DE102008039284A1

DE102008039284A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes

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Publication number: DE102008039284A1
Application number: DE102008039284A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dinser (FH); Rainer Dipl.-Ing. Falsett; Alexander Friz; Dietrich Dr. Ing. Sahm
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes, welches einen Starter (1) und wenigstens eine Batterieeinheit (13, 13', 13") aufweist, wobei die Batterieeinheit (13, 13', 13") mit dem Starter (1) und mit einem/mehreren elektrischen Verbraucher(n) (14, 15) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden ist. Die Batterieeinheit (13, 13', 13") weist mehrere miteinander in Verbindung stehende Zellstränge (4, 4', 4", 5, 5', 5", 6, 6", 7, 7', 7") auf, und wobei mindestens ein Zellstrang (4, 4', 4", 5, 5', 5", 6, 6") - im Folgenden vereinfacht Leistungssystem (3, 3', 3") genannt - dem Starter (1) zugeordnet ist, und wenigstens ein weiterer Zellstrang (7, 7', 7") - im Folgenden vereinfacht Energiesystem (7, 7', 7") genannt - dem elektrischen Verbraucher (14, 15) - zugeordnet ist. Das Leistungssystem (3, 3', 3") und das Energiesystem (7, 7', 7") werden in Abhängigkeit von Betriebszuständen parallel zueinander verschaltet oder abgetrennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Die zunehmende Verknappung der Ölvorkommen und die damit einhergehende Verteuerung der Kraftstoffpreise erfordern einen sparsamen Umgang mit fossilen Brennstoffen. Eine umweltschonende und zugleich effiziente Maßnahme zur Einsparung von Kraftstoff in Kraftfahrzeugen ist die Einführung eines Start/Stopp-Systems. Hierbei wird der Motor beim kurzzeitigen verkehrsbedingten Halt (zum Beispiel vor einer roten Ampel) automatisch abgeschaltet und beim Wunsch weiterzufahren zum Beispiel durch das Treten des Kupplungspedals wieder gestartet.
Die US 5 164 273 offenbart eine Blei-Säure-Batterie, welche mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen aufweist. Dabei ist die Batterie in zwei Stromkreise unterteilt. Die Stromkreise ergeben sich hierbei durch konstruktive Änderung an der Plattenstruktur. Die übliche Parallelanordnung der Bleiplatten wird an geeigneter Stelle getrennt, und somit ein zusätzlicher Abgriff geschaffen. Diese konstruktive Änderung ist irreversibel.
Aus der DE 102 31 379 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bordnetzversorgung bekannt, wobei ein erster Energiespeicher dem Starter zugeordnet ist und ein zweiter Energiespeicher den elektrischen Verbrauchern zugeordnet ist. Beide Energiespeicher sind in Reihe zueinander geschaltet, und können beispielsweise bei Startvorgängen über ein Schaltelement voneinander abgetrennt werden.
Ein wesentlicher Nachteil besteht in der Anfälligkeit gegen Spannungsschwankungen, was durch die Reihenschaltung einzelner Batteriezellen verursacht wird. Vor allem bei Startvorgängen kann die hohe Strombelastung zu einem bemerkbaren Spannungseinbruch führen. So wird beim Starten des Verbrennungsmotors kurzzeitig durch den elektrischen Anlasser so viel Strom aus dem Bordnetz und damit aus der Starter-/Bordnetzbatterie benötigt, dass die Spannung merklich einbricht. Folge dieses Spannungseinbruches sind beispielsweise sichtbare Helligkeitsänderungen in der Beleuchtung, hörbare Drehzahlschwankungen von Lüftermotoren oder temporäre Ausfälle und Fehlfunktionen von Steuergeräten, die einen Spannungsreset durchführen.
Darüber hinaus ist eine derartige Schaltung aufwendig aufgebaut. Da für jeden Energiespeicher ein unterschiedliches Potential vorhanden sein muss, ist diese Beschaltung insbesondere bei mehreren Energiespeichern aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, eine zuverlässige Spannungsversorgung in allen Betriebszuständen zu gewährleisten. Des Weiteren soll der Aufbau der oben beschriebenen Vorrichtung vereinfacht werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 5 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens, während sich die abhängigen Patentansprüche 7 bis 21 auf bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung beziehen.
Das Verfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Fahrzeugbordnetz einfach aufgebaut ist, da das Leistungssystem und das Energiesystem in Abhängigkeit von mehreren Betriebszuständen parallel zueinander verschaltet werden. Alle Elemente der Parallelschaltung können somit für die gleiche elektrische Spannung ausgelegt beziehungsweise entworfen werden. Die unterschiedlichen Betriebszustände garantieren eine zuverlässige Spannungsversorgung in jedem Betriebsbereich.
Bei dem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 2 handelt es sich um einen ersten Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei wird das Leistungssystem bei einem Erststart parallel mit dem Energiesystem verschaltet. Der Erststart eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wird auch als Kaltstart bezeichnet. Dies ist der Startvorgang eines nicht betriebswarmen Motors. Medien wie Kühlflüssigkeit beziehungsweise Öl sind in diesem Betriebszustand nicht vorgewärmt und haben nicht die nötige Betriebstemperatur, was zu einer erhöhten Reibung führt. Es ist vorteilhaft das Leistungssystem und das Energiesystem parallel zu verschalten, da ein Startvorgang einen hohen Strom beziehungsweise eine hohe elektrische Leistung unbedingt erfordert und alle Zellstränge somit den vollen Strom für den Starter zur Verfügung stellen können. Funktionseinschränkungen durch einen Spannungseinbruch im Bordnetz werden in diesem Betriebszustand toleriert.
Gemäß dem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 3 wird in einem zweiten Betriebszustand – dem so genannten Warmstart – das Energiesystem von dem Leistungssystem vorzugsweise durch Öffnen eines Schaltelements, welches zwischen Energiesystem und Leistungssystem angeordnet sein kann, abgetrennt. Bei einem Warmstart handelt es sich um den Start eines betriebswarmen beziehungsweise annähernd betriebswarmen Motors. Das Abtrennen des Energiesystems von dem Leistungssystem hat den Vorteil, dass ein Spannungseinbruch, verursacht durch den hohen Strombedarf des Starters sich nicht auf das Bordnetz auswirkt, da Energiesystem und Leistungssystem getrennt sind. Das Energiesystem ist in diesem Betriebszustand mit dem/den elektrischen Verbraucher(n) des Bordnetzes zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Das Leistungssystem ist mit dem Starter zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren des Patentanspruchs 4 sieht vor, dass das Energiesystem und das Leistungssystem in einem dritten Betriebszustand – dem Normalbetrieb mit laufendem Motor sowie dem Rekuperationsbetrieb – parallel miteinander verschaltet werden. Unter Rekuperation ist die Rückgewinnung von Bremsenergie zu verstehen. Beispielsweise während einer Bergabfahrt oder beim Bremsen kann ein Teil der Bremsenergie zurückgewonnen werden und in die Batterieeinheit gespeist werden. Diese Energie kann beispielsweise in der Batterieeinheit gespeichert werden, um den Widerstart (Warmstart) nach einer Stopp Situation im zweiten Betriebsverfahren zu ermöglichen.
Bei dem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 5 wird während des vierten Betriebszustands – der Antriebsunterstützung (Boost) – das Energiesystem von dem Leistungssystem abgetrennt. Während der Boostfunktion kann eine Starteinrichtung, welche beispielsweise den Starter und oder einen Generator umfasst, und insbesondere als riemengetriebene oder integrierte Variante ausgeführt sein kann, den Verbrennungsmotor zum Beispiel beim Anfahren mit zusätzlichem Drehmoment unterstützen. Dies hat den Vorteil, dass Spannungseinbrüche der Zellstränge des Leistungssystems sich nicht auf das Energiesystem auswirken.
Die Betriebszustände hängen unter anderem vom Ladezustand der Batterieeinheit und weiteren Faktoren ab. Eine strikte Trennung der einzelnen Betriebszustände erfolgt daher nicht.
In einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Leistungssystem parallel zu dem Energiesystem schaltbar, wodurch eine zuverlässige Spannungsversorgung gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass alle Elemente der Parallelschaltung für die gleiche Spannung ausgelegt beziehungsweise entworfen werden können.
In einer Ausführungsform weist sowohl das Leistungssystem wie auch das Energiesystem mehrere Zellstränge auf, die parallel zueinander verschaltet sind. Dies führt zu einer noch höheren Zuverlässigkeit des Leistungssystems und des Energiesystems, da die Anfälligkeit gegen Spannungsschwankungen noch weiter minimiert werden kann.
Weiterhin bevorzugt ist in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Schaltelement zwischen dem Leistungssystem und dem Energiesystem vorgesehen. Das Schaltelement kann als elektronisches Schaltelement, wie Halbleiter-Schaltelemente wie FET- oder MOS-Bauelemente oder als intelligenter Leistungshalbleiter ausgebildet sein. Vorzugsweise werden MOSFET-Halbeiterschalter als Schaltelement eingesetzt. Das Schaltelement kann über ein Mittel zur Ansteuerung, wie beispielsweise durch eine in die Batterieeinheit verbaute Steuereinheit angesteuert werden. Das Schaltelement ermöglicht eine flexible Abtrennung des Energiesystems von dem Leistungssystem, beispielsweise im zweiten und vierten Betriebszustand. Im ersten und dritten Betriebszustand wird das Energiesystem mit dem Leistungssystem wieder parallel verschaltet.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen mehreren Zellsträngen oder zwischen jedem Zellstrang ein Schaltelement vorgesehen. Dies ist insbesondere bei mehreren parallelgeschalteten Zellsträngen sinnvoll, da so jeder beliebige Zellstrang von den übrigen Zellsträngen individuell abgetrennt werden kann. So können auch beispielsweise bei vier parallelgeschalteten Zellsträngen zwei Zellstränge mit dem Starter zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden werden, und zwei weitere Zellstränge mit dem elektrischen Verbraucher zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden sein. Dadurch ist die Batterieeinheit sehr flexibel und kann den jeweiligen Anforderungen individuell angepasst werden.
Bevorzugt sind die Batteriezellen der Zellstränge in Reihe zueinander verschaltet, um die erforderliche Gesamtspannung zu realisieren. Die notwendige Spannungslage des Bordnetzes wird durch die Reihenschaltung der Batteriezellen erreicht. Die Anzahl der für die Reihenschaltung erforderlichen Batteriezellen kann durch den im Bordnetz zugelassenen Spannungsbereich ermittelt werden. Das Bordnetz ist vorzugsweise ein Einspannungsbordnetz, insbesondere ein 12 Volt Einspannungsbordnetz. Vorteilhaft an diesem Bordnetz ist, dass es in den Bereich der Schutzklein-Spannung fällt und somit ein aufwändiger Berührungsschutz nicht notwendig ist. Alternativ kann auch ein 42 Volt Bordnetz eingesetzt werden, welches ebenfalls im Bereich der Schutzklein-Spannung liegt.
Weiterhin können das Leistungssystem, das Schaltelement, das Energiesystem und die Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Als Gehäuse kann ein Standard Batteriegehäuse verwendet werden. Dadurch wird der Wartungsaufwand minimiert, da die Batterieeinheit im Falle eines Defekts oder zur Instandhaltung als Block demontiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist parallel zu dem Schaltelement eine Diode geschaltet. Dies ist besonders in dem zweiten und vierten Betriebszustand sinnvoll, wenn das Leistungssystem von dem Energiesystem abgetrennt ist. Bei einem unerwarteten Spannungseinbruch des Energiesystems kann das Leistungssystem das Energiesystem über die Diode stützen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Batterieeinheit eine Lithium-Ionen-Batterie. Der Vorteil der Lithium-Ionen-Batterie gegenüber anderen elektrochemischen Energiespeicher ist die hohe Energiedichte und Zellspannung.
Weiterhin ist die Lithium-Ionen-Batterie insbesondere für 12 Volt Bordnetzanwendungen geeignet, bei welchen dem Stand der Technik nach überwiegend Blei-Säure-Batterien eingesetzt werden. Die Lithium-Ionen-Batterie weist im Vergleich zu einer Blei-Säure-Batterie eine erhöhte Leistungsfähigkeit (reduzierter Innenwiderstand) bei geringerem Gewicht und längerer Lebensdauer auf. Ein weiterer Vorteil der Lithium-Ionen-Batterie ist, dass eine Änderung der Ladestrategie bestehender Fahrzeuge nicht notwendig ist. Sämtliche Ladevorgaben können mit der vorhandenen Spannungsstellung im Fahrzeug realisiert werden.
Der Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Batterie ist für Startanwendungen und im Rekuperationsbetrieb von großer Bedeutung, da in diesen Betriebszuständen eine hohe Spannungsstabilität gefordert wird. Durch diese Betriebsarten kommt zugleich eine hohe Zyklenbelastung zu stande. Herkömmliche Blei-Säure-Batterien können diese Belastung nicht abdecken, während Lithium-Ionen-Batterien hier deutliche Vorteile bieten. Durch einen deutlich geringeren Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Batterie ist der Spannungseinbruch unter Belastung sehr viel kleiner.
Blei-Säure-Batterien können bei Teilentladung und tiefen Temperaturen keine Startfähigkeit mehr gewährleisten, da der Elektrolyt ab einer bestimmten Säuredichte (in Abhängigkeit
vom Ladezustand) einfriert. Da die Lithium-Ionen-Batterie aus Einzelzellen aufgebaut ist und dadurch die Einzelmassen sehr gering sind, erwärmen sich die Einzelzellen bei tiefen Temperaturen und entsprechend erhöhtem Innenwiderstand
durch den Stromfluss sehr schnell. Die Erwärmung führt zu einer schnellen Reduzierung des Innenwiderstandes und die Lithium-Ionen-Batterie ist wieder startfähig.
Die um ein vielfaches höhere Zyklenfestigkeit der Lithium-Ionen-Batterie gegenüber der Blei-Säure-Batterie führt zu einer deutlich höheren Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie gegenüber der Blei-Säure-Batterie.
Bevorzugt wird als Batterieeinheit eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LiFeP0₄) oder eine Lithium-Titanat-Batterie (LiTi) eingesetzt, da Lithium-Eisenphosphat-Batterien und Lithium-Titanat-Batterien aufgrund ihrer Spannungslage, der hohen kalendarischen Lebensdauer und der Zyklenfestigkeit besonders für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet sind. Darüber hinaus erfüllen Lithium-Eisenphosphat-Batterien und Lithium-Titanat-Batterien die Sicherheitsanforderungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besser als andere Lithium-Ionen-Batterien.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Batterieeinheit eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie. Die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie hat gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie den Vorteil der niedrigeren Kosten.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterieeinheit wenigstens eine Symmetriereinrichtung zur Symmetrierung der Batteriezellen der Zellstränge auf. Die Symmetrierung ist notwendig, da bei einer Reihenschaltung von Batteriezellen die einzelnen Batteriezellen unterschiedliche Ladungszustände aufweisen können. Es ist notwendig die Ladespannungen der einzelnen Batteriezellen aneinander anzugleichen beziehungsweise zu symmetrieren, um die Lebensdauer der Batterieeinheit zu verlängern und die Funktionsfähigkeit der Batterieeinheit zu gewährleisten.
Bei einer symmetrischen Batterieeinheit ist die maximale Nennkapazität garantiert, da nicht die schwächste Batteriezelle des Verbundes die Kapazität bestimmt. Dadurch kann das Fahrzeug sicher betrieben werden und auch längere Standzeiten sind kein Problem. Auch die Stromlieferfähigkeit der Batterie ist optimal, da bei Stromimpulsen der Spannungseinbruch an allen Batteriezellen identisch ist. Somit wird keine Batteriezelle durch Unterspannung beim Entladen bzw. durch Überspannung beim Laden zerstört.
Weitere vorteilhafte Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand der Figuren in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert.
Dabei zeigen:
1 Ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug;
2 ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug;
3 ein Blockschaltbild der ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei ein erster und ein dritter Betriebszustand dargestellt sind;
4 ein Blockschaltbild der ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei ein zweiter und ein vierter Betriebszustand dargestellt sind;
5 ein Blockschaltbild einer dritten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei parallel zu jeder Batteriezelle ein Mittel zur Symmetrierung schaltbar ist;
6 ein Blockschaltbild eines Zellstrangs, wobei parallel zu jeder Batteriezelle ein Mittel zur Symmetrierung schaltbar ist
und
7 ein Ablaufdiagramm der Zellsymmetrierung.
In den Figuren sind gleiche Komponenten durchgehend mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen, wobei gleiche Komponenten zur Vermeidung von Wiederholungen teilweise nur einmal erläutert werden.
1 ist ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung weist einen Starter 1 und wenigstens eine Batterieeinheit 13 auf. Die Batterieeinheit 13 ist mit dem Starter 1 über eine positive Batterieklemme 11 und mit einem/mehreren elektrischen Verbraucher(n) 14, 15 über eine zweite Batterieklemme 12, welche positives Potential führt zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Die elektrischen Verbraucher 14, 15 sind Bordnetzverbraucher, wobei wenigstens ein Verbraucher 14 dauerhaft mit der Batterieeinheit elektrisch leitend verbunden sein kann, und wenigstens ein weiterer Verbraucher 15 erst bei Einschalten der Zündung mit der Batterieeinheit zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden sein kann.
Die Batterieeinheit ist weiterhin mit dem negativen Batteriepol 10 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Der negative Batteriepol liegt über eine nicht näher bezeichnete Leitung auf Masse, welche bevorzugt durch die Fahrzeugkarosserie gebildet wird. Die positive Batterieklemme 11 und die zweite Batterieklemme 12 liegen auf einem gemeinsamen Potential. Alle Zellstränge können auf dieses gemeinsame Potential ausgelegt werden.
Parallel zu dem Starter 1 oder parallel zu dem elektrischen Verbraucher 14, 15 kann ein Generator 2 geschaltet werden. Der Starter 1 kann auch als Startergenerator, wie beispielsweise als riemengetriebener oder integrierter Startergenerator ausgeführt sein. Somit kann der Starter 1 sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden.
Die Batterieeinheit 13 weist mehrere miteinander in Verbindung stehende Zellstränge 4, 5, 6, 7 auf, wobei jeder Zellstrang 4, 5, 6, 7 mehrere einzelne Batteriezellen umfasst, und wobei mindestens ein Zellstrang 4, 5, 6 dem Starter 1 zugeordnet ist, und wenigstens ein weiterer Zellstrang 7 dem elektrischen Verbraucher 14, 15 zugeordnet ist.
In einer Ausgestaltung sind ein erster Zellstrang 4, ein zweiter Zellstrang 5, und ein dritter Zellstrang 6 – im Folgenden vereinfacht als Leistungssystem 3 bezeichnet – dem Starter 1 zugeordnet und ein vierter Zellstrang 7 – im Folgenden vereinfacht als Energiesystem 7 bezeichnet – dem elektrischen Verbraucher 14, 15 zugeordnet. Der erste Zellstrang 4, der zweite Zellstrang 5, der dritte Zellstrang 6 und der vierte Zellstrang 7 sind parallel zueinander geschaltet und über ein Schaltelement 8 abtrennbar. Das Schaltelement 8 ist zwischen dem dritten Zellstrang 6 und dem vierten Zellstrang 7 angeordnet. Das Schaltelement 8 kann somit das Energiesystem 7 von dem Leistungssystem 3 abtrennen.
Bei geöffnetem Schaltelement 8 ist der erste Zellstrang 4, der zweite Zellstrang 5 und der dritte Zellstrang 6 parallel zueinander geschaltet und mit dem Starter 1 und/oder dem Generator 2 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Der vierte Zellstrang 7 wird bei geöffnetem Schaltelement 8 von dem ersten Zellstrang 4, dem zweiten Zellstrang 5 und dem dritten Zellstrang 6 abgetrennt, und der vierte Zellstrang 7 ist mit dem elektrischen Verbraucher 14, 15 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden.
Alternativ kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform zwischen mehreren Zellsträngen 4, 5, 6, 7 oder zwischen jedem Zellstrang 4, 5, 6, 7 ein Schaltelement eingebracht werden, um die Flexibilität der Batterieeinheit zu erhöhen. Es kann somit zwischen dem ersten Zellstrang 4 und dem zweiten Zellstrang 5 ein nicht dargestelltes erstes Schaltelement angeordnet sein, und zwischen dem zweiten Zellstrang 5 und dem dritten Zellstrang 6 kann ein zweites nicht dargestelltes Schaltelement angeordnet sein. Zwischen dem dritten Zellstrang 6 und dem vierten Zellstrang 7 kann ein drittes Schaltelement 8 angeordnet sein. Wenn beispielsweise das zweite Schaltelement geöffnet ist, und das erste und das dritte Schaltelement geschlossen sind, so wird der erste und der zweite Zellstrang 4, 5 parallel zueinander geschaltet und mit dem Starter 1 und/oder dem Generator 2 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Der dritte und vierte Zellstrang 6, 7 sind parallel zueinander geschaltet und mit dem elektrischen Verbraucher 14, 15 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden. Somit können bei dieser Alternative auch mehrere Zellstränge 6, 7 mit dem elektrischen Verbraucher 14, 15 verbunden sein. Dies kann je nach Betriebszustand sinnvoll sein, um beispielsweise das Bordnetz zu stabilisieren.
In einer weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsform kann die Batterieeinheit 13 zwischen mehreren Zellsträngen 4, 5, 6, 7 oder zwischen jedem Zellstrang 4, 5, 6, 7 ein nicht dargestelltes Schaltelement aufweisen. Es kann somit zwischen dem ersten Zellstrang 4 und dem zweiten Zellstrang 5 ein nicht dargestelltes erstes Schaltelement angeordnet sein, und zwischen dem zweiten Zellstrang 5 und dem dritten Zellstrang 6 kann ein zweites nicht dargestelltes Schaltelement angeordnet sein. Zwischen dem dritten Zellstrang 6 und dem vierten Zellstrang 7 kann ein drittes Schaltelement 8 angeordnet sein. Hierbei kann die Schalterstellung einzelner Schaltelemente in Abhängigkeit vom Einsatzzweck durch die Steuereinheit 19 bereits bei der Montage festgelegt werden. Der Einsatzzweck kann beispielsweiße die Zylinderanzahl oder die Hubraumgröße des Verbrennungsmotors sein. Die Festlegung der Schalterstellung der Schaltelemente kann individuell durch die Software der Steuereinheit 19 erfolgen. Dadurch entsteht ein modulares System, bei welchem die gleiche Batterieeinheit 13 mit gleichem Aufbau für mehrere Baureihen eingesetzt werden kann. Die Schalterstellung der Schaltelemente kann in Abhängigkeit von Hubraumgröße beziehungsweise Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors variieren.
Die Anzahl der insgesamt parallel zueinander schaltbaren Zellstränge 4, 5, 6, 7 kann durch den im Kaltstartfall erforderlichen Strom sowie der prognostizierten Standdauer im Zusammenhang mit dem Ruhestromverbrauch des Fahrzeugs bestimmt werden. Der maximale Kaltstartstrom ist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nur bei der tiefsten Temperatur, bei der der Motor noch Starten muss, erforderlich. In dieser Ausführungsform sind insgesamt vier Zellstränge parallel zueinander schaltbar.
Ein Zellstrang umfasst bei dieser Ausgestaltung mehrere in Reihe verschaltete Batteriezellen. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen ergibt sich aus dem im Bordnetz zugelassenen Spannungsbereich. Bei einem Bordnetz mit einer Spannungshöhe von 12 Volt werden bevorzugt vier Lithium-Ionen-Zellen für die Reihenschaltung der Zellstränge 4, 5, 6, 7 eingesetzt.
Die Zellsymmetrierung der Reihenschaltung der Zellstränge 4, 5, 6, 7 erfolgt mit einer nicht dargestellten Symmetriereinrichtung.
Das Leistungssystem 3 und das Energiesystem 7 sind zusammen mit dem Schaltelement 8 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Dies vereinfacht die elektromagnetische Abschirmung erheblicht. Alternativ kann das Schaltelement 8 auch außerhalb des Gehäuses angeordnet werden.
In 2 ist ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Die Vorrichtung weist einen nicht dargestellten Starter und wenigstens eine Batterieeinheit 13' auf. Die Batterieeinheit 13' ist mit dem Starter und mit einem/mehreren nicht dargestellte elektrischen Verbraucher(n) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden.
Die Batterieeinheit 13' weist mehrere miteinander in elektrischer Verbindung stehende Zellstränge auf. Ein erster Zellstrang 4' und ein zweiter Zellstrang 5' – im Folgenden vereinfacht als Leistungssystem 3' bezeichnet – sind dem Starter zugeordnet, und ein dritter Zellstrang 7' – im Folgenden vereinfacht Energiesystem 7' – ist den nicht dargestellten elektrischen Verbrauchern eines Bordnetzes zugeordnet. Zwischen Leistungssystem 3' und Energiesystem 7' ist ein Schaltelement 8' zur Abtrennung des Energiesystems 7' von dem Leistungssystem 3' angeordnet. Das Schaltelement 8' zwischen Energiesystem 7' und Leistungssystem 3' sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei MOSFET-Halbeiterschalter 8', denen nicht näher bezeichnete Dioden zugeordnet sein können.
Für die Zellsymmetrierung der in Reihe geschalteten Batteriezellen der Zellstränge 4', 5', 7' ist eine Symmetrierungselektronik 16, 17, welche zwei Symmetriereinrichtungen 16, 17 umfasst, vorgesehen. Für die parallelgeschalteten Zellstränge ist keine weitere Symmetrierung notwendig, da nur innerhalb der Reihenschaltung unsymmetrische Ladezustände entstehen.
Die Steuerung/Regelung der Zellsymmetrierung, und andere Überwachungs- sowie Managementaufgabe werden von einer in der Batterieeinheit 13' integrierten Elektronik übernommen. Die in die Batterieeinheit integrierte Elektronik kann wenigstens ein Steuergerät 18, welches mit einer Steuereinheit 19 zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden ist, aufweisen. Die MOSFET-Halbeiterschalter 8' können über die Steuereinheit 19 angesteuert werden.
3 ist ein Blockschaltbild der ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei ein erster und dritter Betriebszustand dargestellt sind. Im ersten und dritten Betriebszustand werden Leistungssystem 3 und Energiesystem 7 parallel miteinander verschaltet. Das Schaltelement 8 verbindet dabei das Energiesystem 7 elektrisch mit dem Leistungssystem 3.
Der erste Betriebszustand wird als Kaltstart beziehungsweise Erststart bezeichnet. Beim Kaltstart und Erststart wird die gesamte Kapazität und Leistungsfähigkeit der Batterieeinheit 13 benötigt. Der aus dem Startvorgang resultierende Spannungseinbruch ist für diesen einmaligen Startvorgang tolerierbar.
Für den nun folgenden Fahrbetrieb (Normalbetrieb) und im Rekuperationsbetrieb (dritter Betriebszustand) bleibt das Schaltelement 8 geschlossen, um alle Zellen gleich bleibend zu laden. Hat das Fahrzeug die nötige Betriebstemperatur erreicht, kann die Stopp/Start Funktionalität freigegeben werden.
4 ist ein Blockschaltbild der ersten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, wobei ein zweiter und ein vierter Betriebszustand dargestellt sind.
Der zweite Betriebszustand ist der Warmstart. Beim Wiederholstart (Warmstart) sind die Startströme wesentlich kleiner als beim Kaltstart. Es wird für diesen Betriebsfall nicht die gesamte installierte Batteriekapazität benötigt. Deshalb wird in diesem Betriebszustand das Schaltelement 8 geöffnet. Das Schaltelement 8 kann geöffnet werden bevor die Verbrennungsmaschine gestoppt wird, erst bei Motorstillstand, oder unmittelbar bevor die Verbrennungsmaschine wieder gestartet wird. Die Verbraucher 14, 15 des Bordnetzes werden dadurch nur noch aus dem abgetrennten Zellstrang 7 versorgt. Wird nun der Motor gestartet, wirkt sich der resultierende Spannungseinbruch auf das Bordnetz nicht aus, da dieses entkoppelt ist. Sobald beispielsweise der Generator 2 Strom liefert, kann das Schaltelement 8 wieder geschlossen werden.
Auch während des vierten Betriebszustands – der Antriebsunterstützung (Boost) – sind Spannungseinbrüche im Bordnetz unerwünscht. Daher wird in diesem Betriebszustand das Schaltelement 8 geöffnet. Dies hat den Vorteil, dass Spannungseinbrüche der Zellstränge des Leistungssystems 3 sich nicht auf das Energiesystem 7 auswirken.
Die zum Schaltelement 8 parallelgeschaltete Diode 9 ist optional. Im Falle eines unerwarteten Spannungseinbruchs des Energiesystems 7, kann das Leistungssystem 3 das Energiesystem 7 über die Diode 9 stützen.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten bevorzugten Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, welche mehrere Symmetriereinrichtungen E1, E2, E3, E4 aufweist. Dabei umfasst jede Symmetriereinrichtung E1, E2, E3, E4 mehrere Mittel zur Symmetrierung M1, M2, M3, M4 und jeder Batteriezelle kann ein Mittel zur Symmetrierung M1, M2, M3, M4 zugeordnet werden.
Die Vorrichtung weist einen nicht dargestellten Starter und wenigstens eine Batterieeinheit 13'' auf. Die Batterieeinheit 13'' ist mit dem nicht dargestellten Starter und mit einem/mehreren nicht dargestellten elektrischen Verbraucher(n) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden.
Die Batterieeinheit 13'' weist mehrere miteinander in elektrischer Verbindung stehende Zellstränge 4'', 5'', 6'', 7'' auf. Ein erster Zellstrang 4'', ein zweiter Zellstrang 5'', ein dritter Zellstrang 6'' und weitere nicht dargestellte Zellstränge – im Folgenden vereinfacht als Leistungssystem 3'' bezeichnet – sind dem Starter zugeordnet, und ein dritter Zellstrang 7'' – im Folgenden vereinfacht Energiesystem 7'' bezeichnet – ist den nicht dargestellten elektrischen Verbrauchern eines Bordnetzes zugeordnet. Der erste Zellstrang 4'', der zweite Zellstrang 5'', der dritte Zellstrang 6'', die weiteren nicht dargestellten Zellstränge und der vierte Zeltstrang 7'' sind parallel zueinander geschaltet. Zwischen Leistungssystem 3'' und Energiesystem 7'' ist ein nicht dargestelltes Schaltelement zur Abtrennung des Energiesystems 7'' von dem Leistungssystem 3'' angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist parallel zu jeder nicht näher bezeichneten Batteriezelle ein Mittel zur Symmetrierung M1, M2, M3, M4 über einen nicht näher bezeichneten Schalter Schaltbar.
In 6 ist ein nicht näher bezeichneter Zeltstrang der dritten bevorzugten Vorrichtung dargestellt, welcher mehrere Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 umfasst, wobei die Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 in Reihe zueinander verschaltet sind. Parallel zu jeder Batteriezelle Z1, Z2, Z3, Z4 ist ein Mittel zur Symmetrierung M1, M2, M3, M4 schaltbar. Das Mittel zur Symmetrierung kann wenigstens einen Widerstand R1, R2, R3, R4 und einen Schalter S1, S2, S3, S4 umfassen. Die Widerstände R1, R2, R3, R4 sind sehr kostengünstig und die Verschaltung ist ziemlich einfach.
Die Symmetrierung von Batteriezellen mit Hilfe von Widerständen R1, R2, R3, R4 ist jedoch im Allgemeinen mit Verlusten verbunden. Diese Verluste können deutlich reduziert werden, wenn als Mittel zur Symmetrierung aktive Ladungspumpen oder DC/DC Wandler eingesetzt werden. Preislich jedoch, sind diese Ausführungen wesentlich teurer und erhöhen den Schaltungsaufwand. Da die Symmetrierung vorzugsweise in Abhängigkeit von Messwerten erfolgt, ist es erforderlich, eine Zellspannung U1, U2, U3, U4 jeder Batteriezelle Z1, Z2, Z3, Z4, einen Gesamtladestrom I_Batt der Batterieeinheit und die Spannung der Batterieeinheit U_Batt zu messen.
In 7 ist das Ablaufdiagramm eines Zyklus dargestellt, bei welchem Unsymmetrien durch Abweichung der Zellspannungen U1, U2, U3, U4 bei Stromfluss erkannt werden und bedarfsgerecht ausgeglichen werden. Ferner wird darauf geachtet, dass die Batterieeinheit bei diesem Vorgang nicht entladen wird.
Der Ablauf des Zyklus wird nachfolgend für einen Zeltstrang, welcher in 6 dargestellt ist, exemplarisch erläutert. Es ist Aufgabe des Zyklus zu Überprüfen, ob die für eine Symmetrierung günstigen Bedingungen – im nachfolgenden als Startvoraussetzungen bezeichnet – vorliegen, und dann zu symmetrieren, wenn die Startvoraussetzungen vorliegen.
Nach diesem Zyklus erfolgt die Symmetrierung der Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 in Abhängigkeit von Messwerten U1, U2, U3, U4, I_Batt, U_Batt, Widerstandswerten R1, R2, R3, R4, Referenzwerten U_Diff, U_{Sym_On}, I_{Sym_On} und einem Zeitintervall tsym.
Die Widerstandswerte R1, R2, R3, R4 legen fest, in welcher Zeit eine gewisse Ladungsmenge einer Batteriezelle Z1, Z2, Z3, Z4 vorenthalten wird. Es muss beachtet werden, dass die Widerstandswerte R1, R2, R3, R4 nicht zu klein gewählt werden, da der Wärmeeintrag durch die Strombelastung nicht vernachlässigt werden kann. Außerdem ist es nicht notwendig, die Symmetrierung auf kurze Ausgleichszeiten auszulegen. Ein weiteres Mittel die Verlustleistung der Widerstände R1, R2, R3, R4 zu reduzieren, ist die Festlegung, dass immer nur ein Widerstand R1, R2, R3, R4 in der Reihenschaltung aktiviert wird.
Der Zyklus wird sequentiell durchlaufen und überprüft Startvoraussetzungen, welche für den Start der Symmetrierung erfüllt werden müssen. Wenn wenigstens eine der Startvoraussetzungen nicht erfüllt wird, wird die Ausführung des Zyklus abgebrochen und in Abhängigkeit von einem Zeitintervall tsym erneut sequentiell ausgeführt.
Bei dem Zyklus wird zunächst eine Spannungsdifferenz aus der Zellspannung der Batteriezelle Z1, Z2, Z3, Z4 mit der höchsten Zellspannung U_Max und der weiteren Zellspannung der Batteriezelle Z1, Z2, Z3, Z4 mit der niedrigsten Zellspannung U_Min gebildet. Die Spannungsdifferenz U_Max – U_Min wird dann mit einem ersten Referenzwert U_Diff verglichen. Eine erste Startvoraussetzung wird dann erfüllt, wenn die Spannungsdifferenz U_Max – U_Min größer oder gleich dem ersten Referenzwert U_Diff ist. Die erste Startvoraussetzung kann durch folgende Gleichung dargestellt werden: (UMax – UMin) >= UDiff (1)
Im Fahrzeug sollte nur symmetriert werden, sobald die Batterieeinheit geladen wird, was mit folgender Bedingung dargestellt werden kann: (I_Batt > I_Lad). Hierbei ist ein Parameter I_Lad so zu wählen, dass er größer ist als die Summe aller Bypassströme ΣI_Byp, wobei sich jeder Bypassstrom I_Byp aus einer Division der Zellspannung der jeweiligen Batteriezelle durch den der jeweiligen Batteriezelle zugeordneten Widerstandswert (U1/R1, U2/R2, U3/R3, U4/R4) ermitteln lässt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Batterieeinheit trotz Symmetrierung Ladung aufnimmt beziehungsweise die Ladebilanz nicht negativ wird. Somit wird die zweite Startvoraussetzung erfüllt, wenn der Gesamtladestrom I_Batt höher ist als die Summe aller Bypassströme ΣI_Byp, was mit folgender Gleichung dargestellt wird: (IBatt > ΣIByp) (2)
Da insbesondere bei einer Lithium-Ionen-Batterie der Innenwiderstand von einzelnen Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 über einen großen Kapazitätsbereich nahezu konstant ist, und dadurch die Spannungsunterschiede U_Max – U_Min der Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 eher gering ausfallen, wird eine Symmetrierung erst im Bereich der Vollladung angestrebt. Bei niedrigen Ladezuständen ist es sinnvoll, den Gesamtladestrom I_Batt zur Ladung der Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 einzusetzen, um möglichst schnell eine Vollladung zu erreichen. Eine Möglichkeit dieses zu erkennen ist ein Kapazitätszähler (Integrator), der die durchgesetzte Ladung aufsummiert. Eine einfachere Möglichkeit besteht darin, die Symmetrierung erst dann zu aktivieren, wenn die Gesamtbatteriespannung U_Batt einen zweiten Referenzwert, welcher als Vollladespannung U_{Sym_On} bezeichnet wird, nahezu erreicht hat und der Gesamtladestrom I_Batt ein vorgegebenes Limit I_{Sym_On} – im nachfolgenden als dritter Referenzwert bezeichnet – unterschritten hat. Somit wird die dritte Startvoraussetzung erfüllt, wenn die Gesamtbatteriespannung U_Batt höher ist als der zweite Referenzwert U_{Sym_On}, was durch folgende Gleichung dargestellt werden kann: (UBatt > USym_On); (3)und die vierte Startvoraussetzung wird erfüllt, wenn der Gesamtladestrom I_Batt niedriger als der dritte Referenzwert I_{Sym_On} ist, was durch folgende Gleichung dargestellt wird: (IBatt < ISym_On) (4)
Mit der Symmetrierung kann begonnen werden, sobald alle Startvoraussetzungen erfüllt werden. Die Messwerte U1, U2, U3, U4, I_Batt, U_Batt werden zyklisch in Abhängigkeit eines Zeitintervalls tsym und in Abhängigkeit von den Referenzwerten U_Diff, U_{Sym_On}, I_{Sym_On} und den Widerstandswerten R1, R2, R3, R4 überprüft, damit ein gleichmäßiger Ausgleich stattfindet und eine Mindestmenge an Ladung entnommen wird.

1: Starter
2: Generator
3, 3', 3'': Leistungssystem
4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'': Zellstrang Zellstrang
8, 8': Schaltelement
9: Diode
10: Negative Batterieklemme
11: Positive Batterieklemme
12: Zweite Batterieklemme
13, 13', 13'': Batterieeinheit
14, 15: Elektrischer Verbraucher
18: Steuergerät
19: Steuereinheit
16, 17, E1, E2, E3, E4: Symmetriereinrichtung
M1, M2, M3, M4: Mittel zur Symmetrierung
Z1, Z2, Z3, Z4: Batteriezelle
R1, R2, R3, R4: Widerstand
S1, S2, S3, S4: Schalter
U1, U2, U3, U4: Zellspannung
I_Batt: Gesamtladestrom
U_Batt: Gesamtbatteriespannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5164273 [0003]
- DE 10231379 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes mit einer Batterieeinheit (13, 13', 13''), die mit einem Starter (1) und mit einem/mehreren elektrischen Verbraucher(n) (14, 15) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden wird, und wobei in die Batterieeinheit (13, 13, 13'') mehrere Zellstränge (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') integriert werden, und wobei die Batterieeinheit (13, 13, 13'') in wenigstens zwei Teilbatterien – der eine Batterieteil im Folgenden vereinfacht Leistungssystem (3, 3', 3'') und der andere Batterieteil im Folgenden Energiesystem (7, 7', 7'') genannt – aufgeteilt wird, und wobei dem Leistungssystem (3, 3',3'') mindestens ein Zellstrang (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') zugeordnet wird und dem Energiesystem wenigstens ein weiterer Zellstrang (7, 7', 7'') zugeordnet wird, und wobei das Energiesystem (7, 7', 7'') mit dem elektrischen Verbraucher (14, 15) zumindest zeitweilig elektrisch leitend verbunden wird, und wobei das Leistungssystem (3, 3', 3'') mit dem Starter (1) zumindest zeitweilig elektrisch leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssystem (3, 3', 3'') und das Energiesystem (7, 7', 7'') in Abhängigkeit von Betriebszuständen parallel zueinander verschaltet oder voneinander abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand das Energiesystem (7, 7',7'') mit dem Leistungssystem (3, 3',3'') bei einem Erststart (Kaltstart) parallel miteinander verschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebszustand das Energiesystem (7, 7', 7'') von dem Leistungssystem (3, 3', 3'') bei einem Warmstart abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebszustand das Energiesystem (7, 7', 7'') parallel mit dem Leistungssystem (3, 3', 3'') im Normalbetrieb sowie bei einer Rekuperation verschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebszustand bei einer Antriebsunterstützung (Boost) das Energiesystem (7, 7', 7'') von dem Leistungssystem (3, 3', 3'') abgetrennt wird.
Vorrichtung zur Bordnetzversorgung in einem Kraftfahrzeug, welche einen Starter (1) und wenigstens eine Batterieeinheit (13, 13', 13'') aufweist, wobei die Batterieeinheit (13, 13', 13'') mit dem Starter (1) und mit einem/mehreren elektrischen Verbraucher(n) (14, 15) zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Batterieeinheit (13, 13', 13'') mehrere miteinander in Verbindung stehende Zellstränge (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') aufweist, und wobei mindestens ein Zellstrang (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'') – im Folgenden vereinfacht Leistungssystem (3, 3', 3'') genannt – dem Starter (1) zugeordnet ist, und wenigstens ein weiterer Zellstrang (7, 7', 7'') – im Folgenden vereinfacht Energiesystem (7, 7', 7'') genannt – dem elektrischen Verbraucher (14, 15) – zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssystem (3, 3', 3'') und das Energiesystem (7, 7', 7'') parallel zueinander schaltbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssystem (3, 3', 3'') mehrere Zellstränge (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'') aufweist, die parallel zueinander verschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leistungssystem (3, 3', 3'') und dem Energiesystem (7, 7', 7'') ein Schaltelement (8, 8') vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Zellstrang (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') ein Schaltelement vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Ansteuerung (19) des Schaltelements (8, 8') vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssystem (3, 3', 3''), das Schaltelement (8, 8'), das Mittel zur Ansteuerung (19) und das Energiesystem (7, 7', 7'') in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Schaltelement (8, 8') eine Diode (9) geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (8, 8') als elektronisches Schaltelement ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (8, 8') MOSFET-Halbeiterschalter sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (13, 13', 13'') eine Lithium-Ionen-Batterie ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (13, 13', 13'') eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie oder eine Lithium-Titanat-Batterie ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (13, 13', 13'') eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zeltstrang (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') mehrere Batteriezellen umfasst, und dass die Batteriezellen der Zellstränge (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') in Reihe zueinander verschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung der Batteriezellen der Zellstränge (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 6, 6'', 7, 7', 7'') wenigstens eine Symmetriereinrichtung (16, 17, E1, E2, E3, E4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetriereinrichtung (16, 17, E1, E2, E3, E4) mehrere Mittel zur Symmetrierung (M1, M2, M3, M4) aufweist, und dass parallel zu jeder Batteriezelle (Z1, Z2, Z3, Z4) ein Mittel zur Symmetrierung (M1, M2, M3, M4) schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Symmetrierung (M1, M2, M3, M4) wenigstens einen Widerstand (R1, R2, R3, R4) und einen Schalter (S1, S2, S3, S4) umfasst.