Modulares Lithium-Ionen-Batteriesystem für Nutzfahrzeuge mit hocheffizienter integrierter Leistungselektronik

Abstract:
Durch die fortschreitende Elektrifizierung von Straßenfahrzeugen und den damit verbundenen gestiegenen Forschungsund Entwicklungsarbeiten werden immer größere Leistungs- und Energiedichten bei den Akkumulatoren erreicht. In diesem Bericht wird ein modulares Batteriesystem vorgestellt, mit dem es möglich ist, anwendungsspezifische Energiespeicher aufzubauen. Die Anforderung der Modularität an das Gesamtsystem gilt gleichermaßen für die notwendige Infrastruktur, respektive die Ladeelektronik. Deswegen ist hier eine Topologie, bei der jeder Einzelzelle im Batteriestack eine leistungselektronische Komponente zugeordnet ist, gewählt worden. Diese Leistungselektronik übernimmt sämtliche Funktionen die für einen sicheren Betrieb der Batterie notwendig sind, wie z. B. Überwachung der Zellspannung und Temperatur. Im normalen "Plugin-Ladebetrieb" stellt die gleiche Leistungselektronik eine Ladeleistung von 1 kW pro Einzelzelle zur Verfügung. Im "Dynamic-Balancing-Mode" erfolgt die Versorgung der Leistungselektronik jeder Einzelzelle aus der Gesamtbatteriespannung. Die Zellen mit den geringsten Energieinhalten können bei dieser Architektur von dem Gesamtpack während des Betriebs des Fahrzeuges gestützt werden, wodurch der Energieinhalt der in Serie verschaltenden Zellen optimal genutzt werden kann. Besonders die hohe Betriebsverfügbarkeit von Nutzfahrzeugen stellt eine große Herausforderung an das Batteriesystem dar. Durch die Integration der Leistungselektronik in die Einzelzelle kann diese Betriebsverfügbarkeit deutlich verbessert werden.