DC converter 11 , Here are all components of the first bidirectional DC / DC converter 11 Traktionsnetzseitig arranged. An advantage of this embodiment results from the following simple construction of the first battery unit BE1. In a second alternative embodiment, the hardware interface is in the first bidirectional DC / DC converter 11 , In particular, the capacitor C1 remains battery unit side, while the remaining components of the first bidirectional DC / DC converter 11 remain traction network side. In a further alternative embodiment, parts of the capacitor C1 remain on the battery unit side, while the remaining parts of the capacitor C1 and the remaining components of the first bidirectional DC / DC converter 11 remain traction network side. It is conceivable that the capacitance of the capacitor C1 is distributed to at least a first capacitor and a second capacitor which is connected in parallel to the first capacitor, wherein the first capacitor battery unit side and the second capacitor traction network side are arranged.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform verbleiben die Bauteile C1, S11, S12 des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 batterieeinheitsseitig, während die Bauteile L1, S13, S14 traktionsnetzseitig verbleiben. In einer weiteren alternativen Ausführungsform verbleiben die Bauteile C1, S11, S12, L1 des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 batterieeinheitsseitig, während die Bauteile S13, S14 traktionsnetzseitig verbleiben. In einer weiteren alternativen Ausführungsform verbleibt der komplette erste bidirektionale DC/DC-Wandler 11 batterieeinheitsseitig. In einer weiteren alternativen Ausführungsform verbleibt der erste bidirektionale DC/DC-Wandler 11 und ein Teil des Zwischenkreiskondensators CZK batterieeinheitsseitig, wobei der restliche Teil des Zwischenkreiskondensators CZK traktionsnetzseitig verbleibt.In a further alternative embodiment, the components C1, S11, S12 of the first bidirectional DC / DC converter remain 11 battery unit side, while the components L1, S13, S14 traction network side remain. In a further alternative embodiment, the components C1, S11, S12, L1 of the first bidirectional DC / DC converter remain 11 battery unit side, while the components S13, S14 traction network side remain. In a further alternative embodiment, the complete first bidirectional DC / DC converter remains 11 battery unit side. In a further alternative embodiment, the first bidirectional DC / DC converter remains 11 and a part of the intermediate circuit capacitor C ZK battery unit side, wherein the remaining part of the intermediate circuit capacitor C ZK traktionsnetzseitig remains.

Die Ausführungen über die unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten des ersten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11 gelten selbstverständlich auch für weitere bidirektionale DC/DC-Wandler 1.The explanations on the different arrangement possibilities of the first bidirectional DC / DC converter 11 of course also apply to other bidirectional DC / DC converters 1 ,

Für jede dieser alternativen Ausführungsformen der Lage der Hardwareschnittstelle zwischen der ersten Batterieeinheit BE1 und dem Traktionsnetz ZK des Elektrofahrzeugs sind die Leistungskontakte der Schnittstelle entsprechend auszulegen. Die Kontakte können dabei beispielsweise als Steckkontakte ausgelegt werden, die beim Einsetzen oder Entfernen einer Batterieeinheit BE automatisch geschlossen bzw. getrennt werden. Sie sind dann beispielsweise in den Vorrichtungen zur Aufnahme der Batterieeinheiten BE, beispielsweise in Batterieeinheitsschächten, gegenüberliegend zu der Vorderseite der Batterieeinheit BE angeordnet. Alternativ können die Kontakte z. B. auch an weiteren Stellen, beispielsweise an weiteren gegenüberliegenden Seiten der Batterieeinheiten und der Vorrichtungen zur Aufnahme der Batterieinheiten, angebracht werden. Das automatische Schließen der Kontakte kann beispielsweise mit dem Einsetzen bzw. Entfernen der Batterieeinheit oder unabhängig davon erfolgen. Das automatische Schließen kann dabei beispielsweise über eine hydraulische Kontaktschließvorrichtung erfolgen. Neben dem automatischen Schließen der Kontakte können zusätzliche Funktionen wie z. B. eine Verriegelung der Batterieeinheit, um z. B. diese gegen Diebstahl zu sichern, realisiert sein. Weiterhin sind vorzugsweise Zusatzfunktionen wie z. B. eine Kontaktreinigung und/oder ein Kontaktberührschutz sowohl batterieeinheitsseitig als auch traktionsnetzseitig sicherzustellen. Der Kontaktberührschutz kann dabei beispielsweise durch die Kontakte verdeckende Schutzklappen oder durch eine Stromlosschaltung der Kontakte durch zusätzliche Schütze oder elektronische Schalter erfolgen, solange beispielsweise eine Berührung nicht ausgeschlossen werden kann. Je nach Art der Kontakte bzw. der Energieübertragung zwischen der Batterieeinheit und dem Traktionsnetz ZK ist eine genaue Ausrichtung der Batterieeinheit beim Einsetzen notwendig. Dies kann beispielsweise durch Zentrierung und/oder Anschläge, die beispielsweise in die Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE integriert sind, erfolgen.For each of these alternative embodiments, the position of the hardware interface between the first battery unit BE1 and the traction network ZK of the electric vehicle, the power contacts of the interface are to be interpreted accordingly. The contacts can be designed, for example, as plug contacts, which are automatically closed or disconnected when inserting or removing a battery unit BE. They are then arranged, for example, in the devices for receiving the battery units BE, for example in battery unit shafts, opposite to the front side of the battery unit BE. Alternatively, the contacts z. B. at other locations, for example, on other opposite sides of the battery units and the devices for receiving the battery units attached. The automatic closing of the contacts can be done, for example, with the insertion or removal of the battery unit or independently. The automatic closing can be done for example via a hydraulic contact closure device. In addition to the automatic closing of the contacts additional functions such. B. a lock of the battery unit to z. B. to secure against theft, be realized. Furthermore, preferably additional functions such. As a contact cleaning and / or Kontaktberührschutz both battery unit side and traction network side ensure. The Kontaktberührschutz can be done, for example, by the contacts concealing protective flaps or by a power switch of the contacts by additional contactors or electronic switches, as long as, for example, a touch can not be excluded. Depending on the type of contacts or the energy transfer between the battery unit and the traction network ZK precise alignment of the battery unit when inserting necessary. This can be done For example, by centering and / or stops, which are integrated, for example, in the devices for receiving battery units BE done.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Kühlung der Batterieeinheiten BE über eine Flüssigkeitskühlung, die vom Elektrofahrzeug bzw. von der Ladestation gespeist wird, wobei z. B. die Verbindung der batterieeinheitsseitigen Flüssigkeitskühlung zum Elektrofahrzeug bzw. zur Ladestation beim Einsetzen oder Entfernen der Batterieeinheit automatisch hergestellt oder getrennt wird, z. B. durch Kupplungen mit selbstschließenden Ventilen. Alternativ kann eine Luftkühlung der Batterieeinheiten BE erfolgen. Hierfür kann z. B. Wärme aus den Batterieeinheiten BE, z. B. durch Heat-Pipes auf die Außenwand der Batterieeinheiten BE geleitet werden, wobei die Außenwand der Batterieeinheiten BE mit Kühlrippen versehen sind und die Wärme an den Kühlrippen beispielsweise durch einen Luftstrom in der Umgebung der Batterieeinheit BE abgeführt werden. Der Luftstrom zur Abführung der Wärme kann z. B. durch die traktionsnetzseitigen Wände einer Vorrichtung zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE geführt werden. Alternativ kann die Wärme der Batterieeinheit BE auch durch Kontakt mit einer Wand der z. B. traktionsnetzseitigen Vorrichtung zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE übertragen werden und dort mittels eines beispielsweise geschlossenen Kühlkreislaufs abgeführt werden. Bei Luftkühlung kann der Luftstrom von einem Lüfter erzeugt und/oder aus dem Fahrtwind abgeleitet werden.In In another embodiment, cooling takes place the battery units BE via a liquid cooling, which is powered by the electric vehicle or by the charging station, where z. B. the connection of the battery unit side liquid cooling to the electric vehicle or to the charging station when inserting or removing the battery unit is automatically made or disconnected, z. B. by couplings with self-closing valves. alternative can be done an air cooling of the battery units BE. For this purpose, z. B. heat from the battery units BE, z. B. by heat pipes on the outer wall of the battery units Be guided, with the outer wall of the battery units BE are provided with cooling fins and the heat at the cooling fins, for example by an air flow be discharged in the vicinity of the battery unit BE. The air flow to dissipate the heat may, for. B. through the traction network side walls of a device be performed for receiving battery units BE. alternative The heat of the battery unit BE can also be through contact with a wall of z. B. Traktionsnetzseitigen device for receiving Be transferred battery units BE and there by means of a closed example cooling circuit discharged become. With air cooling, the airflow can be from a fan generated and / or derived from the airstream.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Batterieeinheiten BE kontaktlos mit dem Traktionsnetz ZK verbunden. Für eine kontaktlose, magnetische Leistungsübertragung kann, anstelle der in 1 dargestellten ersten und zweiten bidirektionalen DC/DC-Wandlers 11, 12, ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 1 als bidirektionale DC/DC-Wandler 13 mit Transformatoren eingesetzt werden, wobei eine Wicklung des Transformators batterieeinheitsseitig und die andere Wicklung des Transformators traktionsnetzseitig angeordnet ist und der Transformatorkern in zwei Teilkerne TK1, TK2 aufgeteilt ist. 3 zeigt einen schematischen bidirektionalen DC/DC-Wandler 13 für eine kontaktlose Leistungsübertragung. Hierbei wird eine erste Spule L31 eines Transformators über Schalter S31, S32, S33, S34 angesteuert. Die Schalter S31 und S33 sind ausgangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE3 verbunden. Schalter S31 ist eingangsseitig mit der Ausgangsseite der ersten Spule L31 des Transformators und der Ausgangsseite des Schalters S32 verbunden. Schalter S33 ist eingangsseitig mit dem Eingangskontakt der ersten Spule L31 des Transformators und dem Ausgangskontakt des Schalters S34 verbunden. Weiterhin sind die Schalter S32 und S34 eingangsseitig mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE3 verbunden. Zusätzlich ist ein Kondensator C3 eingangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE3 und ausgangsseitig mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE3 verbunden. Die Bauteile C3, S31, S33, S32, S34 und die erste Spule L31 des Transformators sowie ein erster Teil TK1 des Transformatorkerns sind batterieeinheitsseitig angeordnet. Traktionsnetzseitig sind der zweite Teil TK2 des Transformatorkerns, eine zweite Spule L41 und die Schalter S41, S42, S43 und S44 angeordnet. Der Schalter S41 ist dabei eingangsseitig mit dem Eingangskontakt der zweiten Spule L41 des Transformators und dem Ausgangskontakt des Schalters S42 verbunden. Ausgangsseitig ist der Schalter S41 mit dem Eingangskontakt des Zwischenkreiskondensator CZK verbunden. Der Schalter S42 ist eingangsseitig mit dem Ausgangskontakt des Zwischenkreiskondensators CZK verbunden. Der Schalter S43 ist ausgangsseitig mit dem Eingangskontakt des Zwischenkreiskondensator CZK und dem Ausgangskontakt des Schalters S41 verbunden und eingangsseitig mit dem Ausgangskontakt der zweiten Spule L41 des Transformators und dem Ausgangskontakt des Schalters S44. Der Schalter S44 ist eingangsseitig mit dem Ausgangskontakt des Zwischenkreiskondensators CZK verbunden. Die Wicklungen der ersten Spule L31 des Transformators umschließen dabei den ersten Teil TK1 des Transformatorkerns. Analog umschließen die Wicklungen der zweiten Spule L41 des Transformators den zweiten Teil TK2 des Transformatorkerns. Der Kern des Transformators ist aufgeteilt in den ersten Teil TK1 des Transformatorkerns und den zweiten Teil TK2 des Transformatorkerns, wobei zwischen beiden Kernteilen TK1, TK2 keine elektrische Verbindung besteht. Ein kontaktloser DC/DC-Wandler 13 kann hierbei als Sperrwandler oder als Flusswandler ausgeführt sein. Da Sperr- und Flusswandler in der Regel nur eine monodirektionale Leistungsübertragung ermöglichen, ist für jede Energieflussrichtung ein monodirektionaler Sperr- bzw. Flusswandler einzusetzen. Insbesondere sind für jede Energieflussrichtung die Windungszahlverhältnisse des jeweiligen monodirektionalen Sperr- bzw. Flusswandlers anzupassen.In a further advantageous embodiment, the battery units BE are contactlessly connected to the traction network ZK. For a contactless, magnetic power transmission, instead of in 1 illustrated first and second bidirectional DC / DC converter 11 . 12 , a bidirectional DC / DC converter 1 as bidirectional DC / DC converters 13 be used with transformers, wherein a winding of the transformer battery unit side and the other winding of the transformer traction network side is arranged and the transformer core is divided into two sub-cores TK1, TK2. 3 shows a schematic bidirectional DC / DC converter 13 for a contactless power transmission. Here, a first coil L31 of a transformer via switches S31, S32, S33, S34 is driven. The switches S31 and S33 are connected on the output side to the positive pole of the battery unit BE3. Switch S31 is connected on the input side to the output side of the first coil L31 of the transformer and the output side of the switch S32. Switch S33 is connected on the input side to the input contact of the first coil L31 of the transformer and the output contact of the switch S34. Furthermore, the switches S32 and S34 are connected on the input side to the negative pole of the battery unit BE3. In addition, a capacitor C3 is connected on the input side to the positive pole of the battery unit BE3 and on the output side to the negative pole of the battery unit BE3. The components C3, S31, S33, S32, S34 and the first coil L31 of the transformer and a first part TK1 of the transformer core are arranged on the battery unit side. Traktionsnetzseitig the second part TK2 of the transformer core, a second coil L41 and the switches S41, S42, S43 and S44 are arranged. The switch S41 is connected on the input side to the input contact of the second coil L41 of the transformer and the output contact of the switch S42. On the output side, the switch S41 is connected to the input contact of the intermediate circuit capacitor C ZK . The switch S42 is connected on the input side to the output contact of the intermediate circuit capacitor C ZK . The switch S43 is connected on the output side to the input contact of the intermediate circuit capacitor C ZK and the output contact of the switch S41 and the input side to the output contact of the second coil L41 of the transformer and the output contact of the switch S44. The switch S44 is connected on the input side to the output contact of the intermediate circuit capacitor C ZK . The windings of the first coil L31 of the transformer thereby enclose the first part TK1 of the transformer core. Similarly, the windings of the second coil L41 of the transformer enclose the second part TK2 of the transformer core. The core of the transformer is divided into the first part TK1 of the transformer core and the second part TK2 of the transformer core, wherein there is no electrical connection between the two core parts TK1, TK2. A contactless DC / DC converter 13 can be designed as a flyback converter or as a flux converter. Since blocking and flux transformers usually only allow monodirectional power transmission, a monodirectional blocking or flux transformer is to be used for each direction of energy flow. In particular, the turns ratio of the respective monodirectional blocking or flux converter must be adapted for each direction of energy flow.

Die Schalter S31, S32, S33, S34, S41, S42, S43, S44 werden dabei von einer Einheit 2 zur Regelung der DC/DC-Wandler (6) angesteuert, die entweder batterieeinheitsseitig oder traktionsnetzseitig angeordnet ist. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Aufteilung der Einheit 2 zur Regelung der DC/DC-Wandler, wobei ein erster Teil batterieeinheitsseitig angeordnet ist und beispielsweise die Schalter S31, S32, S33, S34 des bidirektionalen DC/DC-Wandler 13 ansteuert und ein zweiter Teil traktionsnetzseitig angeordnet ist und beispielsweise die Schalter S41, S42, S43, S44 des bidirektionalen DC/DC-Wandler 13 ansteuert.The switches S31, S32, S33, S34, S41, S42, S43, S44 are thereby of one unit 2 for controlling the DC / DC converters ( 6 ), which is arranged either battery unit side or traction network side. Particularly advantageous is a division of the unit 2 for controlling the DC / DC converter, wherein a first part is arranged on the battery unit side and, for example, the switches S31, S32, S33, S34 of the bidirectional DC / DC converter 13 controls and a second part traction network side is arranged and, for example, the switches S41, S42, S43, S44 of the bidirectional DC / DC converter 13 controls.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 als kontaktlose, bidirektionale Resonanzwandler ausgeführt, insbesondere als bidirektionale Serienresonanzwandler 14. Diese sind insbesondere auf hohe Leistungsübertragung auslegbar, funktionieren gut mit erheblichen Streuinduktivitäten und bieten, insbesondere gegenüber herkömmlichen Flusswandlern, weitere Vorteile. Beispielsweise kann im Resonanzbetrieb der Bereich nutzbarer Spannungsübersetzungsverhältnisse wesentlich größer ausgelegt werden. Weiterhin können Schaltverluste verringert werden, da bidirektionale Resonanzwandler Schaltvorgänge in den Strom- bzw. Spannungsnulldurchgängen ermöglichen. Weiterhin kann ein bidirektionaler Serienresonanzwandler 14 relativ einfach dauerkurzschlussfest ausgelegt werden.In a particularly advantageous embodiment, the bidirectional DC / DC converters 1 designed as contactless, bidirectional resonant converter, in particular as a bidirectional series resonant converter 14 , These are particularly designed for high power transmission, work well with significant stray inductances and offer, in particular over conventional flux transducers, further advantages. For example, in the resonant mode, the range of usable voltage transmission ratios can be designed substantially larger. Furthermore, switching losses can be reduced because bidirectional resonant converters enable switching operations in the current or voltage zero crossings. Furthermore, a bidirectional series resonant converter 14 be designed relatively easy sustained short circuit.

4 zeigt eine bidirektional einsetzbare Variante eines Serienresonanzwandlers 14, der beispielsweise die bidirektionalen DC/DC-Wandler 11, 12 in 1 ersetzen kann. Der Aufbau des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 besteht aus zwei strukturell gleichen Wandlerhälften, wobei eine erste Wandlerhälfte batterieeinheitsseitig und die zweite Wandlerhälfte traktionsnetzseitig angeordnet ist. In der batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 ist ein Kondensator C5 eingangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE5 verbunden. Ausgangsseitig ist der Kondensator C5 mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE5 verbunden. Ein Schalter S51 ist ausgangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE5 und eingangsseitig mit dem Ausgangskontakt einer Spule L52 und dem Ausgangskontakt des Schalters S52 verbunden. Ein Schalter S53 ist ausgangsseitig mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE5 und eingangsseitig mit dem Eingangskontakt eines Kondensators C5R und dem Ausgangskontakt eines Schalters S54 verbunden. Die Schalter S52 und S54 sind eingangsseitig mit dem Minus-Pol der Batterieeinheit BE5 verbunden. Der Ausgangskontakt des Kondensators C5R ist mit dem Eingangskontakt einer Spule L51 verbunden, der Ausgangskontakt der Spule L51 ist mit dem Eingangskontakt der Spule L52 verbunden. Weiterhin sind antiparallel zu den Schaltern S51, S52, S53, S54 Dioden D51, D52, D53, D54 angeordnet, wobei die jeweiligen Eingangskontakte der Dioden D51, D52, D53, D54 mit den jeweiligen Eingangskontakten der Schalter S51, S52, S53, S54 und die jeweiligen Ausgangskontakte der Dioden D51, D52, D53, D54 mit den jeweiligen Ausgangskontakten der Schalter S51, S52, S53, S54 verbunden sind. Die Durchflussrichtung der Dioden D51, D52, D53, D54 ist dabei als Richtung zwischen Eingangs- und Ausgangskontakt gegeben. Die Spule L52 dient hierbei der Leistungsübertragung, wobei die Spule L51 den Stromanstieg in der Spule L52 begrenzt. Insbesondere umwickeln die Windungen der Spule L52 einen nicht dargestellten ersten Teil eines Transformatorkerns oder Teile davon. Die traktionsnetzseitige Wandlerhälfte des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 ist analog aufgebaut, wobei der Kondensator C6 dem Kondensator C5 entspricht, die Schalter S61, S62, S63, S64 den Schaltern S51, S52, S53, S54 entsprechen, die Dioden D61, D62, D63, D64 den Dioden D51, D52, D53, D54 entsprechen, der Kondensator C6R dem Kondensator C5R entspricht, die Spule L61 der Spule L51 entspricht und die Spule L62 der Spule L52 entspricht. Statt der Batterieeinheit BE5 ist ausgangsseitig der Zwischenkreiskondensator CZK geschaltet. 4 shows a bidirectionally usable variant of a series resonant converter 14 for example, the bidirectional DC / DC converter 11 . 12 in 1 can replace. The construction of the bidirectional series resonant converter 14 consists of two structurally identical converter halves, wherein a first converter half battery unit side and the second converter half is arranged traction network side. In the battery unit side converter half of the bidirectional series resonant converter 14 a capacitor C5 is connected on the input side to the positive pole of the battery unit BE5. On the output side, the capacitor C5 is connected to the negative pole of the battery unit BE5. A switch S51 is connected on the output side to the positive pole of the battery unit BE5 and on the input side to the output contact of a coil L52 and to the output contact of the switch S52. A switch S53 is connected on the output side to the positive pole of the battery unit BE5 and on the input side to the input contact of a capacitor C5R and to the output contact of a switch S54. The switches S52 and S54 are connected on the input side to the negative pole of the battery unit BE5. The output contact of the capacitor C5R is connected to the input contact of a coil L51, the output contact of the coil L51 is connected to the input contact of the coil L52. Furthermore, diodes D51, D52, D53, D54 are arranged in antiparallel to the switches S51, S52, S53, D54, wherein the respective input contacts of the diodes D51, D52, D53, D54 are connected to the respective input contacts of the switches S51, S52, S53, S54 and the respective output contacts of the diodes D51, D52, D53, D54 are connected to the respective output contacts of the switches S51, S52, S53, S54. The direction of flow of the diodes D51, D52, D53, D54 is given as the direction between input and output contact. In this case, the coil L52 serves for power transmission, the coil L51 limiting the increase in current in the coil L52. In particular, the turns of the coil L52 wrap around a part of a transformer core, not shown, or parts thereof. The Traktionsnetzseitige converter half of the bidirectional series resonant converter 14 is constructed analogously, the capacitor C6 corresponding to the capacitor C5, the switches S61, S62, S63, S64 corresponding to the switches S51, S52, S53, S54, the diodes D61, D62, D63, D64 the diodes D51, D52, D53, D54, the capacitor C6R corresponds to the capacitor C5R, the coil L61 corresponds to the coil L51, and the coil L62 corresponds to the coil L52. Instead of the battery unit BE5 the output side of the DC link capacitor C ZK is connected.

Analog zur batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte dient die Spule L62 der Energieübertragung, wobei die Spule L61 den Stromanstieg in der Spule L62 begrenzt und zusätzlich den Strom im Traktionsnetz ZK glättet. Optional sind Sicherung S11 und S12 in die Schaltung integriert, wobei die Sicherung S11 zwischen den Plus-Pol der Batterieeinheit BE5 und die Kontakte des Kondensators C5 und der Schalter S51 und S53, die mit dem Plus-Pol der Batterieeinheit BE5 verbunden waren, geschaltet wird. Die Sicherung S12 wird analog zwischen die Kontakte der Schalter S63, S61, des Kondensators C6 und dem Eingangskontakt des Zwischenkreiskondensators CZK geschaltet.Analogous to the battery unit-side converter half, the coil L62 is used for energy transfer, wherein the coil L61 limits the increase in current in the coil L62 and additionally smoothes the current in the traction network ZK. Optionally fuse S11 and S12 are integrated in the circuit, the fuse S11 being connected between the plus pole of the battery unit BE5 and the contacts of the capacitor C5 and the switches S51 and S53 connected to the plus pole of the battery unit BE5 , The fuse S12 is analogously connected between the contacts of the switches S63, S61, the capacitor C6 and the input contact of the intermediate circuit capacitor C ZK .

Im Folgenden wird die Funktion des als bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 ausgebildeten bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 für eine Energieübertragungsrichtung beschrieben, aufgrund der Symmetrie gilt entsprechendes auch für die Gegenrichtung. Die Kondensatoren C5R und C6R seien zunächst entladen und alle Schalter S61, S62, S63, S64, S51, S52, S53 und S54 geöffnet. Um Energie aus der Batterieeinheit BE5 in den Zwischenkreiskondensator CZK zu übertragen, werden die Schalter S52 und S53 geschlossen. Der Strom I5 durch den Kondensator C5R steigt und bewirkt einen Anstieg der Spannung UC5R am Kondensator C5R. Ist die Spannung UC5R am Kondensator C5R gleich der Spannung UBE5 der Batterieeinheit BE5, so ist die Spannung UL51 + UL52 an den Spulen L51 und L52 gleich Null. Die Spulen L51 und L52 treiben jedoch im Normalfall den Strom I5 weiter, welcher erst auf den Wert Null sinkt, wenn die Spannung UC5R am Kondensator C5R wesentlich größer als die Spannung UBE5 an der Batterieeinheit BE5 ist. Vorteilhaft werden dann die Schalter S52 und S53 geöffnet und kurz danach die Schalter S51 und S54 geschlossen. Die Schaltung des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 im stromlosen Zustand minimiert Schaltverluste und elektromagnetische Abstrahlung. Der Strom I5 durch die Spule L52 hat über die magnetische Kopplung des Transformators in der traktionsnetzseitigen Spule L62 eine Spannung UL62 induziert, die je nach Wicklungssinn des Transformators einen Stromfluss durch die den Schaltern S62 und S63 oder den Schaltern S61 und S64 parallel geschalteten Dioden zur Folge hat. Die den Schaltern S61, S62, S63, S64 parallel geschalteten Dioden wirken dabei als Brückengleichrichter. Werden z. B. immer die Schalter geschlossen, deren parallel geschaltete Dioden andernfalls den Strom leiten würden, so können Energieverluste reduziert werden (Synchrongleichrichtung). Nach Schließen der Schalter S51 und S54 wird der Strom I5 negativ und die Spannung UC5R am Kondensator C5R sinkt, bis I5 wieder den Wert Null erreicht. Die Spannung UC5R am Kondensator C5R wird dann ein negatives Vorzeichen einnehmen und betragsmäßig größer als die Spannung UBE5 an der Batterieeinheit BE5 sein. Hiernach werden die Schalter S51 und S54 geöffnet und kurz danach die Schalter S52 und S53 geschlossen. Durch die Stromumkehr des Stromes I5 und die magnetische Kopplung hat auch der Strom durch die traktionsnetzseitige Spule L62 die Richtung gewechselt und fließt durch die Schalter bzw. deren parallel geschalteten Dioden in den Zwischenkreis. Der weitere Ablauf erfolgt analog. Die traktionsnetzseitige Spule L61 und/oder die batterieeinheitsseitige Spule L51 kann hierbei als reales Bauteil ausgeführt sein oder über die sekundäre Streuinduktivität des Transformators oder durch eine Kombination aus beiden Alternativen ausgeführt sein.The following is the function of the bidirectional series resonance converter 14 trained bidirectional DC / DC converter 1 described for an energy transmission direction, due to the symmetry applies correspondingly also for the opposite direction. The capacitors C5R and C6R are first discharged and all switches S61, S62, S63, S64, S51, S52, S53 and S54 open. In order to transfer energy from the battery unit BE5 to the intermediate circuit capacitor C ZK , the switches S52 and S53 are closed. The current I5 through the capacitor C5R increases causing the voltage U C5R on the capacitor C5R to increase. If the voltage U C5R on the capacitor C5R is equal to the voltage U BE5 of the battery unit BE5, then the voltage U L51 + U L52 at the coils L51 and L52 is equal to zero. However, the coils L51 and L52 normally continue to drive the current I5 which does not drop to zero until the voltage U C5R at the capacitor C5R is substantially greater than the voltage U BE5 at the battery unit BE5. Advantageously, then the switches S52 and S53 are opened and shortly after the switches S51 and S54 closed. The circuit of the bidirectional series resonant converter 14 when de-energized minimizes switching losses and electromagnetic radiation. The current I5 through the coil L52 has induced via the magnetic coupling of the transformer in the traction power coil L62 a voltage U L62 , depending on the winding sense of the transformer, a current flow through the switches S62 and S63 or the switches S61 and S64 parallel connected diodes for Episode has. The diodes S61, S62, S63, S64 connected in parallel act as a bridge rectifier. Are z. B. always closed the switch whose parallel diodes would otherwise conduct the power, so energy losses can be reduced (synchronous rectification). After closing the switches S51 and S54, the current I5 is negative and the voltage U C5R on the capacitor C5R decreases until I5 reaches zero again. The voltage U C5R on the capacitor C5R will then assume a negative sign and be greater in magnitude than the voltage U BE5 on the battery unit BE5. After that, the switches S51 and S54 are opened and shortly thereafter the switches S52 and S53 are closed. As a result of the current reversal of the current I5 and the magnetic coupling, the current through the traction-network-side coil L62 has also changed direction and flows through the switches or their diodes connected in parallel into the intermediate circuit. The further procedure is analogous. The traction-network-side coil L61 and / or the battery-unit-side coil L51 can in this case be embodied as a real component or implemented via the secondary leakage inductance of the transformer or by a combination of both alternatives.

Die traktionsnetzseitige und batterieeinheitsseitige Wandlerhälfte sind in 4 jeweils als serienresonante Wandlerhälften dargestellt. Bei einer serienresonanten Anführung der batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C5R bestückt, der Kondensator C5P entfällt. Bei einer serienresonanten Ausführung der traktionsnetzseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C6R bestückt, der Kondensator C6P entfällt.The Traktionsnetzseitige and battery unit side converter half are in 4 each shown as series resonant converter halves. In a series resonant leader of the battery unit side converter half of the capacitor C5R is equipped, the capacitor C5P is omitted. In a series resonant execution of traktionsnetzseitigen converter half of the capacitor C6R is equipped, the capacitor C6P is omitted.

Weiterhin können die traktionsnetzseitige und batterieeinheitsseitige Wandlerhälfte jeweils auch als parallelresonsante oder hybridresonante oder nichtresonante Wandlerhälften ausgeführt sein. Bei einer parallelresonanten Auführung der batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C5P bestückt, der Kondensator C5R ist gebrückt. Bei einer parallelresonanten Ausführung der traktionsnetzseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C6P bestückt, der Kondensator C6R ist gebrückt. Bei einer hybridresonanten Auführung der batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C5R und der Kondensator C5P, bei einer hybridresonanten Ausführung der traktionsnetzseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C6R und der Kondensator C6P bestückt. Bei einer nichtresonanten Auführung der batterieeinheitsseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C5R gebrückt und der Kondensator C5P entfällt. Bei einer hybridresonanten Ausführung der traktionsnetzseitigen Wandlerhälfte ist der Kondensator C6R gebrückt und der Kondensator C6P entfällt.Farther can the Traktionsnetzseitige and battery unit side Converter half each as parallelresonsante or hybrid resonant or non-resonant transducer halves executed be. In a parallelresonant performance of the battery unit side Converter half is the capacitor C5P equipped, the capacitor C5R is bridged. In a parallel resonant Execution of traction network-side converter half the capacitor C6P is equipped, the capacitor is C6R bridged. In a hybridresonant Auführung the battery unit side converter half is the capacitor C5R and the capacitor C5P, in a hybrid resonant design the Traktionsnetzseitigen converter half is the capacitor C6R and the capacitor C6P populated. In a non-resonant Running the battery unit side converter half the capacitor C5R is bridged and the capacitor C5P is omitted. In a hybrid-resonant version of traktionsnetzseitigen Converter half is bridged the capacitor C6R and the capacitor C6P is omitted.

Insgesamt ergeben sich damit 16 Kombinationsmöglichkeiten der beiden Wandlerhälften.All in all This results in 16 possible combinations of the two Converter halves.

Um ein möglichst universellen Einsatz und eine weite Verbreitung der Batterieeinheiten BE zu ermöglichen sowie den technischen Fortschritt insbesondere der Batterieeinheiten BE zu nutzen, sollte die Schnittstelle zwischen Batterieeinheit und Traktionsnetz ZK möglichst unabhängig von erstens der Batteriespannung UBE einer Batterieeinheit BE und zweitens der Nennspannung des Traktionsnetzes ZK eines Elektrofahrzeugs sein. Dieses ist beispielsweise möglich durch die Festlegung eines einheitlichen Verhältnisses aus der Spannung UBE5 der Batterieeinheit BE5 zur Windungszahl der batterieeinheitsseitigen Spule L52 und aus der Nennspannung des Traktionsnetzes ZK zur Windungszahl der traktionsnetzseitigen Spule L62. Beispielsweise kann das einheitliche Verhältnis als 5 V pro Windung festgelegt sein. Für eine Batterieeinheit BE5 mit einer Batteriespannung UBE5 von beispielsweise 100 V ergibt sich dann eine Windungszahl von 20 für die batterieeinheitsseitige Spule L52. Für eine Traktionsnetznennspannung von beispielsweise 300 V ergibt sich eine Windungszahl von 60 für eine traktionsnetzseitige Spule L62. Wird eine weitere Batterieeinheit BE6 mit einer Batteriespannung UBE6 von beispielsweise 260 V an das Traktionsnetz ZK angeschlossen, so ist eine Windungszahl von 52 für die batterieeinheitsseitige Spule notwendig. Mit der Festlegung eines einheitlichen Verhältnisses können alle Batterieeinheiten BE, auch mit unterschiedlichen Nennspannungen, in Elektrofahrzeugen, auch mit unterschiedlichen Traktionsnetznennspannungen, betrieben werden.In order to enable the most universal use and widespread use of the battery units BE and to make use of the technical progress in particular of the battery units BE, the interface between battery unit and traction network ZK should be as independent as possible of firstly the battery voltage U BE of a battery unit BE and secondly the nominal voltage of the traction network ZK be an electric vehicle. This is possible, for example, by establishing a uniform ratio of the voltage U BE5 of the battery unit BE5 to the number of turns of the battery unit coil L52 and the rated voltage of the traction network ZK to the number of turns of the traction power coil L62. For example, the uniform ratio may be set at 5V per turn. For a battery unit BE5 with a battery voltage U BE5 of, for example, 100 V, this results in a number of turns of 20 for the battery unit-side coil L52. For a traction network rated voltage of, for example, 300 V, a turn number of 60 results for a traction-network-side coil L62. If a further battery unit BE6 is connected to the traction network ZK with a battery voltage U BE6 of, for example, 260 V, then a winding number of 52 is necessary for the battery unit-side coil. With the determination of a uniform ratio, all battery units BE, even with different nominal voltages, can be operated in electric vehicles, even with different traction network nominal voltages.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Ausgangsspannung bzw. Zwischenkreisspannung UZK eines bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 durch Variation der Ansteuerfrequenz relativ zur Resonanzfrequenz des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14. Soll die Zwischenkreisspannung UZK verkleinert werden, wird beispielsweise der Abstand der Ansteuerfrequenz zur Resonanzfrequenz des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 vergrößert, andernfalls verkleinert. Die Variation der Ansteuerfrequenz kann dabei kontinuierlich erfolgen.In a further embodiment, the control of the output voltage or intermediate circuit voltage U ZK of a bidirectional series resonant converter takes place 14 by varying the drive frequency relative to the resonant frequency of the bidirectional series resonant converter 14 , If the intermediate circuit voltage U ZK is to be reduced, the distance between the drive frequency and the resonance frequency of the bidirectional series resonance converter becomes, for example 14 enlarged, otherwise reduced. The variation of the drive frequency can take place continuously.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Energieübertragung über einen bidirektionalen Serienresonanzwandler 14 durch einen Pulsbetrieb, bei dem drei Fälle unterschieden werden können. Im ersten Fall wird, wenn Energie aus einer Batterieeinheit BE5 in den Zwischenkreiskondensator CZK überfragen werden soll, ein Puls (oder ein Impulspaket) batterieeinheitsseitig ausgelöst. Das Auslösen erfolgt durch die Schalter S51, S52, S53, S54, die in 4 dargestellt sind. Die Ansteuerzeit des Pulses ist dabei beispielsweise auf die Resonanzfrequenz des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 ausgelegt. In einem zweiten Fall wird, wenn Energie aus dem Zwischenkreiskondensator CZK in die Batterieeinheit BE5 übertragen werden soll, ein Puls (oder ein Impulspaket) traktionsnetzseitig ausgelöst. Dies geschieht durch Schalten der Schalter S61, S62, S63, S64, die in 4 traktionsnetzseitig dargestellt sind. Die Ansteuerzeit des Pulses wird dabei beispielsweise auf die Resonanzfrequenz des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 ausgelegt. In einem dritten Fall, in dem keine Energie übertragen werden soll, bleiben alle Schalter S51, S52, S53, S54, S61, S62, S63, S64 im Ruhezustand. Im ersten und zweiten Fall wird mit jedem Puls eine bestimmte Energiemenge übertragen, die neben den Bauteileigenschaften des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 von der Batterieeinheitsspannung UBE5 und der Zwischenkreisspannung UZK abhängt. Die Anzahl der Pulse pro Zeit wird durch einen Pulsregler geregelt, der beispielsweise in die Einheit 2 zur Regelung der bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 integriert ist. Eine Vorsteuerung des Pulsreglers kann beispielsweise erfolgen, indem alle elektrischen Größen, die an der Energieübertragung über den bidirektionalen Serienresonanzwandler 14 beteiligt sind, als konstant angenommen werden. Alternativ können für eine Vorsteuerung des Pulsreglers alle Größen bis auf die Zwischenkreisspannung UZK als konstant angenommen werden. Eine mittlere Leistung in eine vorbestimmte Richtung kann beispielsweise übertragen werden, indem der Pulsregler die dafür notwendige Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit berechnet. Pulse bestehen hierbei aus zwei Pulsteilen, einem ersten Pulsteil P1 und einem zweiten Pulsteil P2, wobei im ersten Pulsteil P1 beispielsweise die Schalter S12 und S13 geschlossen sind und im zweiten Pulsteil P2 die Schalter S11 und S14 geschlossen sind. Zwischen zwei Pulsen ist keiner der Schalter S11, S12, S13, S14 geschlossen. In 5b, ist ein Ansteuerverfahren für den bidirektionalen Serienresonanzwandler 14 dargestellt, indem die Pulse äquidistant ausgelöst werden. Äquidistant bedeutet in diesem Fall, dass die Länge der Pause zwischen dem Ende des zweiten Pulsteils P2 eines ersten Puls und dem Anfang des ersten Pulsteils P1 eines zweiten Puls gleich der Länge der Pause zwischen dem Ende des zweiten Pulsteils P2 des zweiten Puls und dem Anfang des ersten Pulsteils P1 eines dritten Puls ist. Dabei sind die Längen der Pausen zwischen zwei Pulsen abhängig von der Sollleistung, aber im selben Betriebspunkt konstant. Alternativ kann, wie in 5a dargestellt, ein Betrieb des Pulsreglers im Paketbetrieb erfolgen. Dabei folgt auf eine Sequenz von Pulsen ohne Pause eine längere Pause. In 5a und 5b ist das Pulspauseverhältnis beispielhaft 60%.In a particularly advantageous embodiment, the control of the energy transfer takes place via a bidirectional series resonance converter 14 by a pulse operation in which three cases can be distinguished. In the first case, when energy is to be transferred from a battery unit BE5 into the intermediate circuit capacitor C ZK , a pulse (or a pulse packet) is triggered on the battery unit side. The triggering is effected by the switches S51, S52, S53, S54, which are in 4 are shown. The drive time of the pulse is, for example, to the resonance frequency of the bidirectional series resonant converter 14 designed. In a second case, when energy from the intermediate circuit capacitor C ZK in the battery unit BE5 is to be transmitted, a pulse (or a pulse packet) triggers traction network side. This is done by switching the switches S61, S62, S63, S64, which are in 4 Traktionsnetzseitig are shown. The drive time of the pulse is, for example, to the resonance frequency of the bidirectional series resonant converter 14 designed. In a third case in which no energy is to be transmitted, all switches S51, S52, S53, S54, S61, S62, S63, S64 remain in the idle state. In the first and second case, a certain amount of energy is transmitted with each pulse, in addition to the component properties of the bidirectional series resonant converter 14 depends on the battery unit voltage U BE5 and the intermediate circuit voltage U ZK . The number of pulses per time is controlled by a pulse controller, for example, in the unit 2 for controlling bidirectional DC / DC converters 1 is integrated. A pilot control of the pulse controller can be done, for example, by all the electrical quantities that are connected to the energy transfer via the bidirectional series resonant converter 14 are assumed to be constant. Alternatively, for a feedforward control of the pulse controller, all variables except for the intermediate circuit voltage U ZK can be assumed to be constant. An average power in a predetermined direction can be transmitted, for example, by the pulse controller calculates the necessary number of pulses per unit time. Pulses here consist of two pulse parts, a first pulse part P1 and a second pulse part P2, wherein in the first pulse part P1, for example, the switches S12 and S13 are closed and in the second pulse part P2, the switches S11 and S14 are closed. Between two pulses, none of the switches S11, S12, S13, S14 is closed. In 5b , is a driving method for the bidirectional series resonant converter 14 represented by the pulses are triggered equidistantly. In this case, equidistant means that the length of the pause between the end of the second pulse part P2 of a first pulse and the beginning of the first pulse part P1 of a second pulse equals the length of the pause between the end of the second pulse part P2 of the second pulse and the beginning of the second pulse first pulse part P1 of a third pulse. The lengths of the pauses between two pulses are dependent on the desired power, but constant at the same operating point. Alternatively, as in 5a shown, an operation of the pulse controller in the package operation done. This is followed by a sequence of pulses without a break a longer break. In 5a and 5b For example, the pulse pause ratio is 60%.

Mit Betrieb bei Resonanzfrequenz überträgt ein bidirektionalen Serienresonanzwandler 14 im Allgemeinen die maximale Leistung bei maximaler Spannungsübersetzung. In anderen Betriebspunkten kann sich der Wirkungsgrad dagegen erhöhen, wenn die Ansteuerfrequenz des bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 bewusst größer oder kleiner als die Resonanzfrequenz eingestellt wird.With operation at resonant frequency transmits a bidirectional series resonant converter 14 generally the maximum power at maximum voltage ratio. On the other hand, at other operating points, the efficiency may increase when the drive frequency of the bidirectional series resonant converter 14 deliberately greater or smaller than the resonance frequency is set.

Die Ausführungen für den bidirektionalen Serienresonanzwandler 14 gelten dabei für Parallel- und Hybridresonanzwandler analog.The versions for the bidirectional series resonant converter 14 apply analogously to parallel and hybrid resonant converters.

Ebenfalls kann statt eines bidirektionalen Resonanzwandler, der entweder als Serienresonanzwandler, als Parallelresonanzwandler oder als Hybridresonanzwandler ausgebildet ist, eine Energieübertragung zwischen einer Batterieeinheit BE und dem Traktionsnetz ZK eines Elektrofahrzeugs über zwei monodirektionale Resonanzwandler, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist, erfolgen. Hierfür können die Ausführungen über eine Energieübertragung mittels eines bidirektionalen Serienresonanzwandlers 14 übertragen werden.Also, instead of a bidirectional resonant converter, which is designed either as a series resonant converter, as a parallel resonant converter or as a hybrid resonant converter, an energy transfer between a battery unit BE and the traction network ZK of an electric vehicle via two monodirectional resonant converter whose energy transfer direction is opposite take place. For this purpose, the statements about an energy transfer by means of a bidirectional series resonant converter 14 be transmitted.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt neben der Leistungsübertragung zwischen einer Batterieeinheit BE und dem Traktionsnetz ZK auch eine Informationsübertragung zwischen der Batterieeinheit BE und einem Fahrzeugkommunikationssystem. Die Informationsübertragung kann dabei beispielsweise über mechanische Kontakte oder kontaktlos erfolgen. Eine kontaktlose Informationsübertragung ist z. B. über induktive, optische oder funktechnische Verfahren denkbar. Für eine induktive, kontaktlose Informationsübertragung können beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche induktive Koppelbausteine vorgesehen oder die induktiven Bauteile eines zum bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 gehörigen Transformators verwendet werden, beispielsweise die Spulen L52, L62, die in 4 dargestellt sind. Als Protokoll für die Informationsübertragung zwischen einer Batterieeinheit BE und einem Fahrzeugkommunikationssystem können beispielsweise bestehende serielle Protokolle, beispielsweise RS232, oder serielle Busprotokolle, beispielsweise CAN-Bus, LIN-Bus, verwendet werden. Alternativ können Protokolle speziell für diese Anwendung entwickelt werden.In a particularly preferred embodiment, in addition to the power transmission between a battery unit BE and the traction network ZK also an information transfer between the battery unit BE and a vehicle communication system. The information transmission can take place, for example, via mechanical contacts or contactless. A contactless information transfer is z. B. conceivable via inductive, optical or radio technology. For inductive, contactless information transmission, for example, one or more additional inductive coupling modules can be provided or the inductive components of a bidirectional DC / DC converter 1 associated transformer, for example, the coils L52, L62, in 4 are shown. As a protocol for the transmission of information between a battery unit BE and a vehicle communication system, for example existing serial protocols, for example RS232, or serial bus protocols, for example CAN bus, LIN bus, can be used. Alternatively, protocols can be developed specifically for this application.

Alternativ kann der Informationsaustausch des Fahrzeugkommunikationssystem auch mit einer Einrichtung erfolgen, die ihrerseits Informationen mit der Batterieeinheit BE austauscht oder diese steuert. Dies umfasst insbesondere die Einheit 2 zur Regelung der DC/DC-Wandler oder eine Batterieeinheits-Elektronik.Alternatively, the information exchange of the vehicle communication system can also take place with a device which in turn exchanges information with or controls the battery unit BE. This includes in particular the unit 2 for controlling the DC / DC converter or a battery unit electronics.

Von der Batterieeinheit BE zum Fahrzeugkommunikationssystem können z. B. folgende Informationen übertragen werden:

  • – Hersteller, Technologie, Typ, Nennkapazität, Nennspannung, Alter, Herstelldatum der Batterieeinheit BE;
  • – betriebsbedingte Daten wie z. B. Iststrom, Istspannung, Pulspauseverhältnis, Ladezustand (SOC, State of Charge), Temperatur, maximal möglicher Abgabestrom, maximal möglicher Ladestrom;
  • – Informationen zur Ansteuerung der Batterieeinheit BE;
  • – Daten bezüglich Wartung, beispielsweise Anzahl der Lade-Entladezyklen, maximal erreichbare Kapazität der Batterieeinheit BE;
  • – Fehlermeldungen.
From the battery unit BE to the vehicle communication system z. For example, the following information is transmitted:
  • - manufacturer, technology, type, rated capacity, rated voltage, age, date of manufacture of the battery unit BE;
  • - operational data such. B. Actual current, actual voltage, Pulspauseverhältnis, state of charge (SOC, State of charge), temperature, maximum possible output current, maximum possible charging current;
  • - Information for controlling the battery unit BE;
  • - data regarding maintenance, for example number of charge-discharge cycles, maximum achievable capacity of the battery unit BE;
  • - Error messages.

Vom Fahrzeugkommunikationssystem oder einer Ladestation zu der Batterieeinheit BE sind z. B. folgende Daten zu übertragen:

  • – Sollstrom oder alternativ Sollleistung oder alternativ Pulspauseverhältnis;
  • – Betriebsart (z. B. ”aus”, ”nur laden”, ”normaler Fahrzeugbetrieb”);
  • – Ansteuerinformationen.
From the vehicle communication system or a charging station to the battery unit BE are z. For example, to transfer the following data:
  • - Target current or alternatively target power or alternatively pulse pause ratio;
  • - Operating mode (eg "off", "load only", "normal vehicle operation");
  • - Control information.

Weiterhin kann über die Informationsübertragung zwischen der Batterieeinheit BE und dem Fahrzeugkommunikationssystem beispielsweise eine Aktualisierung der Software der Batterieeinheit erfolgen. Weiterhin kann über die Informationsübertragung eine Freischaltung der Batterieeinheit BE erfolgen, um die Batterieeinheit BE beispielsweise gegen Diebstahl und/oder Missbrauch zu schützen. Weiterhin kann beispielsweise ein ”wake up”-Signal über die Informationsübertragung von dem Fahrzeugkommunikationssystem an die Batterieeinheit BE gesendet werden, wenn – um in Ruhephasen die Entladung der Batterieeinheit BE zum Betrieb der Batterieeinheit-Elektronik möglichst klein zu halten – die Batterieeinheit-Elektronik in einen ”sleep mode” fällt.Farther can about the information transfer between the battery unit BE and the vehicle communication system, for example an update of the software of the battery unit. Farther can via the information transfer an activation the battery unit BE done to the battery unit BE, for example protect against theft and / or abuse. Farther For example, a "wake up" signal over the Information transmission from the vehicle communication system be sent to the battery unit BE, if - to Rest periods the discharge of the battery unit BE to operate the Keep battery unit electronics as small as possible - the Battery unit electronics fall into a "sleep mode".

Für das Laden und/oder Entladen einer Batterieeinheit BE über beispielsweise einen bidirektionalen Wandler wird in einer weiteren Ausführungsform ein Stromregler verwendet, der den Lade- oder Entladestrom der Batterieeinheit BE regelt. Dabei wird der Strom, der in oder aus der Batterieeinheit fließt, mit Hilfe eines Stromsensors gemessen, wobei der Stromregler die vom Stromsensor bereitgestellten Informationen verwendet.For the charging and / or discharging a battery unit BE over For example, a bidirectional converter is in another Embodiment uses a current regulator, the charging the or discharging current of the battery unit BE controls. It is the Electricity flowing in or out of the battery unit, with Help measured by a current sensor, the current controller from the Current sensor provided information used.

Der Stromregler ist dabei entweder batterieeinheitsseitig oder traktionsnetzseitig angeordnet. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Aufteilung des Stromreglers, wobei ein erster Teil batterieeinheitsseitig angeordnet ist und den Entladestrom regelt und ein zweiter Teil traktionsnetzseitig angeordnet ist und den Ladestrom regelt. Der Stromregler kann dabei beispielsweise in die Einheit 2 (6) zur Regelung der DC/DC-Wandler integriert werden.The current regulator is arranged either battery unit side or traction network side. Particularly advantageous is a division of the current regulator, wherein a first part is arranged battery unit side and controls the discharge and a second part traction network side is arranged and controls the charging current. The current regulator can, for example, in the unit 2 ( 6 ) are integrated to control the DC / DC converter.

Für die Anordnung eines Stromsensors ergeben sich drei Alternativen. In einer ersten Alternative wird für jede Batterieeinheit BE jeweils ein Stromsensor im batterieeinheitsseitigen Teil des bidirektionalen DC/DC-Wandlers 1 und je ein Stromsensor im traktionsnetzseitigen Teil des bidirektionalen DC/DC-Wandlers 1 angeordnet. Beispielsweise können die Stromsensoren in Reihe zu den Sicherungen S11 bzw. S12 geschaltet werden, die in 4 dargestellt sind. In einer zweiten alternativen Ausführungsform wird für jede Batterieeinheit BE nur ein Stromsensor im traktionsnetzseitigen Teil des bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 angeordnet. Dabei muss der Stromregler auch beim Entladevorgang einen gemessenen Istwert des Stromes von dem traktionsnetzseitigen Stromsensor erhalten. Die Batterieeinheit kann dann beispielsweise durch Übertragung eines gewünschten Pulspauseverhältnisses gesteuert werden, welches zum Beispiel über die Informationsübertragung zwischen der Batterieeinheit BE und dem Fahrzeugkommunikationssystem übertragen wird. Zur Verbesserung der Vorsteuerung des Stromreglers kann beispielsweise der Stromregler den Zusammenhang zwischen Strom und Pulspauseverhältnis adaptieren. In einer dritten alternativen Ausführungsform wird im Traktionsnetz ZK für mehrere Batterieeinheiten BE ein gemeinsamer Stromsensor angeordnet. Es ist weiterhin möglich, für alle Batterieeinheiten BE einen gemeinsamen Stromsensor anzuordnen. Um den Zusammenhang zwischen Strom und Pulspauseverhältnis für jede der Batterieeinheiten BE für jede Energieübertragungsrichtung zu bestimmen, werden beispielsweise alle bis auf eine Batterieeinheit BE inaktiv geschaltet, wobei der gemeinsame Stromsensor den Strom in die aktive Batterieeinheit BE bei einem gegebenen Pulspauseverhältnis erfasst.For the arrangement of a current sensor, there are three alternatives. In a first alternative, for each battery unit BE, a respective current sensor in the battery unit-side part of the bidirectional DC / DC converter 1 and one each current sensor in traktionsnetzseitigen part of the bidirectional DC / DC converter 1 arranged. For example, the current sensors can be connected in series with the fuses S11 and S12, which are in 4 are shown. In a second alternative embodiment, only one current sensor in the traction network-side part of the bidirectional DC / DC converter is provided for each battery unit BE 1 arranged. In this case, the current regulator must also receive a measured actual value of the current from the traction-network-side current sensor during the discharging process. The battery unit may then be controlled, for example, by transmission of a desired pulse pause ratio transmitted, for example, via information transfer between the battery unit BE and the vehicle communication system. To improve the precontrol of the current controller, for example, the current controller can adapt the relationship between current and pulse pause ratio. In a third alternative embodiment, a common current sensor is arranged in the traction network ZK for a plurality of battery units BE. It is also possible to arrange a common current sensor for all battery units BE. For example, to determine the relationship between current and pulse pause ratio for each of the battery units BE for each energy transfer direction, all but one battery unit BE are inactive, the common current sensor detecting the current into the active battery unit BE for a given pulse pause ratio.

Alternativ zur Stromregelung des Lade- oder Entladestroms kann auf Stromsensoren verzichtet werden und das Laden bzw. Entladen der Batterieeinheiten BE rein gesteuert erfolgen. Dabei erfolgt die Schätzung der übertragenen Energie aus der Anzahl der ausgelösten Pulse.alternative for controlling the current of the charging or discharging current can be on current sensors be dispensed with and the charging or discharging of the battery units BE done purely controlled. The estimate is made the transmitted energy from the number of triggered Pulse.

Um eine optimale Energieversorgung eines Traktionsnetzes ZK eines Elektrofahrzeugs aus mehreren austauschbaren Batterieeinheiten BE zu ermöglichen, kann beispielsweise eine regelungstechnische Optimierung, beispielsweise des Stromreglers, im Hinblick auf eine optimale Energieversorgung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Informationen bezüglich einer optimalen Energieversorgung zwischen einem Fahrzeugkommunikationssystem und den Batterieeinheiten BE ausgetauscht werden, beispielsweise über die bereits vorgestellte Informationsübertragung. Informationen bezüglich einer optimalen Energieversorgung umfassen dabei beispielsweise eine bestimmte Ansteuerfrequenz oder eine bestimmte Impulspaket- und Impulspausenlänge. Speziell bei Resonanzwandlern lassen sich durch Adaption der Resonanzfrequenz die übertragbaren Leistungen maximieren und/oder die Schaltverluste minimieren. Weiterhin kann das Fahrzeugkommunikationssystem beispielsweise die aktuelle Traktionsnetzspannung UZK an die Batterieeinheiten BE übertragen, wobei die Traktionsnetzspannung UZK als Vorsteuerwert für den batterieeinheitsseitigen Stromregler verwendet wird. Weiterhin kann über die Informationsübertragung beispielsweise die Frequenz und/oder die Phase mehrerer Batterieeinheiten BE synchronisiert werden, insbesondere im Entladebetrieb der Batterieeinheiten BE, indem beispielsweise die Schaltvorgänge der batterieeinheitsseitigen Schalter S51, S52, S53, S54 angepasst wird. Als Referenzsignal für die Synchronisierung kann beispielsweise ein durch ein Phasenregelkreis regeneriertes Taktsignal verwendet werden, beispielsweise das Taktsignal der Informationsübertragung zwischen dem Fahrzeugkommunikationssystem und den Batterieeinheiten BE.In order to enable optimum energy supply of a traction network ZK of an electric vehicle from a plurality of exchangeable battery units BE, for example, a control engineering optimization, for example of the current controller, can be carried out with regard to an optimal energy supply. Alternatively or additionally, information relating to an optimal power supply can be exchanged between a vehicle communication system and the battery units BE, for example via the already presented information transmission. Information relating to an optimal power supply includes, for example, a specific drive frequency or a specific pulse packet and pulse pause length. Especially with resonant converters, the transmittable power can be maximized by adapting the resonant frequency and / or the switching losses can be minimized. Furthermore, the vehicle communication system, for example, the current traction network voltage U ZK to the battery units BE via wear, wherein the traction network voltage U ZK is used as Vorsteuerwert for the battery unit side current controller. Furthermore, for example, the frequency and / or the phase of a plurality of battery units BE can be synchronized via the information transmission, in particular in the discharge operation of the battery units BE, for example by adjusting the switching operations of the battery unit-side switches S51, S52, S53, S54. As the reference signal for the synchronization, for example, a clock signal regenerated by a phase locked loop can be used, for example, the clock signal of the information transmission between the vehicle communication system and the battery units BE.

In 6 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes ZK eines Elektrofahrzeuges über mehrere austauschbare Batterieeinheiten BE1, BE2, BEn dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung aus unterschiedlichen Einheiten aufgebaut, die schichtweise organisiert und datentechnisch verbunden sind. Hierbei wird eine Anzahl n von vorhandenen Batterieeinheiten BE jeweils über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 an das Traktionsnetz ZK des Elektrofahrzeugs angeschlossen. Die Ansteuerung der bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 erfolgt durch eine Einheit 2 zur Regelung der DC/DC-Wandler. Die Einheit 2 zur Regelung der DC/DC-Wandler empfängt von einer Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE die Sollströme für alle Batterieeinheiten BE. Die Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE erhält datentechnisch Vorgaben einerseits von einer Informations- und Bedienschnittstelle 4 zum Fahrzeugführer, die z. B. ein erweitertes Radio-Navigations-Gerät sein kann, und andererseits von einer Einheit 5 zur Regelung der Traktionsnetzspannung UZK. Die Einheit 5 zur Regelung der Traktionsnetzspannung UZK erhält dabei Vorgaben von einer Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie, welche gleichzeitig eine Motorsteuerung 7 ansteuert, die beispielsweise einen oder mehrere Elektromotoren 8 des Elektrofahrzeugs steuert.In 6 is a schematic block diagram of a controller for powering a traction network ZK of an electric vehicle via a plurality of replaceable battery units BE1, BE2, BEn shown. In a preferred embodiment, the controller is constructed of different units, which are organized in layers and data-related. In this case, a number n of existing battery units BE each have a bidirectional DC / DC converter 1 connected to the traction network ZK of the electric vehicle. The control of the bidirectional DC / DC converter 1 done by a unit 2 for controlling the DC / DC converter. The unit 2 to control the DC / DC converter receives from a unit 3 for the management of the battery units BE the set currents for all battery units BE. The unit 3 for the management of the battery units BE receives data technology specifications on the one hand from an information and user interface 4 to the driver, the z. B. may be an advanced radio navigation device, and on the other hand of a unit 5 for regulating the traction network voltage U ZK . The unit 5 to control the traction network voltage U ZK receives specifications of a unit 6 for controlling the driving strategy, which at the same time an engine control 7 controls, for example, one or more electric motors 8th of the electric vehicle controls.

Die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie verarbeitet dabei antriebsspezifische Eingangssignale, die beispielsweise eine Freigabe des Antriebs, den Status des Bremspedals, den Status des Fahrpedals und den Zustand eines Wählhebels umfassen. Dabei kann die Freigabe des Antriebs beispielsweise mit Hilfe eines Zündschlüssels erfolgen, der Wählhebel kann beispielsweise die Fahrtrichtung und Parkfunktion auswählen, das Fahrpedal die gewünschte Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit und das Bremspedal eine gewünschte Verzögerung. Die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie bestimmt dabei das Sollmoment für einen oder mehrere Elektromotoren 8, wozu im Allgemeinen auch die aktuellen Grenzmomente, insbesondere das maximale motorische Drehmoment und das maximale generatorische Drehmoment benötigt werden. Diese werden an die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie von einer Motorsteuerung 7 eines oder mehrerer Elektromotoren 8 übermittelt. Weiterhin erhält die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie Informationen über die Grenzströme der Batterieeinheiten BE, die beispielsweise in der Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE aufsummiert und über die Einheit 5 zur Regelung der Traktionsnetzspannung UZK an die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie übermittelt werden. Hieraus berechnet die Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie die insgesamt resultierenden Grenzmomente. Wird beispielsweise die Traktionsnetzspannung UZK des Elektrofahrzeugs frei gewählt, so ist für die Berechnung der resultierenden Grenzmomente gegebenenfalls zusätzlich die aktuelle Traktionsnetzspannung UZK zu berücksichtigen.The unit 6 For controlling the driving strategy processes thereby drive-specific input signals, which include, for example, a release of the drive, the status of the brake pedal, the status of the accelerator pedal and the state of a selector lever. The release of the drive can be done for example by means of an ignition key, the selector lever can select, for example, the direction and parking function, the accelerator pedal the desired acceleration or speed and the brake pedal a desired delay. The unit 6 to control the driving strategy determines the target torque for one or more electric motors 8th which also generally requires the current limit torques, in particular the maximum motor torque and the maximum generator torque. These will be sent to the unit 6 for controlling the driving strategy of a motor control 7 one or more electric motors 8th transmitted. Continue to receive the unit 6 for controlling the driving strategy information about the limiting currents of the battery units BE, which for example in the unit 3 summed up to the management of the battery units BE and the unit 5 for controlling the traction network voltage U ZK to the unit 6 be transmitted to control the driving strategy. From this the unit calculates 6 to control the driving strategy the overall resulting marginal moments. If, for example, the traction network voltage U ZK of the electric vehicle is chosen freely, the current traction network voltage U ZK must optionally be taken into account for the calculation of the resulting limit torques.

Die Regelung der Traktionsnetzspannung UZK erfolgt in der Einheit 5 zur Regelung der Traktionsnetzspannung UZK, wobei der Sollwert UZKsoll der Traktionsnetzspannung UZK von der Einheit 6 zur Steuerung der Fahrstrategie ermittelt und übertragen wird. Dabei wird der Istwert der Traktionsnetzspannung UZK gemessen. Ein nicht dargestellter Regler berechnet den Sollsummenstrom der Batterieeinheiten BE ins Traktionsnetz und gibt diesen Sollsummenstrom an die Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE weiter. Als Vorsteuerwert für den nicht dargestellten Regler kann beispielsweise die aktuelle Motorleistung Pist verwendet werden. Im einfachsten Fall besteht der Sollsummenstrom dann aus einem Vorsteueranteil Pist/UZK und einem Regleranteil (UZKsoll – UZK) × Pfaktor, wobei Pfaktor die Steilheit des nicht dargestellten Reglers bestimmt.The regulation of the traction network voltage U ZK takes place in the unit 5 for regulating the traction network voltage U ZK , wherein the setpoint value U ZKsoll of the traction network voltage U ZK of the unit 6 is determined and transmitted to control the driving strategy. In this case, the actual value of the traction network voltage U ZK is measured. An unillustrated controller calculates the setpoint sum current of the battery units BE in the traction network and outputs this set total current to the unit 3 to the management of the battery units BE on. For example, the current engine power P ist can be used as pre-control value for the controller, not shown. In the simplest case, the setpoint sum current then consists of a precontrol component P ist / U ZK and a controller component (U ZKsoll - U ZK ) × P factor , wherein P factor determines the slope of the controller, not shown.

In der Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE sind mehrere Funktionen zusammengefasst. Eine Funktion umfasst das SOC-Management. Das SOC-Management sorgt einerseits dafür, dass beim Erreichen einer Austauschstation nur zulässig entladene Batterieeinheiten BE ausgetauscht werden, wobei sie andererseits sicherstellt, dass die Austauschstation erreicht wird, bevor das Elektrofahrzeug augrund mangelnder Energieversorgung liegen bleibt. Dazu kann beispielsweise die Anzahl n der Batterieeinheiten BE im Elektrofahrzeug auf mindestens zwei Gruppen aufgeteilt werden, wobei eine erste Gruppe für den nächsten Austausch vorgesehen ist und bevorzugt entladen wird und eine zweite Gruppe die Rolle einer Reserveenergieversorgung übernimmt und erst für den folgenden Austausch vorgesehen wird (Wechselpuffertechnik).In the unit 3 For the management of the battery units BE several functions are summarized. One feature includes SOC management. On the one hand, the SOC management ensures that only permitted discharged battery units BE are exchanged when an exchange station is reached, while on the other hand it ensures that the replacement station is reached before the electric vehicle remains lying due to a lack of energy supply. For this purpose, for example, the number n of the battery units BE in the electric vehicle can be divided into at least two groups, a first group being provided for the next exchange and preferably being unloaded, and a second group assuming the role of a reserve energy supply and being provided only for the following exchange ( alternating buffer technology).

Alternativ zur Wechselpuffertechnik können die Batterieeinheiten BE auch in drei Klassen eingeordnet werden, wobei die erste Klasse die Klasse ”leer”, die zweite Klasse die Klasse ”verwendet” und die dritte Klasse die Klasse ”voll” bezeichnet. Die Batterieeinheiten BE im Zustand ”verwendet” haben dabei im Allgemeinen nicht alle denselben SOC. Insbesondere kann der SOC auf eine vorgegebene Verteilung der SOC der einzelnen Batterieeinheiten BE geregelt werden. Eine mögliche Verteilung der SOC ist in 7 dargestellt, wobei der SOC über der Anzahl n der Batterieeinheiten BE dargestellt ist. Gleichzeitig ist in 7 eine beispielhafte Einteilung der Batterieeinheiten BE in die Klassen ”leer”, ”verwendet” und ”voll” in Abhängigkeit des SOC dargestellt. Eine Batterieeinheit, die einen vorbestimmten minimalen SOC unterschreitet, wechselt in den Zustand ”leer”. Bei Bedarf wechselt dafür eine Batterieeinheit von dem Zustand ”voll” in den Zustand ”verwendet”. Damit verschiebt sich die in 7 dargestellte Verteilungskurve – unterbrochen von Rekuperationsphasen – nach rechts, da die Anzahl der Batterieeinheiten BE im Zustand ”leer” kontinuierlich steigt. Bei einem Austauschvorgang an einer Austauschstation können dann beispielsweise alle Batterieeinheiten BE ausgetauscht werden, die gerade den Zustand ”leer” innehaben. Im Vergleich zur Wechselpuffertechnik sind so im Allgemeinen weniger Austauschstopps notwendig. Um positive Spitzenleistungen in dem Batteriesystem handhaben zu können, können beispielsweise die Batterieeinheiten BE im Zustand ”leer” nicht vollständig entladen werden, damit sie eventuell zu einer positiven Spitzenleistungsabgabe beitragen können. Ebenfalls können Batterieeinheiten BE im Zustand ”voll” beispielsweise auf 95% des maximal nutzbaren SOC geregelt werden, damit sie beispielsweise Spitzenrekuperationsleistungen aufnehmen können. Hierfür erlauben die bidirektionalen DC/DC-Wandler 1, über die die Batterieeinheiten BE an das Traktionsnetz ZK und damit auch miteinander gekoppelt sind, Restenergie aus einer Batterieeinheit im Zustand ”leer”, die nicht vollständig entladen ist, kurz vor dem Erreichen einer Austauschstation in andere Batterieeinheiten BE, die nicht zum Austauschen vorgesehen sind, zu übertragen (Umladen). Nach Übernahme von Batterieeinheiten BE im Zustand ”voll” nach einem Austauschvorgang kann deren Energie beispielsweise über die bidirektionalen DC/DC-Wandler 1 in Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”verwendet” einnehmen, übertragen werden. Diese Funktion kann beispielsweise durch einen speziellen Befehl ausgelöst werden, der über die Informations- und Bedienschnittstelle 4 erfolgt.As an alternative to change buffer technology, the battery units BE can also be classified into three classes, the first class having the class "empty", the second class the class "using" and the third class denotes the class "full". The battery units BE in the "used" state generally do not all have the same SOC. In particular, the SOC can be regulated to a predetermined distribution of the SOC of the individual battery units BE. A possible distribution of SOC is in 7 represented, wherein the SOC over the number n of the battery units BE is shown. At the same time is in 7 an exemplary division of the battery units BE in the classes "empty", "used" and "fully" depending on the SOC shown. A battery unit that falls below a predetermined minimum SOC changes to the state "empty". If necessary, a battery unit changes from the state "full" to the state "used". This shifts the in 7 shown distribution curve - interrupted by Rekuperationsphasen - to the right, since the number of battery units BE in the "empty" state continuously increases. In the case of an exchange process at an exchange station, it is then possible, for example, to exchange all the battery units BE which currently have the state "empty". Compared to the change buffer technology, fewer replacement stops are generally required. For example, in order to handle positive peak power in the battery system, the battery units BE in the "empty" state may not be fully discharged so that they may possibly contribute to a positive peak power output. Likewise, battery units BE in the "full" state can be regulated, for example, to 95% of the maximum usable SOC, so that they can absorb, for example, top recuperation services. The bidirectional DC / DC converters allow this 1 via which the battery units BE are coupled to the traction network ZK and thus also to each other, residual energy from a battery unit in the "empty" state, which is not completely discharged, shortly before reaching an exchange station in other battery units BE, which are not provided for replacement to transfer (reload). After taking over battery units BE in the "full" state after an exchange process, their energy can be generated, for example, via the bidirectional DC / DC converters 1 in battery units BE occupying the "used" state. This function can be triggered, for example, by a special command via the information and operator interface 4 he follows.

Weiterhin verfügt die Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE über Funktionen, die die Verteilung der SOC der verschiedenen Batterieeinheiten BE, insbesondere bei Fahrzeugantrieb, bei Rekuperation und bei Ladevorgängen an Bord, regeln. Diese Funktionen können beispielsweise aus mehreren Unterfunktionen bestehen. Eine erste Unterfunktion identifiziert dabei die Anzahl n der vorhandenen Batterieeinheiten BE im Elektrofahrzeug sowie deren technische Daten. Die technischen Daten umfassen dabei beispielsweise die Nennkapazität, die Nennspannung und insbesondere den SOC jeder Batterieeinheit. Eine zweite Unterfunktion berechnet eine Ist-SOC-Verteilung, beispielsweise indem sie alle vorhandenen Batterieeinheiten BE nach deren SOC sortiert. Eine weitere Unterfunktion bestimmt eine Soll-SOC-Verteilungsfunktion. Diese kann beispielsweise konstant sein, sie kann beispielsweise auch von der Zahl vorhandener Batterieeinheiten BE abhängen, sie kann z. B. von der gleitend ermittelten mittleren Antriebsleistung abhängen, sie kann bei Annäherung an eine Austauschstation steiler gewählt werden. Eine weitere Unterfunktion passt die Ist-SOC-Verteilung an die ermittelte Soll-SOC-Verteilung beispielsweise durch einen Verschiebungsparameter an, so dass sich, über alle Batterieeinheiten BE aufsummiert, eine möglichst geringe Betragsdifferenz zwischen der Soll-SOC-Verteilung und der Ist-SOC-Verteilung ergibt. Eine weitere Unterfunktion teilt die vorhandenen Batterieeinheiten BE in die Zustände ”leer”, ”verwendet” und ”voll” auf, wobei die Einteilung entweder aufgrund der Soll- oder aufgrund der Ist-SOC-Verteilung erfolgen kann. Eine weitere Unterfunktion der Einheit 3 zum Management der Batterieeinheiten BE ermittelt die Summengrenzströme durch beispielsweise Aufsummieren des maximalen bzw.Furthermore, the unit has 3 for the management of the battery units BE via functions that regulate the distribution of the SOC of the various battery units BE, in particular in the case of vehicle drive, during recuperation and during charging operations on board. For example, these functions may consist of several subfunctions. A first sub-function identifies the number n of the existing battery units BE in the electric vehicle and their technical data. The technical data include, for example, the rated capacity, the nominal voltage and in particular the SOC of each battery unit. A second subfunction calculates an actual SOC distribution, for example by sorting all existing battery units BE according to their SOC. Another subfunction determines a desired SOC distribution function. This can for example be constant, it may for example also depend on the number of existing battery units BE, they can, for. B. depend on the slidably determined average drive power, it can be steeper when approaching an exchange station. Another subfunction adjusts the actual SOC distribution to the determined target SOC distribution, for example, by a displacement parameter, so that, summed over all battery units BE, the smallest possible difference in magnitude between the desired SOC distribution and the actual SOC Distribution results. Another subfunction divides the existing battery units BE into the states "empty", "used" and "full", wherein the division can be made either on the basis of the desired or due to the actual SOC distribution. Another subfunction of the unit 3 for management of the battery units BE determines the sum limit currents by, for example, adding up the maximum or

minimalen Grenzstroms aller vorhandenen Batterieeinheiten BE. Mit Hilfe des berechneten Werts der Summengrenzströme kann beispielsweise die Summen-Sollstrom-Anforderung einer übergeordneten Schicht begrenzt werden. Eine weitere Unterfunktion übernimmt die Umsetzung einer motorischen Summen-Sollstrom-Anforderung z. B. nach folgenden Prioritäten. Mit höchster Priorität werden Batterieeinheiten BE entladen, deren SOC oberhalb des Sollwerts für ”voll” liegt. Mit derselben oder der nächst kleineren Priorität werden Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”leer” einnehmen, bis zu einem vorbestimmen Minimum entladen, wenn ein entsprechender Befehl über die Informations- und Bedienschnittstelle 4 übermittelt wird. Dieser Befehl kann beispielsweise während der Anfahrt an eine Austauschstation erfolgen. Mit der nächst kleineren Priorität werden diejenigen Batterieeinheiten BE entladen, deren Differenz zwischen aktuellem State of Charge SOCist und einem gewünschten State of Charge SOCsoll am größten ist. Sind dabei alle Batterieeinheiten BE, die eine positive Differenz zwischen der jeweils momentanen SOCist und dem gewünschten SOCsoll aufweisen, bis zu ihrem Grenzstrom belastet und die Summen-Sollstrom-Anforderung ist noch nicht erfüllt, so wird der Rest der Summen-Sollstrom-Anforderung auf noch nicht bis zum Grenzstrom belastete Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”verwendet” einnehmen, verteilt. Ist die Summen-Sollstrom-Anforderung weiterhin nicht erfüllt, wird der verbleibende Rest der Summen-Sollstrom-Anforderung in einem ersten Fall (Fall d) entweder auf die Batterieeinheiten BE verteilt, die den Zustand ”voll” einnehmen oder in einem zweiten Fall (Fall e) auf Batterieeinheiten BE verteilt, die den Zustand ”leer” einnehmen oder in einem dritten Fall (Fall f) mit gleicher Priorität auf Batterieeinheiten BE, die den Zustand „voll” und den Zustand „leer” einnehmen, verteilt, wobei die Batterieeinheiten BE jeweils nur bis zum Grenzstrom belastet werden. Ist die Summen-Sollstrom-Anforderung dann immer noch nicht erfüllt, wird der Rest der Summen-Sollstrom-Anforderung mit niedrigster Priorität im ersten Fall (Fall d) auf die Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”leer” einnehmen bzw. im zweiten Fall (Fall e) auf die Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”voll” einnehmen, verteilt. In einer weiteren Unterfunktion der Batterieeinheitsmanagementschicht erfolgt die Umsetzung einer generatorischen Summen-Sollstrom-Anforderung z. B. nach folgenden Prioritäten. Mit höchster Priorität werden die Batterieeinheiten BE geladen, die von einem Austausch ausgeschlossen sind und die noch Energie aufnehmen können. Mit nächster Priorität werden die Batterieeinheiten BE geladen, deren SOC unterhalb des Sollwerts für den Zustand ”leer” liegt. Dies erfolgt jedoch nur dann, wenn nicht der Befehl zum vollständigen Entleeren bis zum zulässigen Minimum besteht, z. B. wegen Annäherung an eine Austauschstation. Mit nächster Priorität werden diejenigen Batterieeinheiten BE geladen, deren Differenz von einem gewünschten State of Charge SOCsol und der jeweiligen momentanen State of Charge SOCist am größten ist. Hierbei erfolgt der Ladevorgang jedoch nur im Rahmen der zulässigen Stromgrenzen. Sind alle Batterieeinheiten BE mit positiver Differenz zwischen SOCsoll und SOCist bis zu ihrem Grenzstrom belastet und die generatorische Summen-Sollstrom-Anforderung ist noch nicht erfüllt, wird der Rest der generatorischen Summen-Sollstrom-Anforderung auf die noch nicht bis zu ihrem Grenzstrom belasteten Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”verwendet” einnehmen, verteilt. Ist die generatorische Summen-Sollstrom-Anforderung weiterhin nicht erfüllt, wird der Rest der generatorischen Summen-Sollstrom-Anforderung entweder (Fall A) auf die bis maximal zum Grenzstrom belasteten Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”voll” einnehmen, verteilt oder (Fall B) auf die bis maximal zum Grenzstrom belasteten Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”leer” einnehmen verteilt oder (Fall C) mit gleicher Priorität auf die Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”voll” und den Zustand ”leer”, einnehmen. Ist die generatorische Summen-Sollstrom-Anforderung dann immer noch nicht erfüllt, wird der Rest der generatorischen Summen-Sollstrom-Anforderung mit niedrigster Priorität im Fall A auf die Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”leer” einnehmen, bzw. im Fall B auf die Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”voll” einnehmen, verteilt. Die Unterfunktion zur Umsetzung einer generatorischen Summen-Sollstrom-Anforderung kann beispielsweise auch beim Laden der Batterieeinheiten BE außerhalb des Fahrbetriebs angewendet werden. Eine weitere Unterfunktion aktualisiert die Batterieeinheitszugehörigkeit zu den Klassen ”leer”, ”verwendet”, ”voll”. Eine weitere Unterfunktion realisiert das Entladen von Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”leer” einnehmen, bis zu deren zulässigen SOC-Minimum, wobei die durch das Entladen freiwerdende Energie in Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”verwendet” oder ”voll” einnehmen, gespeichert wird.minimum limiting current of all existing battery units BE. With the aid of the calculated value of the sum limit currents, for example, the sum desired current requirement of a higher-order layer can be limited. Another subfunction assumes the implementation of a motor sum demand current demand z. For example according to the following priorities. With highest priority, battery units BE are unloaded whose SOC is above the set value for "full". With the same or the next lower priority, battery units BE occupying the "empty" state are discharged to a predetermined minimum when commanded via the information and operation interface 4 is transmitted. This command can be done, for example, while driving to a replacement station. With the next lower priority those battery units BE are discharged, the difference between the current state of charge SOC and a desired state of charge SOC to the largest. Are all battery units BE, which is a positive difference between the respective current SOC and the desired SOC is intended to have, up to its limit current load, and the sum target current requirement is not yet met, the rest of the sums target current request is on not yet charged to the limit current battery units BE, which occupy the state "used" distributed. If the summed nominal current requirement continues to be not met, the remaining remainder of the summed nominal current requirement is in a first case (case d) ent distributed neither to the battery units BE, which occupy the state "full" or in a second case (case e) distributed to battery units BE occupying the state "empty" or in a third case (case f) with equal priority on battery units BE , which occupy the state "full" and the state "empty" distributed, wherein the battery units BE are charged only up to the limit current. If the sum target current request is then still not met, the remainder of the lowest priority summation target current request in the first case (case d) becomes the battery units BE occupying the state "empty" or in the second case ( Case e) distributed to the battery units BE, which occupy the state "full". In another subfunction of the battery unit management layer, the conversion of a generator setpoint nominal current request z. For example according to the following priorities. The battery units BE are charged with the highest priority, which are excluded from a replacement and can still absorb energy. With the next priority, the battery units BE are loaded whose SOC is below the setpoint for the "empty" state. However, this is done only if not the command for complete emptying to the allowable minimum exists, for. B. because of approach to a replacement station. With the next priority, those battery units BE are loaded whose difference from a desired state of charge SOC sol and the respective current state of charge SOC is greatest. However, the charging process takes place only within the limits of the permissible current limits. If all battery units BE with a positive difference between SOC soll and SOC is loaded up to their limit current and the generator setpoint current requirement is not yet met, the rest of the generator setpoint nominal current requirement is not yet charged to its limit current Battery units BE, which occupy the state "used" distributed. If the generator setpoint desired current requirement is still not met, the remainder of the generator setpoint desired current requirement is either distributed (case A) to the battery units BE subjected to maximum load to the limit current which occupy the state "full" or (case B ) distributed to the maximum up to the limit current charged battery units BE occupying the state "empty" or distributed (case C) with equal priority to the battery units BE, the state "full" and the state "empty" occupy. If the regenerative sum target current request is still not met, the remainder of the lowest priority generator setpoint current request in case A will be applied to the battery units BE that occupy the "empty" state or, in the case of B, to the Battery units BE, which occupy the state "full" distributed. The sub-function for the implementation of a generator setpoint desired current requirement can for example be applied when charging the battery units BE outside the driving operation. Another sub-function updates the battery unit affiliation to the classes "empty", "used", "full". Another sub-function realizes the discharge of battery units BE, which occupy the state "empty", up to their permissible SOC minimum, wherein the energy released by the discharge stored in battery units BE, the state "used" or "full" becomes.

Die Informations- und Bedienschnittstelle 4, die z. B. als Erweiterung eines Radio-Navigation-Geräts implementiert sein kann, stellt einem Fahrzeugführer über mehrere Unterfunktionen Möglichkeiten zur Verfügung, die Energieversorgung eines Traktionsnetzes ZK aus austauschbaren Batterieeinheiten BE zu steuern. Insbesondere umfasst die Informations- und Bedienschnittstelle 4 folgende Unterfunktionen. Eine erste Unterfunktion realisiert eine Anzeige des Ladezustands des Energiespeichers. Dazu kann beispielsweise der Mittelwert des SOC über alle vorhandenen Batterieeinheiten BE und/oder der Mittelwert des SOC über alle bestückbaren Batterieeinheiten BE z. B. als Zahl, als Balken oder als Zeigerinstrument angezeigt werden. Hierbei kann zum Beispiel der SOC von nicht bestückten Batterieeinheiten BE mit Null bei der Mittelwertbildung berücksichtigt wird. Weiterhin kann auch eine grafische Darstellung aller bestückbaren Batterieeinheiten BE des Elektrofahrzeugs angezeigt werden. Diese grafische Darstellung kann beispielsweise für alle vorhandenen Batterieeinheiten BE den aktuellen SOC-Wert darstellen und für nicht bestückte Batterieeinheiten BE die Information, dass diese Batterieeinheiten BE nicht bestückt sind. Weiterhin können beispielsweise momentane Energieflüsse zwischen den vorhandenen Batterieeinheiten BE und dem oder den Elektromotoren 8 und gegebenenfalls weiteren an das Traktionsnetz ZK angeschlossenen Einheiten dargestellt werden. In einer weiteren Unterfunktion realisiert die Informations- und Bedienschnittstelle 4 eine Anzeige der noch möglichen Fahrstrecke und/oder der noch möglichen Fahrzeit, bis alle vorhandenen Batterieeinheiten BE vollständig entladen und/oder bis eine Reserveenergie über alle vorhandenen Batterieeinheiten BE erreicht ist. Eine Berechnung der noch möglichen Fahrstrecke und/oder Fahrzeit kann beispielsweise aus dem bisherig mittleren Energieverbrauch und den in den vorhandenen Batterieeinheiten BE noch zur Verfügung stehenden Energie berechnet werden. In einer weiteren Unterfunktion kann der Fahrzeugführer beispielsweise eine gewünschte Größe der Reserveenergie eingeben. Dabei ist es beispielsweise auch möglich, eine gewünschte Reservefahrstrecke einzugeben, die dann in eine entsprechende Reserveenergie der Batterieeinheiten BE umgerechnet wird. Die Eingabe kann sich dabei beispielsweise auf die Anzahl der bestückbaren Batterieeinheiten BE oder die Anzahl der vorhandenen Batterieeinheiten BE beziehen. In einer weiteren Unterfunktion kann der Fahrzeugführer z. B. Fahrziel und gegebenenfalls Wegpunkte in ein Navigationssystem eingeben, wobei die Unterfunktion mit Kenntnis der Lage von Austauschstationen eine Route berechnet und über das Navigationssystem anzeigt. Die Route kann dabei beispielsweise unter der Randbedingung berechnet werden, dass die Zahl der anzufahrenden Austauschstationen minimiert wird. Weiterhin kann in die Berechnung der Route weiterhin die Auslastung der Austauschstation, die z. B. über Daten-Rundfunk oder Daten-Telefon erlangt werden kann, einfließen. Weiterhin kann eine Korrektur der Route während der Fahrt erfolgen, beispielsweise wenn sich die Auslastung von Austauschstationen und/oder der geschätzte Energieverbrauch geändert hat. Weiterhin kann eine Änderung der Route berechnet werden, indem aktuelle Stauinformationen einbezogen werden. Eine weitere Unterfunktion ermöglicht dem Fahrzeugführer beispielsweise bei Annäherung an eine Austauschstation einen Umladevorgang von Energie aus auszutauschenden Batterieeinheiten BE in Batterieeinheiten BE, die im Elektrofahrzeug verbleiben, anzustoßen. Alternativ kann der Umladevorgang auch automatisch mit Hilfe von Informationen des Navigationssystems ausgelöst werden. Eine weitere Unterfunktion ermöglicht dem Fahrzeugführer zu spezifizieren, welche Batterieeinheiten BE an einer Austauschstation abzugeben sind und welche Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE mit geladenen Batterieeinheiten BE bestückt werden. Hierbei sind mehrere Alternativen möglich. In einer ersten Alternative bestimmt der Fahrzeugführer nur die Differenz zwischen abgegebenen und aufgenommenen Batterieeinheiten BE. In einer zweiten Alternative bestimmt der Fahrer die Gesamtzahl der Batterieeinheiten BE, die nach dem Tausch vorhanden sein sollen. In einer dritten Alternative bestimmt der Fahrer für jede einzelne Vorrichtung zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE, ob die Batterieeinheit BE dieser Vorrichtung zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE abgegeben wird und ob in dieser Vorrichtung zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE eine geladene Batterieeinheit BE übernommen wird. Gegebenenfalls kann der Fahrzeugführer auch Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE für jeglichen Austausch sperren.The information and user interface 4 that z. B. can be implemented as an extension of a radio navigation device, provides a driver over several sub-functions options to control the power supply of a traction network ZK from removable battery units BE. In particular, the information and operator interface comprises 4 the following subfunctions. A first subfunction realizes an indication of the state of charge of the energy store. For this purpose, for example, the average value of the SOC on all existing battery units BE and / or the average value of the SOC over all equippable battery units BE z. As a number, as a bar or as a pointer instrument. In this case, for example, the SOC of unequipped battery units BE with zero in the averaging is taken into account. Furthermore, a graphical representation of all equippable battery units BE of the electric vehicle can be displayed. This graphical representation can, for example, represent the current SOC value for all existing battery units BE and the information that these battery units BE are not populated for unequipped battery units BE. Furthermore, for example, instantaneous energy flows between the existing battery units BE and the one or more electric motors 8th and possibly further units connected to the traction network ZK. The information and operator interface implements in another subfunction 4 an indication of the still possible route and / or the still possible travel time until all existing battery units BE completely discharged and / or until a reserve energy is achieved over all existing battery units BE. A calculation of the still possible travel distance and / or travel time can be calculated, for example, from the previously average energy consumption and the energy still available in the existing battery units BE. In another sub-function, the driver may, for example, enter a desired amount of reserve energy. It is also possible, for example, to enter a desired reserve distance, which is then converted into a corresponding reserve energy of the battery units BE. The input may relate, for example, to the number of battery units BE that can be fitted or the number of battery units BE present. In another Un terfunktion can the driver z. B. destination and possibly enter waypoints in a navigation system, the sub-function with knowledge of the location of exchange stations calculates a route and displays the navigation system. The route can be calculated, for example, under the boundary condition that the number of exchange stations to be approached is minimized. Furthermore, in the calculation of the route, the utilization of the exchange station, the z. B. via data broadcasting or data telephone can be obtained. Furthermore, a correction of the route during the journey may take place, for example if the utilization of exchange stations and / or the estimated energy consumption has changed. Furthermore, a change of the route can be calculated by including current congestion information. Another sub-function allows the driver, for example, when approaching a replacement station, a recharging of energy to be exchanged battery units BE in battery units BE, which remain in the electric vehicle to trigger. Alternatively, the transshipment process can also be triggered automatically with the aid of information from the navigation system. Another sub-function allows the driver to specify which battery units BE are to be delivered to a replacement station and which devices for receiving battery units BE are equipped with charged battery units BE. Here are several alternatives possible. In a first alternative, the driver only determines the difference between the battery units BE and the battery packs BE delivered. In a second alternative, the driver determines the total number of battery units BE that should be present after the exchange. In a third alternative, the driver determines for each individual device for receiving battery units BE, whether the battery unit BE of this device for receiving battery units BE is discharged and whether in this device for receiving battery units BE, a charged battery unit BE is taken. Optionally, the driver may also lock devices for receiving battery units BE for any replacement.

In einer alternativen Ausführungsform erfolgt keine Interaktion des Fahrers bezüglich eines Austauschs von Batterieeinheiten mit der Informations- und Bedienschnittstelle 4. In diesem Fall sind zwei Alternativen für die Bestimmung der auszutauschenden Batterieeinheiten BE möglich. In einer ersten Alternative werden die Batterieeinheiten BE ausgetauscht, die den Zustand ”leer” einnehmen, und durch dieselbe Zahl an Batterieeinheiten BE ersetzt, die den Zustand ”voll” einnehmen. In einer zweiten Alternative erfolgt der Austausch von Batterieeinheiten BE an einer Austauschstation routenbasiert. Dabei werden die Batterieeinheiten BE abgegeben, die den Zustand ”leer” einnehmen. Aufgenommen werden so viele Batterieeinheiten BE, die den Zustand ”voll” einnehmen, dass die nächste geplante Austauschstation gegebenenfalls mit einer Reserveenergie sicher erreicht werden kann. In einer weiteren Unterfunktion ermöglicht die Informations- und Bedienschnittstelle 4 eine Kommunikation mit einer Austauschstation. Dabei kann beispielsweise die Lage der Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE für abzugebende und aufzunehmende Batterieeinheiten BE über eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise einen Nahbereichsfunk, an die Austauschstation übertragen werden. Die Lage der Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE kann beispielsweise relativ zu einem Referenzpunkt am Elektrofahrzeug erfolgen. Weiterhin können an den Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten oder an den Batterieeinheiten BE Marker, beispielsweise Leuchtdioden, die an einer Austauschstation über beispielsweise die Informationsübertragung zwischen der Batterieeinheit BE und dem Fahrzeugkommunikationssystem aktiviert werden, vorhanden sein, die durch eine Batterieeinheitsaustauschvorrichtung der Austauschstation geortet werden können. Soweit vorhanden, erfolgt über die Kommunikation mit der Austauschstation ebenfalls die Freigabe von vorhandenen Abdeckungen der Vorrichtungen zur Aufnahme von Batterieeinheiten BE und gegebenenfalls der mechanischen Verriegelungen der Batterieeinheiten BE, die z. B. als Diebstahlschutz dienen. Weiterhin können über die Kommunikation mit der Austauschstation z. B. Abrechnungsdaten, wie z. B. Energiekosten, Leihgebühr, Pfandkosten und Kontodaten oder Kreditkartennummern des Fahrzeugführers übertragen werden.In an alternative embodiment, there is no interaction of the driver with respect to an exchange of battery units with the information and user interface 4 , In this case, two alternatives for the determination of the exchanged battery units BE are possible. In a first alternative, the battery units BE are replaced, which occupy the state "empty", and replaced by the same number of battery units BE, which occupy the state "full". In a second alternative, the exchange of battery units BE at a replacement station is route-based. In this case, the battery units BE are delivered, which occupy the state "empty". So many battery units BE are taken, which assume the condition "full", that the next planned replacement station can be safely reached, if necessary with a reserve energy. In another sub-function allows the information and user interface 4 a communication with an exchange station. In this case, for example, the position of the devices for receiving battery units BE for battery units BE to be dispensed and to be received can be transmitted to the replacement station via a communication interface, for example a short-range radio. The location of the devices for receiving battery units BE can be done for example relative to a reference point on the electric vehicle. Furthermore, markers, for example light-emitting diodes, which are activated at an exchange station via, for example, the information transmission between the battery unit BE and the vehicle communication system can be present on the devices for receiving battery units or on the battery units BE, which can be located by a battery unit replacement device of the replacement station. If available, via the communication with the replacement station also the release of existing covers of the devices for receiving battery units BE and possibly the mechanical interlocks of the battery units BE, the z. B. serve as theft protection. Furthermore, about the communication with the exchange station z. B. billing data such. B. energy costs, rental fees, deposit costs and account data or credit card numbers of the driver are transmitted.

Zum Schutz vor Diebstahl oder missbräuchlicher Verwendung von Batterieeinheiten BE kann beispielsweise jeder Batterieeinheit BE eine individuelle Nummer, beispielsweise analog zu MAC-Adressen bei Ethernet-Schnittstellen zugeordnet werden. Vorzugsweise sind diese individuellen Nummern mit 64 Bit codiert und existieren weltweit nur einmalig. Die Erfassung der individuellen Nummer kann dabei beispielsweise über ein an der Batterieeinheit BE manipulationsgeschützt befestigten RFID-Tag erfolgen. Weiterhin kann die Batterieeinheit BE eine Funktion beinhalten, die den Ladebetrieb und/oder Entladebetrieb einstellt, wenn z. B. für eine festgelegte Zeit und/oder eine festgelegte Anzahl von Lade- und Entladezyklen keine explizite Freigabe erfolgt ist. Eine Freigabe kann hierbei beispielsweise durch ein verschlüsseltes Datentelegramm erfolgen, das beispielsweise beim Laden an einer Austauschstation standardmäßig übertragen wird. In anderen Betriebsweisen kann ein solches Datentelegramm z. B. über ein Fahrzeugtelefon an einer Zertifizierungsstelle abgefragt werden.To the Protection against theft or misuse of Battery units BE, for example, each battery unit BE an individual number, for example analogous to MAC addresses assigned to Ethernet interfaces. Preferably These individual numbers are coded with 64 bits and exist worldwide only one-time. The detection of the individual number can, for example, about a tamper-resistant attached to the battery unit BE RFID tag done. Furthermore, the battery unit BE may include a function, which adjusts the loading operation and / or unloading operation when z. B. for a fixed time and / or a fixed number Charging and discharging cycles have not been explicitly released. A release can be encrypted, for example Data telegram done, for example, when loading on a Transfer exchange station as standard becomes. In other modes, such a data telegram z. B. via a vehicle phone to a certification authority be queried.

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Claims (12)

Energiespeicher zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes (ZK) eines Elektrofahrzeugs, wobei der Energiespeicher mehrere austauschbare Batterieeinheiten (BE) umfasst, wobei mindestens eine Batterieeinheit (BE) über einen DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz (ZK) des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei der DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler (1) ausgeführt ist oder zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist.Energy storage for powering a traction network (ZK) of an electric vehicle, wherein the energy storage comprises a plurality of removable battery units (BE), wherein at least one battery unit (BE) is coupled via a DC / DC converter to the traction network (ZK) of the electric vehicle, wherein the DC / DC converter as bidirectional DC / DC converter ( 1 ) or comprises two monodirectional DC / DC converters whose energy transmission direction is opposite. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Bauteil, welches in einem ersten bidirektionalen DC/DC-Wandler (11) enthalten ist, und mindestens ein zweites Bauteil in mindestens einem weiteren bidirektionalen DC/DC-Wandler (12), welches die gleiche Funktion wie das erste Bauteil aufweist, zu einem Bauteil zusammengefasst sind.Energy store according to claim 1, characterized in that at least one first component, which in a first bidirectional DC / DC converter ( 11 ), and at least one second component in at least one further bidirectional DC / DC converter ( 12 ), which has the same function as the first component, are combined to form a component. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Bauteil, welches in einem ersten DC/DC-Wandler enthalten ist, und mindestens ein zweites Bauteil in mindestens einem weiteren DC/DC-Wandler, welches die gleiche Funktion wie das erste Bauteil aufweist, zu einem Bauteil zusammengefasst sind, wobei der erste und der weitere DC/DC-Wandler jeweils zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first component, which is contained in a first DC / DC converter, and at least one second component in at least one other DC / DC converter, which has the same function as the first component, to a component are summarized, wherein the first and the further DC / DC converter each comprises two monodirectional DC / DC converter whose energy transmission direction is opposite. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein DC/DC-Wandler als kontaktloser DC/DC-Wandler ausgeführt ist, wobei der kontaktlose DC/DC-Wandler zwei monodirektionale Flusswandler umfasst.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that at least one DC / DC converter as a contactless DC / DC converter is executed, wherein the non-contact DC / DC converter two includes monodirectional flux transducers. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein DC/DC-Wandler als kontaktloser DC/DC-Wandler ausgeführt ist, wobei der kontaktlose DC/DC-Wandler aus zwei Wandlerhälften aufgebaut ist, wobei eine erste Wandlerhälfte batterieeinheitsseitig und eine zweite Wandlerhälfte traktionsnetzseitig angeordnet sind, wobei die erste Wandlerhälfte als serienresonante oder parallelresonante oder hybridresonante oder nichtresonante Wandlerhälfte und die zweite Wandlerhälfte als serienresonante oder parallelresonante oder hybridresonante oder nichtresonante Wandlerhälfte ausgeführt ist.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that at least one DC / DC converter as a contactless DC / DC converter is executed, wherein the contactless DC / DC converter off two converter halves is constructed, wherein a first converter half Battery unit side and a second converter half traction network side are arranged, wherein the first converter half as a series resonant or parallel resonant or hybrid resonant or nonresonant Converter half and the second converter half as series resonant or parallel resonant or hybrid resonant or non-resonant converter half is executed. Energiespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wandlerhälfte gleichartig ausgeführt sind.Energy store according to claim 5, characterized in that that the first and the second converter half similar are executed. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein kontaktloser DC/DC-Wandler in einem Pulsbetrieb und/oder mit variabler Ansteuerfrequenz betrieben wird.Energy store according to one of the claims 4 to 6, characterized in that at least one contactless DC / DC converter in a pulse mode and / or variable drive frequency is operated. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein DC/DC-Wandler eine zusätzliche Informationsübertragung zwischen einem Kommunikationsnetzwerk des Elektrofahrzeugs und mindestens einer Batterieeinheit (BE) ermöglicht.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that at least one DC / DC converter has an additional Information transmission between a communication network of the electric vehicle and at least one battery unit (BE) allows. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zum Laden und/oder Entladen mindestens einer Batterieeinheit (BE) über einen Stromregler geregelt wird, der Werte aus mindestens einem batterieeinheitsseitig angeordneten Stromsensor und/oder Werte aus mindestens einem traktionsnetzseitig angeordneten Stromsensor auswertet.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the power for charging and / or discharging at least one battery unit (BE) via a current regulator is regulated, the values of at least one battery unit side arranged current sensor and / or values from at least one traction network side evaluates arranged current sensor. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zum Laden und/oder Entladen mindestens einer Batterieeinheit (BE) über eine reine Steuerung basierend auf Schätzwerten von übertragenen Pulsenergien gesteuert wird.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the power for charging and / or discharging at least one battery unit (BE) via a pure control based on estimates of transmitted pulse energies is controlled. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher eine Anzahl m von Vorrichtungen zur Aufnahme von baugleichen Batterieeinheiten (BE) umfasst, die eine Anzahl n von Batterieeinheiten (BE) aufnehmen, wobei die Anzahl n kleiner gleich der Anzahl m ist und jede aufgenommene Batterieeinheit (BE) über jeweils einen bidirektionalen DC/DC-Wandler (1) an das Traktionsnetz (ZK) des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei die bidirektionalen DC/DC-Wandler (1) gleichartig ausgeführt sind.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store comprises a number m of devices for accommodating identical battery units (BE), which receive a number n of battery units (BE), wherein the number n is less than or equal to the number m each recorded battery unit (BE) via a bidirectional DC / DC converter ( 1 ) is coupled to the traction network (ZK) of the electric vehicle, wherein the bidirectional DC / DC converters ( 1 ) are executed similarly. Steuerung zur Energieversorgung eines Traktionsnetzes (ZK) eines Elektrofahrzeugs über einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher mehrere austauschbare Batterieeinheiten (BE) umfasst, wobei mindestens eine Batterieeinheit (BE) über einen DC/DC-Wandler an das Traktionsnetz (ZK) des Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wobei der DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler (1) ausgeführt ist oder zwei monodirektionale DC/DC-Wandler umfasst, deren Energieübertragungsrichtung entgegengesetzt ist, wobei eine Regelung der Sollströme der Batterieeinheiten (BE) über eine Einheit (2) zur Regelung der DC/DC-Wandler erfolgt.Control system for supplying power to a traction network (ZK) of an electric vehicle via an energy store, the energy store comprising a plurality of exchangeable battery units (BE), wherein at least one battery unit (BE) is coupled to the traction network (ZK) of the electric vehicle via a DC / DC converter, wherein the DC / DC converter as bidirectional DC / DC converter ( 1 ) or comprises two monodirectional DC / DC converters whose energy transmission direction is opposite, wherein a regulation of the nominal currents of the battery units (BE) via a unit ( 2 ) for controlling the DC / DC converter.
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