AT528220A4 - Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung - Google Patents
Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten SpannungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung, umfassend: eine Mehrzahl von Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit jeweils einem positiven Pol (20a-d) und einem negativen Pol (20e-h); einen Niedervoltanschluss (14) zur Bereitstellung der ersten Spannung; und einen Ladeanschluss (16) zum Laden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit der zweiten Spannung, wobei jeder der positiven Pole (20a-d) über jeweils eine positive Parallel-Schalteinrichtung (18a-18d) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar verbindbar ist und jeder der negativen Pole (20e-h) über jeweils eine negative Parallel-Schalteinrichtung (18e-18h) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar verbindbar ist; gekennzeichnet durch Polverbindungsleitungen (24a-24c), welche die Batterieeinrichtungen (12a-12d) durch Verbindung jeweils eines positiven Pols (20a-d) mit einem negativen Pol (20e-h) über jeweils eine Reihen-Schalteinrichtung (22a-22c) schaltbar zu einer Reihenschaltung verbinden, sodass zwei Pole (20a-h) von randliegenden Batterieeinrichtungen (12a-12d) Reihenschaltungspole (26a, 26b) der Reihenschaltung bilden, wobei die Reihenschaltungspole (26a, 26b) mit dem Ladeanschluss (16) verbunden sind.
Description
Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und
zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten
Spannung.
Die vorliegende Erfindung beruht auf bekannten Systemen zur elektrischen Energieversorgung eines batterieelektrischen Fahrzeugs mit Niederspannung.
Üblicherweise werden hierzu 48V eingesetzt.
In Niederspannungs-Batteriesystemen ist es jedoch von Nachteil, dass die Aufladung
aufgrund der geringen Spannung eine lange Zeit in Anspruch nimmt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise
die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise ein Batteriesystem bereitzustellen, welches Fahrzeuge mit einer
Niedervolt-Spannung versorgen und schnell geladen werden kann.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise
werden kann.
Erfindungsgemäß soll ein Batteriesystem die Bereitstellung einer Niederspannung
und eine Schnellaufladung ermöglichen.
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Ein solches Batteriesystem umfasst eine Mehrzahl von Batterieeinrichtungen mit jeweils einem positiven Pol und einem negativen Pol, einen Niedervoltanschluss zur Bereitstellung der ersten Spannung und einen Ladeanschluss zum Laden der Batterieeinrichtungen mit der zweiten Spannung. Dabei ist jeder der positiven Pole über jeweils eine positive Parallel-Schalteinrichtung mit dem Niedervoltanschluss schaltbar verbindbar. Genauso ist auch jeder der negativen Pole über jeweils eine negative Parallel-Schalteinrichtung mit dem Niedervoltanschluss schaltbar verbindbar. Das Batteriesystem umfasst außerdem Polverbindungsleitungen, welche die Batterieeinrichtungen durch Verbindung jeweils eines positiven Pols mit einem negativen Pol über jeweils eine Reihen-Schalteinrichtung schaltbar zu einer Reihenschaltung verbinden, sodass zwei Pole von randliegenden Batterieeinrichtungen Reihenschaltungspole der Reihenschaltung bilden. Die
Reihenschaltungspole sind mit dem Ladeanschluss verbunden.
Um das Batteriesystem trotz niedriger Ausgangsspannung am Niedervoltanschluss mit Gleichstrom schnell laden zu können, vorzugsweise per Schnellladefunktion, kann die Batterie für den Zeitraum des Ladevorgangs in eine Hochvoltbatterie
umgeschaltet werden. Mit diesem Vorgehen werden mehrere Vorteile erreicht.
Zunächst bleiben die Einsatzmöglichkeit eines Niedervoltsystems bestehen. In einem Fahrzeug, in welchem das Batteriesystem eingesetzt wird, können Bauteile eingesetzt werden, die geringe Komponentenkosten im Vergleich zu solchen haben, die in Zusammenhang mit einem Hochvoltsystem eingesetzt werden müssen. Gleichzeitig sind die Komponenten, die für eine umschaltbare Batterie benötigt werden günstiger als mehrere On-Board-Charger oder ein DCDC-Wandler, mit denen eine ähnliche Funktionalität erreicht werden kann. Ferner ist die
Ladegeschwindigkeit gegenüber bekannten Niedervoltsystemen erhöht.
Der Kerngedanke eines erfindungsgemäßen Batteriesystems liegt darin, dass die Funktionalität des Niedervoltsystems eine Niedervoltspannung am Niedervoltanschluss bereitzustellen nicht dadurch unterbrochen wird, dass gleichzeitig die Batterieeinrichtungen des Batteriesystems zu einer Reihenschaltung
verbunden und mit einer Hochspannung geladen werden.
Batterieeinrichtungen können Batteriezellen oder Batteriemodule sein. Der Niedervoltanschluss ist zur Bereitstellung der ersten Spannung eingerichtet. Er kann hierzu einen Steckverbinder aufweisen oder fest mit den zu versorgenden Einrichtungen verbunden sein. Der Ladeanschluss umfasst vorzugsweise eine Steckverbindung, die es ermöglicht, das Fahrzeug mit einer externen Stromquelle zu verbinden. Der Ladeanschluss dient dazu, elektrische Energie für das Laden der Fahrzeugbatterie bereitzustellen und ist vorzugsweise mit Sicherheitsfunktionen ausgestattet, um einen sicheren Ladevorgang zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist der Ladeanschluss auch mit einem Versorgungsanschluss verbunden. Hierdurch wird ermöglicht, das Fahrzeug während des Betriebs und/oder während des Ladevorgangs mit Hochspannung zu versorgen. Die Parallel-Schalteinrichtungen sind Schalteinrichtungen, welche zur Parallelschaltung der Batterieeinrichtungen dienen und die Batterieeinrichtungen schaltbar mit dem Niedervoltanschluss verbinden. Die Präfixe positiv und negativ dienen dabei lediglich der Unterscheidung, ob die Parallel-Schalteinrichtungen mit dem positiven oder dem negativen Pol der Batterieeinrichtungen verbunden sind. Die Polverbindungsleitungen verbinden jeweils einen positiven Pol einer Batterieeinrichtung mit einem negativen Pol einer anderen Batterieeinrichtungen. Die Polverbindungsleitungen sind dabei außerdem über eine Reihen-Schalteinrichtung schaltbar, sodass wenn die ReihenSchalteinrichtungen geschlossen sind, die Batterieeinrichtungen zu einer Reihenschaltung verbunden sind. Hierbei sind zwei der Batterieeinrichtungen des Batteriesystems mit jeweils nur einer weiteren Batterieeinrichtungen über die Polverbindungsleitungen verbunden, während die anderen Batterieeinrichtungen jeweils mit zwei weiteren Batterieeinrichtungen über die Polverbindungsleitungen verbunden. Die mit nur einer weiteren Batterieeinrichtung verbundenen Batterieeinrichtungen werden als randliegende Batterieeinrichtungen bezeichnet, da sie das Ende der Reihenschaltung bilden. Hierdurch folgt, dass ein positiver Pol einer der beiden randliegenden Batterieeinrichtungen und ein negativer Pol der anderen randliegenden Batterieeinrichtungen nicht mit anderen Batterieeinrichtungen verbunden ist. Diese Pole werden als Reihenschaltungspole bezeichnet. Die Reihenschaltungspole sind vorzugsweise so mit dem Ladeanschluss verbunden, dass deren Anschlusspunkt zwischen der Batterieeinrichtungen und einer der
Parallel-Schalteinrichtungen angeordnet ist.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen
Batteriesystem die erste Spannung kleiner ist als die zweite Spannung.
Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn die erste Spannung 48 V beträgt. Hierdurch
ist eine einfache Integration in ein Fahrzeug Batteriesystem möglich.
Weitere Vorteile werden erzielt, wenn die zweite Spannung wenigstens 150 V beträgt. Haben die Batterieeinrichtungen jeweils eine Ausgangsspannung von 48 V, wird eine zweite Spannung zum Laden des Batteriesystems von wenigstens 150 V erzielt, wenn das Batteriesystem vier Batterieeinrichtungen aufweist, die erfindungsgemäß verschaltet sind. Mit einer derartigen Ladeleistung lässt sich die Ladezeit bereits deutlich reduzieren. Selbstverständlich sind auch höhere Werte für die zweite Spannung erreichbar. Hierzu kann eine größere Anzahl von Batterieeinrichtungen zum Batteriesystem zusammengeschaltet werden. In gleicher
Weise können kleinere Werte für die erste Spannung gewählt werden.
Als Reihen-Schalteinrichtungen und/oder Parallel-Schalteinrichtungen sind vorzugsweise Schütze vorgesehen. Besondere Vorteile werden erzielt, wenn die Reihen-Schalteinrichtungen und/oder die Parallel-Schalteinrichtungen Schütze mit Rückleitungen sind. Schütze mit Rückleitungen werden auch als sicherheitsgerichtete Schütze bezeichnet. Durch diese wird eine größere Sicherheit erzielt und es werden am Niedervoltanschluss Spannungen vermieden, die größer als die erste Ausgangsspannung sind, wodurch Fahrzeugkomponenten vor zu hohen
anliegenden Spannungen geschützt werden.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Batteriesystem ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und der Niedervoltanschluss zumindest ein Thermalsystem des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Diese besondere Ausführungsform der Erfindung erzielt besondere Vorteile in temperaturkritischen Anwendungen. Insbesondere ist mit dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, das Batteriesystem mit der am Niedervoltanschluss anliegenden Spannung zu kühlen, während das Batteriesystem über den Ladeanschluss mit Gleichstrom geladen wird. Auch andere Thermalsysteme eines Fahrzeugs können durch die Erfindung unterbrechungsfrei betrieben werden.
Hierdurch lassen sich Fahrzeuge auch in schwierigen klimatischen Regionen
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komfortabler betreiben und es können Aufbauten von Fahrzeugen, die ein Kühlsystem aufweisen, unterbrechungsfrei betrieben werden. Bei Letzteren kann die
Integrität der Kühlkette gewährleistet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung mit einem Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend die Schritte:
Verbinden von einer ersten Batterieeinrichtung mit dem Niedervoltanschluss durch Schließen von je einer zur ersten Batterieeinrichtung zugehörigen positiven und negativen Parallel-Schalteinrichtung; und dadurch Bereitstellen der ersten Spannung
an dem Niedervoltanschluss;
Schließen der Reihen-Schalteinrichtungen zum Verbinden der Batterieeinrichtungen zu einer Reihenschaltung mit zwei Polen von randliegenden Batterieeinrichtungen, sodass die zwei Pole der randliegenden Batterieeinrichtungen Reihenschaltungspole der Reihenschaltung bilden, wobei die Reihenschaltungspole mit dem
Ladeanschluss verbunden sind; und dadurch Laden der Batterieeinrichtungen mit der
zweiten Spannung über den Ladeanschluss.
Als zu Batterieeinrichtungen zugehörige Parallel-Schalteinrichtungen, werden solche Parallel-Schalteinrichtungen bezeichnet, die direkt mit der jeweiligen Batterieeinrichtung verbunden sind, ohne, dass andere elektrische Bauteile zwischen diesen angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind zu Batterieeinrichtungen zugehörige Parallel-Schalteinrichtungen, diejenigen, welche die jeweilige Batterieeinrichtungen von dem Niedervoltanschluss trennen können und/oder die
jeweilige Batterieeinrichtungen mit dem Niedervoltanschluss verbinden können.
Bei dem Verfahren kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass es ferner den Schritt umfasst: Trennen einer ersten Batterieeinrichtung von dem Niedervoltanschluss durch Öffnen von der einen positiven und der einen negativen zur ersten
Batterieeinrichtung zugehörigen Parallel-Schalteinrichtung.
Mit dem Trennen einer ersten Batterieeinrichtung von dem Niedervoltanschluss kann die Funktionsweise der Batterieeinrichtung rein auf Aufladen beschränkt werden. Die
erste Batterieeinrichtung ist eine der Batterieeinrichtungen.
Ferner kann das Verfahren vorteilhafterweise durch den Schritt ergänzt werden: Verbinden von einer zweiten Batterieeinrichtung, die sich von der ersten Batterieeinrichtung unterscheidet, mit dem Niedervoltanschluss durch Schließen von je einer zur zweiten Batterieeinrichtung zugehörigen positiven und negativen Parallel-
Schalteinrichtung. Die zweite Batterieeinrichtung ist eine der Batterieeinrichtungen.
Hierdurch ist es möglich, die Versorgung des Niedervoltanschlusses über unterschiedliche Batterieeinrichtungen sicherzustellen. Die einzelnen Batterieeinrichtungen können jeweils für einen Zeitraum den Niedervoltanschluss mit der ersten Spannung versorgen und anschließend aufgeladen werden. Hierzu wird eine Batterieeinrichtung zunächst von dem Niedervoltanschluss getrennt, bevor eine andere Batterieeinrichtung mit dem Niedervoltanschluss verbunden wird. Die Reihenfolge ist einzuhalten, um keine für die am Niedervoltanschluss angeschlossenen Einrichtungen zu hohen Spannungen bereitzustellen. Hierdurch kann eine gleichmäßige Belastung aller Batterieeinrichtungen, während eines gleichzeitigen Auflade/-Entladevorgang erreicht werden. Die Batterieeinrichtungen können in einem hinsichtlich Degeneration möglichst vorteilhaften Ladezustand
gehalten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen
schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit mehreren
Batterieeinrichtungen in einer ersten Schalterstellung,
Fig. 2 das Batteriesystem von Figur 1, wobei der Niedervoltanschluss
mit elektrischer Leistung versorgt wird,
Figur 3 das Batteriesystem von Figur 1, wobei die Batterieeinrichtungen
in Reihe mit dem Ladeanschluss verschaltet sind, und
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Figur 4 das Batteriesystem von Figur 1 in einer Schalterstellung zum gleichzeitigem Laden und Entladen mit unterschiedlichen
Spannungen.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematisch ein Batteriesystem 10, welches zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Leistung eingerichtet ist in unterschiedlichen Schaltzuständen. Wird ein Fahrzeug durch eine Batteriesystem mit Energie versorgt wird, ist seine Gesamtleistung durch die Leistung des Batteriesystems begrenzt. Das Batteriesystem 10 ist aus vier Batterieeinrichtungen 12a-12d aufgebaut, welche durch Parallelschaltung die benötigte Systemspannung, die auch als erste Spannung bezeichnet wird, für das Fahrzeugsystem über den Niedervoltanschluss 14 bereitstellen. Im gezeigten Beispiel beträgt die erste
Spannung 48 V.
Da durch das Niedervoltsystem nicht nur die Antriebsleistungen, sondern auch die Ladeleistungen begrenzt sind, ist ein Nachteil bekannter Niedervoltsysteme, dass das Laden der Batterieeinrichtungen des Batteriesystems sehr lange dauert. Um dies zu umgehen, weist das Batteriesystem 10 einen Ladeanschluss 16, separat vom Niedervoltanschluss 14, auf, an welchem die Batterieeinrichtungen 12a-12d mit einer zweiten Spannung, die als Ladespannung dient und höher als die erste Spannung
ist, beaufschlagt werden kann.
In dem Batteriesystem 10 weist jede der Batterieeinrichtungen 12a-12d einen positiven Pol 20a-20d und einen negativen Pol 20e-20h auf. Jeder der positiven Pole 20a-20d ist über jeweils eine positive Parallel-Schalteinrichtung 18a-18d mit dem Niedervoltanschluss 14 schaltbar verbindbar. Genauso ist jeder der negativen Pole 20e-20h über jeweils eine negative Parallel-Schalteinrichtung 18e-18h mit dem Niedervoltanschluss 14 schaltbar verbindbar. Die Parallel-Schalteinrichtungen 18e18h sind vorzugsweise als Schütze, besonders bevorzugt als sicherheitsgerichtete
Schütze, ausgestaltet.
Zur Versorgung des Niedervolt-Fahrzeugsystems über den Niedervoltanschluss 14 sind dazu die einzelnen Batterieeinrichtungen 12a-12d wie in Figur 2 dargestellt
zueinander parallel geschaltet. Jede der Batterieeinrichtungen 12a-12d und das
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Fahrzeugsystem weisen die gleiche Spannung auf. Entsprechend sind die Batterieeinrichtungen 12a-12d durch entsprechende Parallel- und Reihenschaltungen von Teilmodulen oder einzelnen Zellen so ausgelegt, dass jede der Batterieeinrichtungen die gleiche Niedervolt-Spannung des Fahrzeugsystems aufweist. Der Ladeanschluss 16 und folglich das Ladesystem sind in diesem Zustand nicht versorgt.
Darüber hinaus weist das Batteriesystem 10 Polverbindungsleitungen 24a-24c auf. Diese verbinden jeweils einen positiven Pol 20a-20d einer bestimmten Batterieeinrichtung 12a-12d mit einem negativen Pol 20e-20h einer bestimmten anderen Batterieeinrichtung 12a-12d schaltbar verbunden. Im gezeigten Beispiel ist der positive Pol 20a einer ersten Batterieeinrichtung 12a mit dem negativen Pol 20f der zweiten Batterieeinrichtungen 12b über die Polverbindungsleitungen 24a verbunden. Mit einer Reihen-Schalteinrichtung 22a, die als sicherheitsgerichteter Schütz ausgestaltet ist, können der positive Pol 20a und der negativen Pol 20f elektrisch verbunden oder getrennt werden. In gleicher Weise fungieren die ReihenSchalteinrichtungen 24b und 24c, sodass die Batterieeinrichtungen 12a bis 12d bei geschlossenen Reihen-Schalteinrichtungen 22a bis 22c zu einer Reihenschaltung verschaltet werden können, wie in Figur 3 dargestellt ist. In dieser Reihenschaltung sind die erste Batterieeinrichtungen 12a und die vierte Batterieeinrichtungen 12d randliegende Batterieeinrichtungen, da jeweils nur einer ihrer Pole mit einer Polverbindungsleitung 24a, 24c verbunden ist. Die anderen zwei Pole 20e und 20d der randliegenden Batterieeinrichtungen 12a, 12d bilden Reihenschaltungspole 26a, 26b der Reihenschaltung, an denen die Summe der Spannungen der Batterieeinrichtungen 12a bis 12d anliegt. Durch die erhöhte Spannung kann ein Schnellladevorgang durchgeführt werden.
Um per elektrischem Signal zwischen diesen beiden Zuständen, insbesondere Hochvolt-Laden und Niedervolt-Entladen, zu schalten, verfügt das Batteriesystem 10 über die Parallel-Schalteinrichtungen 18a-18h und die Reihen-Schalteinrichtungen 22a-22c. Die Anzahl der Reihen-Schalteinrichtungen 22a-22c variiert dabei mit der Anzahl der Batterieeinrichtungen 12a-12d. Die Reihen-Schalteinrichtungen 22a-22c sind vorzugsweise als Schütze, besonders bevorzugt als sicherheitsgerichtete
Schütze, ausgestaltet.
Dabei können die Parallel-Schalteinrichtungen 18a-18h und die ReihenSchalteinrichtungen 22a-22c den beiden Funktionen Laden und Entladen zugeordnet werden, wobei die Parallel-Schalteinrichtungen 18a-18h zur Realisierung der Parallelschaltung aller Batterieeinrichtungen 12a bis 12d und die ReihenSchalteinrichtungen 22a-22c die Batterieeinrichtungen 12a bis 12d in Reihe verschalten und so den Ladeanschluss 16 versorgen.
Zum Entladen mit der ersten Spannung zur Versorgung des Fahrzeugsystems (nicht dargestellt) über den Niedervoltanschluss werden über die ParallelSchalteinrichtungen 18a-18d die Kathoden der Batterieeinrichtungen 12a-12d miteinander verbunden und durch die die Parallel-Schalteinrichtungen 18e-18h dessen Anoden. Die Gesamtstrom, der über den Niedervoltanschluss 14 des Batteriesystems 10 abgerufen wird, teilt sich entsprechend auf die einzelnen Module
auf.
Der Ladeanschluss 16 ist in diesem Zustand nicht komplett entkoppelt, sondern wird mit der Niedervoltspannung beaufschlagt. Dies kann vermieden werden, indem über zwei weitere Schalteinrichtungen (nicht dargestellt) der Ladeanschluss 16 von den randliegenden Batterieeinrichtungen 12a, 12d entkoppelt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Ladeanschluss 26 und einem oder vorzugsweise beiden der Reihenschaltungspole 26a, 26b jeweils ein Schütz (nicht gezeigt) angeordnet ist. Hierdurch ist ein spannungsfreies Schalten des Ladeanschlusses 16 bei Bereitstellung einer Spannung am Niedervoltanschluss 14
möglich.
In dem in Figur 3 dargestellten Schnellladefall werden die ReihenSchalteinrichtungen 22a-22c geschlossen, so dass die Batterieeinrichtungen 12a12d in Reihe geschaltet werden und am Ladeanschluss 16 des Batteriesystems 10 die summierte Spannung der einzelnen Batterieeinrichtungen 12a-12d anliegt. Der Niedervoltanschluss 14 des Batteriesystems 10 ist in diesem Zustand spannungsfrei. Das Fahrzeugsystem kann in diesem Schaltzustand somit nicht mit Energie versorgt
werden. Um gleichzeitig mit der zweiten Spannung zu Laden und mit Niedervolt-Last zu entladen, um das Fahrzeugsystem zu versorgen, wird das Batteriesystem 10 in dem
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in Figur 4 dargestellten Schaltzustand betrieben. Hierbei sind die ReihenSchalteinrichtungen 22a-22c geschlossen, um den Ladeanschluss 16 mit der
Reihenschaltung der Batterieeinrichtungen 12a-12d zu koppeln.
Um während des Schnellladevorgangs über den Ladeanschluss 16 dennoch Energie über den Niedervoltanschluss 14 bereitzustellen können die Batterieeinrichtungen
12a-12d einzeln zugeschaltet werden.
Durch Schließen von je einer positiven Parallel-Schalteinrichtung 18a und einer negativen Parallel-Schalteinrichtung 18e, die beide zur ersten Batterieeinrichtung 12a zugehörig sind, bleibt die erste Batterieeinrichtung 12a weiterhin in der Reihenschaltung und wird geladen, wird aber gleichzeitig über den Niedervoltanschluss 14 abgegriffen und kann so in geringem Maße das
Fahrzeugsystem mit elektrischer Energie versorgen.
Um während des Ladevorgangs keine Schräglast in dem Batteriesystem 10 zu erzeugen, indem beispielsweise die erste Batterieeinrichtung 12a einen erheblich geringeren Ladezustand aufweist als die restlichen Batterieeinrichtungen 12b-12d, können die Batterieeinrichtungen 12a-12d zyklisch über die jeweiligen ParallelSchalteinrichtungen 18a-18d durchgeschaltet werden. Hierzu wird zunächst die erste Batterieeinrichtung 12a von dem Niedervoltanschluss 14 durch Öffnen von der einen positiven Parallel-Schalteinrichtung 18a und der einen negativen ParallelSchalteinrichtung 18e, die jeweils zur ersten Batterieeinrichtung 12a zugehörig sind,
getrennt.
Anschließend wird eine zweiten Batterieeinrichtung 12b, die sich von der ersten Batterieeinrichtung 12a unterscheidet, mit dem Niedervoltanschluss 14 durch Schließen von je einer positiven Parallel-Schalteinrichtung 18b und einer negativen Parallel-Schalteinrichtung 18f, die beide zur zweiten Batterieeinrichtung 12b
zugehörig sind, verbunden.
Durch dieses Vorgehen ist es möglich, während des Ladens die Spannungsversorgung am Niedervoltanschluss 14 auch bei Durchschalten der
unterschiedlichen Batterieeinrichtungen 12a-12d unterbrechungsfrei bereitzustellen.
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Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die
vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
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Bezugszeichenliste
10 Batteriesystem
12a-d Batterieeinrichtung
14 Niedervoltanschluss
16 Ladeanschluss
18a-h Parallel-Schalteinrichtung
20a-d positiver Pol
20e-h negativer Pol
22a-c Reihen-Schalteinrichtung 24a-C Polverbindungsleitung
26a, b Reihenschaltungspole
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Patentansprüche
1. Batteriesystem (10) zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum
gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung, umfassend:
eine Mehrzahl von Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit jeweils einem positiven
Pol (20a-d) und einem negativen Pol (20e-h); einen Niedervoltanschluss (14) zur Bereitstellung der ersten Spannung; und
einen Ladeanschluss (16) zum Laden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit
der zweiten Spannung, wobei
jeder der positiven Pole (20a-d) über jeweils eine positive ParallelSchalteinrichtung (18a-18d) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar verbindbar ist und jeder der negativen Pole (20e-h) über jeweils eine negative Parallel-Schalteinrichtung (18e-18h) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar
verbindbar ist; gekennzeichnet durch
Polverbindungsleitungen (24a-24c), welche die Batterieeinrichtungen (12a-12d) durch Verbindung jeweils eines positiven Pols (20a-d) mit einem negativen Pol (20e-h) über jeweils eine Reihen-Schalteinrichtung (22a-22c) schaltbar zu einer Reihenschaltung verbinden, sodass zwei Pole (20a-h) von randliegenden Batterieeinrichtungen (12a-12d) Reihenschaltungspole (26a, 26b) der
Reihenschaltung bilden, wobei die Reihenschaltungspole (26a, 26b) mit dem Ladeanschluss (16) verbunden sind.
2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Spannung kleiner ist als die zweite Spannung.
3. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Spannung 48 V beträgt.
4. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Spannung wenigstens 150 V beträgt.
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5. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen-Schalteinrichtungen (22a-22c) und/oder die
Parallel-Schalteinrichtungen (18a-18h) Schütze mit Rückleitungen sind.
6. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (10) ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und der Niedervoltanschluss (14) zumindest ein Thermalsystem
des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt.
7. Verfahren zur Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung mit einem Batteriesystem (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
Verbinden von einer ersten Batterieeinrichtung (12a) mit dem Niedervoltanschluss (14) durch Schließen von je einer zur ersten Batterieeinrichtung (12a) zugehörigen positiven und negativen ParallelSchalteinrichtung (18a, 18e); und dadurch
Bereitstellen der ersten Spannung an dem Niedervoltanschluss (14);
Schließen der Reihen-Schalteinrichtungen (22a-22c) zum Verbinden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) zu einer Reihenschaltung mit zwei Polen (20d, 20e) von randliegenden Batterieeinrichtungen (12a, 12d), sodass die zwei Pole (20d, 20e) der randliegenden Batterieeinrichtungen (12a, 12d) Reihenschaltungspole der Reihenschaltung bilden, wobei die Reihenschaltungspole (26a, 26b) mit dem Ladeanschluss 16 verbunden sind;
und dadurch
Laden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit der zweiten Spannung über den
Ladeanschluss (16). 8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt:
Trennen der ersten Batterieeinrichtung (12a) von dem Niedervoltanschluss (14) durch Öffnen von der einen positiven und der einen negativen zur ersten
Batterieeinrichtung (12a) zugehörigen Parallel-Schalteinrichtung (18a, 186).
„-14-
9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt:
Verbinden von einer zweiten Batterieeinrichtung (12b), die sich von der ersten Batterieeinrichtung (12a) unterscheidet, mit dem Niedervoltanschluss (14) durch Schließen von je einer positiven und negativen zur zweiten Batterieeinrichtung (12b) zugehörigen Parallel-Schalteinrichtung (18b, 18f).10.
10. Elektrisch betriebenes Fahrzeug, umfassend ein Batteriesystem (10) nach einem
der Ansprüche 1 bis 6.
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Claims (7)
1. Batteriesystem (10) zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum
gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung, umfassend:
eine Mehrzahl von Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit jeweils einem positiven
Pol (20a-d) und einem negativen Pol (20e-h); einen Niedervoltanschluss (14) zur Bereitstellung der ersten Spannung; und
einen Ladeanschluss (16), separat vom Niedervoltanschluss (14), zum Laden
der Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit der zweiten Spannung, wobei
jeder der positiven Pole (20a-d) über jeweils eine positive ParallelSchalteinrichtung (18a-18d) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar verbindbar ist und jeder der negativen Pole (20e-h) über jeweils eine negative Parallel-Schalteinrichtung (18e-18h) mit dem Niedervoltanschluss (14) schaltbar verbindbar ist; gekennzeichnet durch
Polverbindungsleitungen (24a-24c), welche die Batterieeinrichtungen (12a-12d) durch Verbindung jeweils eines positiven Pols (20a-d) mit einem negativen Pol (20e-h) über jeweils eine Reihen-Schalteinrichtung (22a-22c) schaltbar zu einer Reihenschaltung verbinden, sodass zwei Pole (20a-h) von randliegenden Batterieeinrichtungen (12a-12d) Reihenschaltungspole (26a, 26b) der
Reihenschaltung bilden, wobei
die Reihenschaltungspole (26a, 26b) mit dem Ladeanschluss (16) verbunden sind, und die Reihen-Schalteinrichtungen (22a-22c) und/oder die Parallel-
Schalteinrichtungen (18a-18h) Schütze mit Rückleitungen sind.
19/21 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Spannung kleiner ist als die zweite Spannung.
3. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Spannung 48 V beträgt.
4. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Spannung wenigstens 150 V beträgt.
5. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (10) ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und der Niedervoltanschluss (14) zumindest ein Thermalsystem
des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt.
6. Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung mit einem Batteriesystem (10) nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
Verbinden von einer ersten Batterieeinrichtung (12a) mit dem Niedervoltanschluss (14) durch Schließen von je einer zur ersten Batterieeinrichtung (12a) zugehörigen positiven und negativen ParallelSchalteinrichtung (18a, 18e); und dadurch
Bereitstellen der ersten Spannung an dem Niedervoltanschluss (14);
Schließen der Reihen-Schalteinrichtungen (22a-22c) zum Verbinden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) zu einer Reihenschaltung mit zwei Polen (20d, 20e) von randliegenden Batterieeinrichtungen (12a, 12d), sodass die zwei Pole (20d, 20e) der randliegenden Batterieeinrichtungen (12a, 12d) Reihenschaltungspole der Reihenschaltung bilden, wobei die Reihenschaltungspole (26a, 26b) mit dem Ladeanschluss 16 verbunden sind; und dadurch
20/21 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
Laden der Batterieeinrichtungen (12a-12d) mit der zweiten Spannung über den
Ladeanschluss (16).
7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt:
Trennen der ersten Batterieeinrichtung (12a) von dem Niedervoltanschluss (14) durch Öffnen von der einen positiven und der einen negativen zur ersten
Batterieeinrichtung (12a) zugehörigen Parallel-Schalteinrichtung (18a, 186).
8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt:
Verbinden von einer zweiten Batterieeinrichtung (12b), die sich von der ersten Batterieeinrichtung (12a) unterscheidet, mit dem Niedervoltanschluss (14) durch Schließen von je einer positiven und negativen zur zweiten Batterieeinrichtung (12b) zugehörigen Parallel-Schalteinrichtung (18b, 18f).10.
9. Elektrisch betriebenes Fahrzeug, umfassend ein Batteriesystem (10) nach einem
der Ansprüche 1 bis 5.
2121 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50447/2024A AT528220B1 (de) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung |
| PCT/AT2025/060215 WO2025245552A1 (de) | 2024-05-29 | 2025-05-28 | Batteriesystem und verfahren zum bereitstellen einer ersten spannung und zum gleichzeitigen laden mit einer zweiten spannung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50447/2024A AT528220B1 (de) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT528220B1 AT528220B1 (de) | 2025-11-15 |
| AT528220A4 true AT528220A4 (de) | 2025-11-15 |
Family
ID=96092778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50447/2024A AT528220B1 (de) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | Batteriesystem und Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Spannung und zum gleichzeitigen Laden mit einer zweiten Spannung |
Country Status (2)
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| AT (1) | AT528220B1 (de) |
| WO (1) | WO2025245552A1 (de) |
Family Cites Families (3)
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| US20240017627A1 (en) * | 2022-07-12 | 2024-01-18 | Rivian Ip Holdings, Llc | Virtual high voltage interlock system and method using a dc-to-dc converter in electrified vehicles |
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2024
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2025
- 2025-05-28 WO PCT/AT2025/060215 patent/WO2025245552A1/de active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025245552A1 (de) | 2025-12-04 |
| AT528220B1 (de) | 2025-11-15 |
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