DE102009053410A1

DE102009053410A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle

Info

Publication number: DE102009053410A1
Application number: DE102009053410A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Ing. Hinrichsen; Volker Becker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-11-14
Filing date: 2009-11-14
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-15
Also published as: DE102009053410B4

Abstract

Vorrichtung (1) sowie Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung (1) zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle (101), wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Hauptstrang (100), mindestens einen Zusatzstrang (200) und mindestens eine Steuereinheit eines Elements (214) zur Spannungwandlung umfasst, wobei der mindestens eine Zusatzstrang (200) elektrisch parallel zum Hauptstrang (100) angeordnet ist, wobei in dem mindestens einen Hauptstrang (100) die mindestens eine Batteriezelle (101) angeordnet ist, wobei im Zusatzstrang (200) mindestens das Element (214) zur Spannungswandlung und mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung mindestens einen Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstroms (I_Zusatz) abhängig von einem durch den mindestens einen Hauptstrang (100) fließenden Hauptstrom (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstromes (I_Haupt) und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes (I_Batt) und/oder eines Ladezustands (SOC) der Zusatzbatteriezelle (243, 253) und/oder eines Ladezustands (SOC) der mindestens einen Batteriezelle (101) des Hauptstrangs (100) einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle sowie ein Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung.
Batterien dienen der elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern. Beispielsweise werden Batterien zur Energieversorgung einer Antriebseinheit in Elektro- oder Hybridfahrzeugen verwendet. Solche so genannten Traktionsbatterien bestehen in der Regel aus mehreren Batteriezellen oder Batterieeinheiten, die seriell oder parallel verschaltet sind. Traktionsbatterien können auch mehrere Stränge umfassen, wobei diese Stränge z. B. elektrisch parallel verschaltet sind und mindestens eine Batteriezelle oder Batterieeinheit umfassen.
Während der Entwicklung eines Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs wird üblicherweise eine Dimensionierung der Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgenommen. Unter einer Dimensionierung wird hierbei verstanden, dass eine Kapazität der Traktionsbatterie an eine gewünschte Reichweite des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angepasst wird. Hierbei bezieht sich die Reichweite auf eine Reichweite des Elektro- oder Hybridfahrzeugs bei ausschließlichem Antrieb des Fahrzeugs mittels der Traktionsbatterie. Ein solches Elektro- oder Hybridfahrzeug wird dann in der Regel nur mit dieser einen, fest dimensionierten Traktionsbatterie angeboten.
In manchen Fällen, z. B. bei Lieferfahrzeugen, die auf unterschiedlichen Strecken eingesetzt werden, ist es wünschenswert, eine Kapazität der Traktionsbatterie an die jeweiligen Einsatzbedingungen anzupassen. Unter Einsatzbedingungen können hierbei z. B. eine tägliche Fahrstrecke oder eine gewünschte Fahrstrecke zwischen zwei Ladevorgängen der Traktionsbatterie verstanden werden. Durch eine solche Anpassung kann vermieden werden, dass eine Überdimensionierung der Traktionsbatterie einerseits unnötige Herstellungskosten und andererseits ein unnötiges Zusatzgewicht im Elektro- oder Hybridfahrzeug erzeugt.
Eine Anpassung einer Traktionsbatterie an Einsatzbedingungen eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs wird im Folgenden auch als Skalierung der Traktionsbatterie bezeichnet.
Selbstverständlich ist das Prinzip einer Skalierung einer Batterie auch auf andere Anwendungsbereiche, in denen eine Energieversorgung mittels Batterien stattfindet, übertragbar.
In der Regel findet eine Skalierung einer Traktionsbatterie durch ein Hinzufügen zusätzlicher Batteriezellen zu existierenden Batteriezellen statt. Die zusätzlichen Batteriezellen werden hierbei zu den existierenden Batteriezellen parallel oder seriell geschaltet. Eine solche Verschaltung stellt hierbei gewisse Anforderungen an die Eigenschaften der zusätzlichen Batteriezellen. Wird z. B. eine zusätzliche Batteriezelle parallel zu einer existierenden Batteriezelle geschaltet, so ist sicherzustellen, dass beide Batteriezellen die gleiche Ausgangsspannung aufweisen. Sind existierende Batteriezellen z. B. in einem Hauptstrang seriell verschaltet und wird ein Zusatzstrang aus ebenfalls seriell verschalteten zusätzlichen Batteriezellen diesem Hauptstrang parallel geschaltet, so ist sicherzustellen, dass Haupt- und Zusatzstrang die gleiche Ausgangsspannung aufweisen.
Weiter ergibt sich nachteilig, dass bei einer solchen Vorgehensweise die durch eine Verschaltung zusätzlicher Batteriezellen erreichbare Skalierbarkeit nur eine grobe Skalierung gewährleistet. Eine feinere Skalierung und damit eine verbesserte Anpassung des Gewichts und der Kosten an die Einsatzbedingungen lässt sich hierbei nicht erreichen.
Die US 6 985 799 B2 offenbart ein System zur Leistungsversorgung. Das System umfasst hierbei eine Mehrzahl von Energiespeichermodulen. Jedes Energiespeichermodul umfasst hierbei einen Leistungskonverter, der an einen Anschluss koppelbar ist. Weiter umfasst jedes Energiespeichermodul eine Steuereinheit des Leistungskonverters, der einen Betrieb des Leistungskonverters steuert und mindestens eine Energiespeichereinheit, die ausschließlich an den Leistungskonverter eines zugehörigen Energiespeichermoduls angeschlossen ist. Weiter umfasst das System zur Energieversorgung eine Steuereinheit zur Leistungsregelung, wobei die Steuereinheit zur Leistungsregelung die Leistungsabgabe jedes Energiespeichermoduls an den Anschluss und die Leistungsabgabe an jedes Energiespeichermodul steuert. Weiter umfasst das System zur Leistungsversorgung Verbindungen zur Nachrichtenübermittlung, die die Steuereinheit zur Leistungsregelung, jede Steuereinheit der Leistungskonverter eines jeden Energiespeichermoduls und mindestens eine an den Anschluss angeschlossene Last verbinden, wobei mittels der Verbindungen Signale zur Steuerung der Leistungsabgabe übertragbar sind. Die Energiespeichereinheiten können hierbei Batterien, Kapazitäten, so genannten Puls-Power-Generatoren oder z. B. Schwungscheiben sein. Weiter offenbart die Druckschrift ein Verfahren zur Energieversorgung, wobei ein erstes Signal abhängig von einer Spannung über mindestens einer Energiespeichereinheit und einer Referenzspannung erzeugt wird, wobei mindestens eine Energiespeichereinheit Leistung an einen Anschluss abgibt oder Leistung von dem Anschluss aufnimmt. Weiter umfasst die Methode eine Generierung eines zweiten Signals in Abhängigkeit eines Stromes, welcher von oder zu mindestens einer Energiespeichereinheit fließt, und in Abhängigkeit vom ersten Signal und einem Referenzsignal des Stromes. Weiter stellt das Verfahren eine Leistungsstufe eines bidirektionalen Wandlers abhängig von dem zweiten Signal ein, um eine Leistungsabgabe und eine Leistungsaufnahme des Anschlusses mittels der mindestens einen Energiespeichereinheit zu steuern.
Die DE 10 2007 050 103 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer ersten im Fahrzeug angeordneten Batterieeinheit, die an ein elektrisches Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist. Die erste Batterieeinheit und/oder das elektrische Bordnetz weisen mindestens einen elektrischen Anschluss auf, über den mindestens eine zweite Batterieeinheit anschließbar ist. Die zweite Batterieeinheit kann elektrisch parallel zur ersten Batterieeinheit geschaltet werden.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle zu schaffen, welches die Herstellungskosten der Vorrichtung reduziert, Gewicht der Vorrichtung minimiert und an unterschiedliche Kapazitätsanforderungen an die Vorrichtung zur Energieversorgung möglichst genau anpassbar sind.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Hauptstrang, mindestens einen Zusatzstrang und mindestens eine Steuereinheit eines Elementes zur Spannungswandlung. Der Zusatzstrang ist elektrisch parallel zum Hauptstrang angeordnet. In dem mindestens einen Hauptstrang ist mindestens eine Batteriezelle angeordnet. Im Zusatzstrang ist das mindestens eine Element zur Spannungswandlung und mindestens eine Zusatzbatteriezelle angeordnet. Die mindestens eine Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung stellt mindestens einen Zusatzstrom oder einen Mittelwert des Zusatzstromes abhängig von mindestens einer Zustandsgröße ein. Der Zusatzstrom bezeichnet hierbei einen Strom, der über das mindestens eine Element zur Spannungswandlung in den Zusatzstrang hinein- oder aus dem Zusatzstrang herausfließt. Die Zustandsgröße kann ein durch den mindestens einen Hauptstrang fließende Hauptstrom oder ein Mittelwert des Hauptstromes sein. Alternativ oder kumulativ kann die Zustandsgröße ein vorbestimmter Batteriestrom sein, wobei der Batteriestrom den in einem bestimmten Betriebszustand aus der Vorrichtung zur Energieversorgung entnommenen Strom bezeichnet. Der Batteriestrom setzt sich hierbei aus Hauptstrom und Zusatzstrom zusammen.
Weiter alternativ oder kumulativ kann die Zustandsgröße ein Ladezustand der Zusatzbatteriezelle und/oder ein Ladezustand der mindestens einen Batteriezelle des Hauptstranges sein. Der Ladezustand der Zusatzbatteriezelle und/oder der mindestens einen Batteriezelle im Hauptstrang wird in der Regel als so genannter State of Charge (SOC) bezeichnet. Auch ist vorstellbar, dass eine Zustandsgröße der so genannten State of Health (SOH) ist.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Selbstverständlich kann die Vorrichtung zur Energieversorgung auch eine Batterie für andere Anwendungen, beispielsweise eine Batterie für Mobiltelefone und/oder Laptops und/oder weitere elektrische Geräte sein.
Die Vorrichtung zur Energieversorgung weist eine Nennspannung auf. Die Nennspannung ist in der Regel durch die mindestens eine Batteriezelle des Hauptstrangs festlegbar. Der Hauptstrang kann jedoch auch mehrere, z. B. in Serie geschaltete, Batteriezellen umfassen. In diesem Fall ist die Nennspannung durch eine Spannung des Hauptstranges gegeben, die sich z. B. aus der Summe der im Hauptstrang in Reihe geschalteten Batteriezellen ergibt. Mittels des Elements zur Spannungswandlung ist der mindestens eine Zusatzstrang parallel zum Hauptstrang anschließbar. Das mindestens eine Element zur Spannungswandlung gewährleistet hierbei, dass eine Spannung des Zusatzstrangs gleich einer Spannung des Hauptstrangs ist.
Die mindestens eine Zusatzbatteriezelle, die im Zusatzstrang angeordnet ist, weist vorzugsweise eine Ausgangsspannung der Zusatzbatteriezelle auf, die kleiner ist als die Spannung des Hauptstranges. Beispielsweise kann die Zusatzbatteriezelle eine Ausgangsspannung aufweisen, die ein Viertel der Spannung des Hauptstranges beträgt. Das Element zur Spannungswandlung kann hierbei ein bidirektionaler Wandler (DC/DC-Wandler) sein.
Vorzugsweise sind im Zusatzstrang weitere Zusatzbatteriezellen anordenbar. Beispielsweise kann der Zusatzstrang Anschlussvorrichtungen für Zusatzbatteriezellen umfassen. Die Anschlussvorrichtungen sind hierbei mit Zusatzbatteriezellen bestückbar. Durch eine Bestückung der Anschlussvorrichtungen kann hiermit eine gewünschte Kapazität der Vorrichtung zur Energieversorgung hergestellt werden. Das Element zur Spannungswandlung ermöglicht hierbei, im Zusatzstrang Zusatzbatteriezellen mit unterschiedlichen Kapazitäten und somit unterschiedlichen Ausgangsspannungen anzuordnen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine vorbestimmte Kapazität der Vorrichtung zur Energieversorgung exakt oder mit einer nur geringen Abweichung eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine feine Skalierbarkeit der Vorrichtung zur Energieversorgung. Die Vorrichtung zur Energieversorgung lässt sich somit exakt oder möglichst genau an Einsatzbedingungen des zu versorgenden elektrischen Gerätes einstellen. Im Falle eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs lässt sich die Kapazität einer Traktionsbatterie z. B. an eine gewünschte maximale Reichweite oder eine Fahrstrecke zwischen zwei Ladevorgängen anpassen. Durch die feine Skalierbarkeit wird weiter in vorteilhafter Weise eine Reduktion des Gewichtes der Vorrichtung zur Energieversorgung auf ein Minimum gewährleistet.
In dem Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung zur Energieversorgung stellt die mindestens eine Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung den Zusatzstrom ein. Hierbei ist mittels der mindestens einen Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung der Strom in einem motorischen Betrieb und/oder in einem generatorischen Betrieb des zu versorgenden elektrischen Geräts einstellbar. Bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug kann in dem motorischen Betrieb beispielsweise Energie aus dem Zusatzstrang in ein Traktionsnetz des Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingespeist werden. In einem generatorischen Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs kann Energie aus dem Traktionsnetz in den Zusatzstrang eingespeist werden.
Die mindestens eine Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung kann hierbei z. B. in eine Steuereinheit der Traktionsbatterie integriert sein, wobei die Steuereinheit der Traktionsbatterie beispielsweise ein so genanntes Batteriemanagement ausführt. Alternativ kann das mindestens eine Element zur Spannungswandlung die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung umfassen. Diese kann z. B. baulich in das Element zur Spannungswandlung integriert sein. Weiter ist vorstellbar, dass Funktionen der Steuereinheit, z. B. das Einstellen des Zusatzstromes, auf verschiedene Steuereinheiten eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs verteilt sind.
Die Batteriezellen im Hauptstrang und/oder die Zusatzbatteriezellen weisen in der Regel jeweils eigene Steuereinheiten der Batteriezellen, z. B. mittels Mikroprozessoren realisierte Steuereinheiten, auf. Mittels dieser Steuereinheiten der Batteriezellen sind Überwachungs- und/oder Steuerungsfunktionen der Batteriezellen ausführbar. So lassen sich mittels der Steuereinheiten der Batteriezellen z. B. die Batteriezellentemperatur und -spannung überwachen. Weiter lässt sich z. B. ein SOC und/oder ein SOH der Batteriezellen überwachen. Mittels der Kommunikationsschnittstellen, z. B. SPI- oder CAN-Schnittstellen, können die vorhergehend genannten überwachten Zustandsgrößen der Batteriezellen an weitere Steuereinheiten und/oder Leistungselektroniken beispielsweise des Elektro- oder Hybridfahrzeugs über ein Kommunikationssystem datentechnisch übertragen werden. Hierbei existieren mehrere Alternativen für eine datentechnische Verbindung der Batteriezellen im Hauptstrang, der Zusatzbatteriezellen, des Elements zur Spannungswandlung, der Steuereinheit der Traktionsbatterie und der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung. Diese Werden später näher erläutert.
Um das Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung zur Energieversorgung mittels der mindestens einen Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung durchzuführen, ist eine Konfiguration der Steuereinheit in Abhängigkeit einer Bestückung des Zusatzstranges mit Zusatzbatteriezellen einstellbar. Eine Konfiguration der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung ist z. B. abhängig davon einstellbar, ob der Zusatzstrang mit keinem Batteriezusatzmodul, einem, zwei, drei oder vier Batteriezusatzzellen bestückt ist.
In einer ersten Variante ist die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung für jedes Bestückungsszenario konfigurierbar. Z. B. kann für jedes Bestückungsszenario eine individuelle Software auf die Steuereinheit geladen werden. Bei einer Änderung der Bestückung des Zusatzstranges ist dann jeweils eine neue, für das neue Bestückungsszenario individuelle, Software zu laden. Eine Verifizierung der Einstellung in Bezug auf die jeweilige Bestückung des Zusatzstrangs kann z. B. durch Überprüfung der Existenz von Steuereinheiten der Zusatzbatteriezellen mittels des Vorhergehend beschriebenen Kommunikationssystems durchgeführt werden. Alternativ oder kumulativ kann eine Verifizierung beispielsweise durch Messung einer Spannung über den gesamten im Zusatzstrang angeordneten Zusatzbatteriezellen erfolgen. Weiter alternativ oder kumulativ kann eine Verifizierung durch eine Ansteuerung des Elements zur Spannungswandlung und/oder eine Kombination aus den vorher genannten Möglichkeiten zur Verifizierung erfolgen. Wird bei einer Verifizierung festgestellt, dass die aktuelle Konfiguration der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung nicht zur aktuellen Bestückung des Zusatzstranges passt, so kann z. B. eine betriebssichere Konfiguration der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung eingestellt werden.
Alternativ kann die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung derart konfiguriert werden, dass alle möglichen Bestückungsszenarien des Zusatzstranges mittels der Konfiguration der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung steuerbar sind. Eine Verifizierung der Konfiguration des Zusatzstrangs kann hierfür z. B. zur Laufzeit durch eine oder mehrere der vorhergehend genannten Alternativen zur Verifizierung durchgeführt werden. Beispielsweise umfasst eine Software für alle möglichen Bestückungsszenarien des Zusatzstranges individuelle Steuerverfahren. Vorzugsweise wird in diesem Fall eine Verifizierung zyklisch in kurzen zeitlichen Abständen wiederholt durchgeführt.
Weiter kann der Zusatzstrang ein individuelles Teilsystem der Vorrichtung zur Energieversorgung sein. Ist der Zusatzstrang ein individuelles Teilsystem, so stellt der Zusatzstrang ein eigenständiges Batterie-System neben dem Hauptstrang für z. B. weitere Triebstrang-Komponenten eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs dar. In diesem Fall ist für den Zusatzstrang, insbesondere für die im Zusatzstrang angeordneten Zusatzbatteriezellen, ein individuelles Batteriemanagement, welches unabhängig von dem Batteriemanagement des Hauptstranges ist, ausführbar. Hierfür ist jedoch erforderlich, dass weitere Komponenten des Triebstranges auf das Batteriemanagement des Zusatzstranges ausgelegt werden.
In einer Alternative wird ein Batteriemanagement des Zusatzstranges in das z. B. mittels einer Steuereinheit der Traktionsbatterie ausgeführtes Batteriemanagement integriert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass für weitere Komponenten des Triebstranges weiterhin nur ein Batteriemanagement existiert. In diesem Fall kann das Batteriemanagement in vorteilhafter Weise z. B. größere Grenzströme ermöglichen als beispielsweise bei einer individuellen Ausführung eines Batteriemanagements für den Haupt- und Zusatzstrang.
Die Ausführbarkeit eines individuellen Batteriemanagements für den Zusatzstrang hängt hierbei von der Art der datentechnischen Verbindung zwischen den Steuereinheiten der Batteriezellen, insbesondere der Zusatzbatteriezellen, der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung und den weiteren Komponenten des Triebstranges, beispielsweise eines Motorsteuergerätes, ab.
Die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung stellt den Zusatzstrom ein. Hierbei gewährleistet die Einstellung des Zusatzstromes, dass beispielsweise eine gewünschte Aufteilung des Batteriestromes auf Hauptstrom und Zusatzstrom einstellbar ist. Die Einstellung des Zusatzstromes kann hierbei mittels einer Steuerung oder einer Regelung erfolgen. Für eine Regelung kann z. B. ein Stromsensor im Zusatz- und/oder Hauptstrang angeordnet werden. Mittels des Stromsensors ist der Zusatz- oder Hauptstrom messbar. Es ist vorstellbar, dass z. B. ein Mittelwert des Zusatzstromes geregelt wird.
So ist vorstellbar, dass im Falle eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs an das Traktionsnetz angeschlossene Komponenten, z. B. Elektromaschinen, Steuergeräte, Kompressoren für eine Klimaanlage, Niederspannungs-Bordnetz-Wandler usw., einen Sollwert des Batteriestromes bestimmen. Mittels der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung wird dann der Zusatzstrom entsprechend dem Sollwert eingestellt. Hierfür kann z. B. eine so genannte Look-Up-Table existieren, in der eine vorbestimmte Zuordnung zwischen Batteriestrom und Zusatzstrom vorgegeben ist. Wird ein vorbestimmter Zusatzstrom in Abhängigkeit des Batteriestroms eingestellt, so stellt sich in der Regel der Hauptstrom als Differenz zwischen Batteriestrom und Zusatzstrom von selbst ein. Hierfür sind in vorteilhafter Weise keine weiteren Steuerverfahren für den Hauptstrom erforderlich.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine Element zur Spannungswandlung mindestens ein Schaltelement, wobei die mindestens eine Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung mindestens einen Schaltzeitpunkt des Schaltelements einstellt. Als Schaltelement können im Prinzip alle in der Leistungselektronik üblichen Schaltelemente wie z. B. IGBT und/oder MOSFET verwendet werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung des Elements zur Spannungswandlung. Z. B. kann die vorhergehend erläuterte Einstellung des Zusatzstromes durch Einstellen der Schaltzeitpunkte realisiert werden. Es ist vorstellbar, dass der Zusatzstrom z. B. mit einem Stromsensor gemessen und gegebenenfalls gemittelt wird, wobei ein Regler in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einem Sollwert des Zusatzstromes und einem gemessenen Wert des Zusatzstromes die Einstellung der Schaltzeitpunkte ändert. Hiermit kann z. B. erreicht werden, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert des Zusatzstromes und dem gemessenen Wert des Zusatzstromes zu Null wird.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung den Zusatzstrom oder Mittelwert des Zusatzstromes derart ein, dass ein Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle gleich dem Hauptstrom oder dem Mittelwert des Hauptstromes ist. Hierbei ist der Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle ein Strom, der zum Laden oder Entladen der mindestens einen Zusatzbatterie dient. Unter einer Vernachlässigung von Verlusten ergibt sich der Zusatzstrom aus dem Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle gemäß I_Zusatz = I_I·U₁/U_n Formel 1, wobei I_Zusatz den Zusatzstrom, I_L den Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle, U₁ die Spannung über die mindestens eine Zusatzbatteriezelle und U_N die Nennspannung bezeichnet. Mittels einer Einstellung des Zusatzstromes lässt sich also auch der Strom durch die mindestens eine Zusatzbatterie einstellen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass bei bekannten Kapazitäten der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen und einem bekannten Verhältnis von Nennspannung und der Spannung über der mindestens einen Zusatzbatteriezelle eine Änderung des SOC der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen mittels des Betrages des Zusatzstromes berechnet werden kann, wofür keine Erfassung z. B. des Betrages des Hauptstromes notwendig ist. Weisen die Batteriezellen im Hauptstrang und/oder die Batteriezellen im Zusatzstrang die gleiche Kapazität auf und ist der Hauptstrom gleich dem Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle, so ändert sich der SOC der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen in gleicher Weise. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Einstellung des Zusatzstromes auch in Abhängigkeit eines gemessenen Hauptstromes oder aus anderen Größen berechneten Hauptstromes erfolgen kann. Wird anstelle des Hauptstromes nur der Batteriestrom gemessen, so kann der Zusatzstrom in Näherung mit folgender Gleichung bestimmt werden: I_Zusatz = I_Batterie – I_Haupt Formel 2.
Hierbei bezeichnet I_Zusatz den Zusatzstrom I_Batterie den Batteriestrom und I_Haupt den Hauptstrom.
In einer weiteren Ausführungsform sperrt die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung den Zusatzstrom, wenn ein Batteriestrom größer als eine vorbestimmte erste Schwelle des Batteriestromes und/oder kleiner als eine vorbestimmte zweite Schwelle des Batteriestromes ist. Im Allgemeinen ist der Wirkungsgrad des Elements zur Spannungswandlung bei kleinen Zusatzströmen relativ schlecht. Dies resultiert häufig aus den Schaltverlusten der Schaltelemente, beispielsweise der Leistungsschalter. Eine energieeffizientere Einstellung des Zusatzstromes ergibt sich daher z. B., wenn kleine Batterieströme, die zum Laden und/oder Entladen der Batteriezellen verwendet werden, ausschließlich durch den Hauptstrom gebildet werden. In diesem Fall fließt also kein Strom durch das Element zur Spannungswandlung im Zusatzstrang. Es ergibt sich also in vorteilhafter Weise eine energieeffizientere Einstellung des Zusatzstromes, insbesondere bei betragsmäßig kleinen Batterieströmen, die ihrerseits wiederum kleine oder keine Zusatzströme bedingen. So setzt sich ein betragsmäßig kleiner Batteriestrom ausschließlich aus einem Hauptstrom zusammen. Das Element zur Spannungswandlung ist quasi abgeschaltet, es fließt kein Zusatzstrom.
In dieser Ausführungsform können die SOC der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen also strategiebedingt auseinanderlaufen.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung den Zusatzstrom oder Mittelwert des Zusatzstromes derart ein, dass ein Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle betragsmäßig größer als der Hauptstrom oder Mittelwert des Hauptstromes ist, wenn ein Batteriestrom größer oder gleich einer vorbestimmten zweiten Schwelle oder kleiner oder gleich einer vorbestimmten ersten Schwelle des Batteriestromes ist. Die erste und/oder zweite Schwelle des Batteriestromes kann hierbei gleich der ersten und/oder zweiten Schwelle des Batteriestromes sein, für die die Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung den Zusatzstrom sperrt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das vorhergehend erläuterte strategiebedingte Auseinanderlaufen der SOC der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen zumindest teilweise kompensiert werden kann. Überschreitet z. B. der Batteriestrom die vorbestimmte zweite Schwelle, wird das Element zur Spannungswandlung aktiviert und ein Sollwert für den Zusatzstrom derart eingestellt, dass ein Betrag des Stromes durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle größer ist als der Hauptstrom.
Hierdurch kann der SOC der Zusatzbatteriezellen schneller sinken als der SOC der Batteriezellen im Hauptstrang, wodurch zumindest teilweise ausgeglichen werden kann, dass beispielsweise im Bereich eines Batteriestromes von Null bis zur zweiten vorbestimmten Schwelle nur der SOC der Batteriezellen im Hauptstrang sinkt. Für negative Batterieströme und die erste vorbestimmte Schwelle des Batteriestromes gilt Entsprechendes, wobei der Betrag des Stromes durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle größer, also bei Berücksichtigung der Stromrichtung kleiner, als der Hauptstrom eingestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste und/oder zweite vorbestimmte Schwelle einstellbar. Die erste und/oder zweite Schwelle kann hierbei zur Laufzeit einstellbar sein. Ohne weitere Maßnahmen können die SOC der Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen sehr weit auseinanderlaufen. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn der Batteriestrom für längere Zeit kleiner ist als die zweite vorbestimmte Schwelle. Hierdurch wird ausschließlich der SOC der Batteriezellen im Hauptstrang sinken. Die Einstellbarkeit der ersten und/oder zweiten Schwelle ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass ein so genannter SOC-Ausgleich zwischen den Zusatzbatteriezellen und den Batteriezellen im Hauptstrang stattfinden kann. Hierfür kann z. B. die zweite vorbestimmte Schwelle und/oder die erste vorbestimmte Schwelle zu betragsmäßig kleineren Batterieströmen hin verschoben werden.
Weiter kann ein Sollwert des Zusatzstromes betragsmäßig erhöht werden, wenn der Batteriestrom größer als die zweite vorbestimmte Schwelle und/oder kleiner als die erste vorbestimmte Schwelle ist. Hierbei ist zu beachten, dass in Bereichen des Batteriestroms, die kleiner oder gleich der ersten vorbestimmten Schwelle sind, der Sollwert des Zusatzstromes nur soweit betragsmäßig erhöht werden kann, bis der Hauptstrom den zulässigen Minimalwert für die Batteriezellen im Hauptstrang erreicht hat, da sonst der Batteriestrom begrenzt werden würde.
Hierdurch wird ein SOC-Ausgleich zwischen den Zusatzbatteriezellen und den Batteriezellen im Hauptstrang ermöglicht. Ein SOC-Ausgleich zwischen den Batteriezellen im Hauptstrang und den Zusatzbatteriezellen ergibt sich für den Fachmann in analoger Weise zu den vorhergehend erläuterten Ausführungen zum SOC-Ausgleich zwischen den Zusatzbatteriezellen und den Batteriezellen im Hauptstrang, wobei die vorbestimmten Schwellen betragsmäßig vergrößert werden und/oder die die Ströme durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle betragsmäßig verkleinert werden.
Mittels der Einstellung der ersten und/oder zweiten vorbestimmten Schwelle ist in weiter vorteilhafter Weise Energie aus den Batteriezellen im Hauptstrang in die Zusatzbatteriezellen umladbar. Gleiches gilt für eine Umladung von Energie aus den Zusatzbatteriezellen in die Batteriezellen des Hauptstranges.
Ist ein größeres Verhältnis von Maximalkapazität zu Minimalkapazität der Vorrichtung zur Energieversorgung gefordert, kann ein dritter Strang und gegebenenfalls weitere Stränge parallel zum Hauptstrang und Zusatzstrang geschaltet werden, wobei der dritte Strang und die gegebenenfalls weiteren Stränge analog zu dem Zusatzstrang aufgebaut und analog zu den vorhergehend gemachten Ausführungen angesteuert werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Hauptstrang ein weiteres Element zur Spannungswandlung angeordnet und eine Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung stellt mindestens den Hauptstrom oder Mittelwert des Hauptstromes abhängig von dem Zusatzstrom oder Mittelwert des Zusatzstromes und/oder abhängig von dem Batteriestrom und/oder abhängig von einem Ladezustand der Zusatzbatteriezellen und/oder einem Ladezustand der mindestens einen Batteriezelle im Hauptstrang ein. Da in der Regel die Spannung des Hauptstranges die Nennspannung der Vorrichtung zur Energieversorgung fest vorgibt, kann in diesem Fall eine Nennspannung durch die Anzahl und/oder Art der Batteriezellen im Hauptstrang variabel einstellbar sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass mittels der Elemente zur Spannungswandlung und der Anzahl und/oder Art der bestückten Batteriezellen im Hauptstrang und der Zusatzbatteriezellen die Nennspannung zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert frei eingestellt werden kann. Der Minimalwert wird beispielsweise durch den Hauptstrang vorgegeben, wenn der Hauptstrang eine größere Spannung als der Zusatzstrang aufweist. Umgekehrt wird der Minimalwert der Nennspannung durch den Zusatzstrang vorgegeben, wenn dieser eine größere Spannung als der Hauptstrang aufweist. Der Maximalwert der Nennspannung kann beispielsweise durch eine niedrigste Spannungsfestigkeit der an das Traktionsnetz angeschlossenen Komponenten gegeben sein. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in dieser Ausführungsform eine Traktionsnetzspannung regelbar ist.
Ist der Hauptstrom oder ein Mittelwert des Hauptstroms mittels des weiteren Elements zur Spannungswandlung einstellbar, so unterscheidet sich der Hauptstrom von einem Strom durch die mindestens eine Batteriezelle. Hierbei bezeichnet der Hauptstrom den Strom, der über das weitere Element zur Spannungswandlung in den Hauptstrang hinein- oder aus dem Hauptstrang herausfließt. Der Strom durch die mindestens eine Batteriezelle bezeichnet den Lade- oder Entladestrom der mindestens einen Batteriezelle. In diesem Fall lässt sich das Verhältnis von Hauptstrom zu dem Strom durch die mindestens eine Batteriezelle analog zu Formel 1 berechnen.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Hauptstrang, mindestens einen Zusatzstrang und mindestens eine Steuereinheit eines Elements zur Spannungswandlung, wobei der mindestens eine Zusatzstrang elektrisch parallel zum Hauptstrang angeordnet ist. Weiter ist in dem mindestens einen Hauptstrang die mindestens eine Batteriezelle angeordnet. Im Zusatzstrang sind mindestens ein Element zur Spannungswandlung und mindestens eine Zusatzbatterie anordenbar. Mittels der Steuereinheit des Elements zur Spannungswandlung ist mindestens ein Zusatzstrom oder ein Mittelwert des Zusatzstromes abhängig von mindestens einer Zustandsgröße einstellbar, wobei die Zustandsgröße vorhergehend erläutert sind. Ein Zusatzstrom oder Mittelwert des Zusatzstroms ist hierbei gemäß einem der vorhergehend erläuterten Verfahren einstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Zusatzstrang mindestens eine Anschlussvorrichtung für das Element zur Spannungswandlung und mindestens eine Anschlussvorrichtung für die mindestens eine Zusatzbatteriezelle angeordnet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine modulare Bestückbarkeit des Zusatzstranges mit Zusatzbatteriezellen, wobei eine Kapazität und eine Ausgangsspannung der Zusatzbatteriezellen frei gewählt werden kann. Hieraus resultiert die vorhergehend erläuterte Skalierbarkeit der Vorrichtung zur Energieversorgung. Die Anschlussvorrichtungen können beispielsweise in Form von Batterieschächten ausgeführt sein, in die Zusatzbatteriezellen einsetzbar sind. In dieser Ausführungsform ergibt sich eine Ausbaustufe der Vorrichtung zur Energieversorgung zwischen einem Minimalumfang und einem Maximalumfang. Im Minimalumfang ist die Vorrichtung zur Energieversorgung nicht mit einer Zusatzbatteriezelle und einem Element zur Spannungswandlung bestückt.
In einem erweiterten Minimalumfang ist ein Element zur Spannungswandlung im Zusatzstrang angeordnet, wobei der Zusatzstrang noch weitere unbestückte Anschlussvorrichtungen für mindestens eine Zusatzbatteriezelle aufweist. Alternativ ist vorstellbar, dass der Zusatzstrang ein fest eingebautes Element zur Spannungswandlung umfasst, wobei mindestens eine Zusatzbatteriezelle im Zusatzstrang anordenbar ist.
In einem Maximalumfang sind alle Anschlussvorrichtungen für Zusatzbatteriezellen im Zusatzstrang mit Zusatzbatteriezellen bestückt. Auch ist die Anschlussvorrichtung für das mindestens eine Element zur Spannungswandlung mit einem Element zur Spannungswandlung bestückt.
Dient die Vorrichtung zur Energieversorgung als Traktionsbatterie, so kann das Element zur Spannungswandlung auf der Seite eines Traktionsnetz-Minuspols angeordnet sein. Alternativ kann das Element zur Spannungswandlung auf der Seite eines Traktionsnetz-Pluspols angeordnet sein.
Weiter kann im Haupt- und/oder Zusatzstrang jeweils eine Stromsicherung angeordnet sein. Die Stromsicherung bewirkt in vorteilhafter Weise eine Sicherung gegen z. B. einen ungewollt hohen Stromfluss, auch bei einer beliebigen Bestückung des Zusatzstranges mit Zusatzbatteriezellen.
Weiter kann die Vorrichtung zur Energieversorgung mindestens ein Hauptschütz umfassen. Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Hauptschütz derart in der Vorrichtung zur Energieversorgung angeordnet, dass es bei Bedarf gleichzeitig den Haupt- und Zusatzstrang von dem Traktionsnetz trennen kann.
Die Anschlussvorrichtungen für Zusatzbatteriezellen sind vorzugsweise überbrückbar ausgebildet. Hierbei können die Anschlussvorrichtungen für Zusatzbatteriezellen jeweils individuell überbrückbar oder mehrere Anschlussvorrichtungen für Zusatzbatteriezellen zusammen überbrückbar ausgebildet sein. Nicht bestückte Anschlussvorrichtungen des Zusatzstranges sind im Betrieb elektrisch zu überbrücken. Durch eine gemeinsame Überbrückung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass kleinere Übergangswiderstände im Zusatzstrang entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Hauptstrang mindestens ein weiteres Element zur Spannungswandlung anordenbar und umfasst die Vorrichtung mindestens eine Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung, wobei mittels der Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung mindestens ein Hauptstrom oder Mittelwert des Hauptstroms abhängig Von dem Zusatzstrom oder Mittelwert des Zusatzstromes und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes und/oder eines Ladezustands der Zusatzbatteriezelle und/oder eines Ladezustands der mindestens einen Batteriezelle des Hauptstrangs einstellbar ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass z. B. eine Nennspannung der Vorrichtung zur Energieversorgung einstellbar ist. Weiter können im Hauptstrang auch weitere Batteriezellen anordenbar sein.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zur Energieversorgung,
2 einen schematischen Schaltplan einer zweiten Ausführung einer Vorrichtung zur Energieversorgung,
3 eine erste Ausführungsform des Elements zur Spannungswandlung,
4 einen schematischen Strom-Spannungsverlauf an einem Element zur Spannungswandlung,
5 einen weiteren Strom-Spannungsverlauf an dem in 3 dargestellten Element zur Spannungswandlung,
6 eine zweite Ausführungsform eines Elements zur Spannungswandlung,
7 eine schematische Darstellung der Einstellung eines Zusatzstroms,
8a eine erste Ausführungsform eines Kommunikationssystems,
8b eine zweite Ausführungsform eines Kommunikationssystems,
8c eine dritte Ausführungsform eines Kommunikationssystems,
8d eine vierte Ausführungsform eines Kommunikationssystems,
8e eine fünfte Ausführungsform eines Kommunikationssystems und
8f eine sechste Ausführungsform eines Kommunikationssystems.
In den nachfolgenden Ausführungen bezeichnen Elemente mit gleichen Bezugszeichen Elemente mit gleichen technischen Eigenschaften.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Energieversorgung. Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Energieversorgung stellt in diesem Ausführungsbeispiel die Traktionsbatterie beispielsweise eines nicht dargestellten Elektro- oder Hybridfahrzeugs dar. Die Traktionsbatterie weist einen Pluspol 2 und einen Minuspol 3 auf. Über den Pluspol 2 und den Minuspol 3 ist die Traktionsbatterie an das Traktionsnetz anschließbar. Weiter umfasst die Traktionsbatterie Hauptschütze 4. Weiter umfasst die Traktionsbatterie einen Hauptstrang 100 und einen Zusatzstrang 200. Der Zusatzstrang 200 ist elektrisch parallel zum Hauptstrang 100 angeordnet. Im Hauptstrang 100 ist mindestens eine Batteriezelle 101 des Hauptstranges 100 angeordnet. Weiter ist im Hauptstrang 100 eine Sicherung 102 angeordnet. Ein Pluspol der Batteriezelle 101 ist an den Pluspol 2 der Traktionsbatterie angeschlossen. Ein Minuspol der Batteriezelle 101 ist über die Sicherung 102 an den Minuspol 3 der Traktionsbatterie angeschlossen. Die Batteriezelle 101 legt eine Nennspannung U_N, also eine Traktionsnetzspannung, fest. Der Zusatzstrang 200 ist über einen Kontakt 201 an den Pluspol 2 der Traktionsbatterie und über einen Kontakt 202 an den Minuspol 3 der Traktionsbatterie angeschlossen. Der Zusatzstrang 200 weist eine erste Anschlussvorrichtung 210 für ein Element 214 zur Spannungswandlung auf. Weiter weist der Zusatzstrang 200 eine zweite Anschlussvorrichtung 220 für eine erste Zusatzbatteriezelle, eine dritte Anschlussvorrichtung 230 für eine zweite Zusatzbatteriezelle, eine vierte Anschlussvorrichtung 240 für eine dritte Zusatzbatteriezelle und eine fünfte Anschlussvorrichtung 250 für eine vierte Zusatzbatteriezelle auf. Die erste Anschlussvorrichtung 210 umfasst hierbei drei Kontakte 211, 212, 213, wobei das Element 214 zur Spannungswandlung mittels der Kontakte 211, 212, 213 an den Zusatzstrang 200 anschließbar ist. In 1 ist dargestellt, dass das Element 214 zur Spannungswandlung über den Kontakt 211 mit dem Kontakt 201 verbunden ist. Weiter ist dargestellt, dass das Element 214 zur Spannungswandlung über den Kontakt 212 und eine Sicherung 204 des Zusatzstrangs 200 an einen Kontakt 221 der zweiten Anschlussvorrichtung 220 für eine erste Zusatzbatteriezelle angeschlossen ist. Über den dritten Kontakt 213 ist das Element 214 zur Spannungswandlung an einen Kontakt 203 des Zusatzstrangs 200 angeschlossen, der wiederum mit dem Kontakt 202 in elektrischer Verbindung steht. Die Anschlussvorrichtungen 220, 230, 240, 250 umfassen jeweils Kontakte 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252, an die Zusatzbatteriezellen anschließbar sind. So kann eine erste Zusatzbatteriezelle an die Kontakte 221 und 222 angeschlossen werden. In 1 ist dargestellt, dass die erste Anschlussvorrichtung 220 elektrisch überbrückt ist. Hierzu sind die Kontakte 221, 222 elektrisch verbunden. Analog ist die dritte Anschlussvorrichtung 230 elektrisch überbrückt. An die Kontakte 241, 242 ist eine dritte Zusatzbatteriezelle 243 angeschlossen. Analog ist eine vierte Zusatzbatteriezelle 253 an die Kontakte 251, 252 angeschlossen. Hierbei ist dargestellt, dass ein Pluspol der dritten Zusatzbatteriezelle 243 an den Kontakt 241 und ein Pluspol der vierten Zusatzbatteriezelle 253 an den Kontakt 251 angeschlossen ist. Ein Minuspol der dritten Zusatzbatteriezelle ist an den Kontakt 242, ein Minuspol der vierten Zusatzbatteriezelle ist an den Kontakt 252 angeschlossen. Zur Überbrückung der zweiten und dritten Anschlussvorrichtung 220, 230 ist es auch vorstellbar, den Kontakt 221 direkt mit dem Kontakt 232 elektrisch leitfähig zu verbinden. Durch den Hauptstrang 100 fließt ein Hauptstrom I_Haupt. Durch den Zusatzstrang 200 fließt ein Zusatzstrom I_Zusat _z. Der Hauptstrom I_Haupt und der Zusatzstrom I_Zusatz addieren sich zum Batteriestrom I_Blatt. Weiter dargestellt ist der Strom I_L durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle 243, 253, der durch die Zusatzbatteriezellen 243, 253 fließt. Zwischen den Kontakten 221 und 203 fällt die Spannung U₁ ab. Die Spannung U₁ bezeichnet hierbei die Spannung über allen eingesetzten Zusatzbatteriezellen, in diesem Ausführungsbeispiel die dritte Zusatzbatteriezelle 243 und die vierte Zusatzbatteriezelle 253.
In 1 ist dargestellt, dass das Element 214 zur Spannungswandlung am Pluspol 2 der Traktionsbatterie angeordnet ist.
In 2 ist dargestellt, dass ein Element 214 zur Spannungswandlung am Minuspol 3 der Traktionsbatterie angeordnet ist. Die Traktionsbatterie, die in 2 dargestellt ist, ist im Wesentlichen analog zur in 1 dargestellten Traktionsbatterie aufgebaut. Hierbei ist jedoch der Kontakt 221 der zweiten Anschlussvorrichtung 220 direkt über den Kontakt 203 mit dem Kontakt 201, also mit dem Pluspol 2 der Traktionsbatterie, verbunden. Der Kontakt 211 der ersten Anschlussvorrichtung 210 ist direkt mit dem Minuspol 3 über den Kontakt 202 verbunden. Über den Kontakt 213 ist das Element 214 zur Spannungswandlung mit dem Kontakt 203 und damit mit dem Pluspol 2 der Traktionsbatterie verbunden. Über den Kontakt 212 und die Sicherung 204 ist das Element 214 zur Spannungswandlung mit dem Kontakt 252 der fünften Anschlussvorrichtung 250 verbunden. In die vierte Anschlussvorrichtung 240 und in die fünfte Anschlussvorrichtung 250 ist jeweils eine Zusatzbatteriezelle 243, 253 eingesetzt. Die zweite Anschlussvorrichtung 220 und die dritte Anschlussvorrichtung 230 sind elektrisch überbrückt, wobei der Kontakt 221 der zweiten Anschlussvorrichtung 220 mit dem Kontakt 232 der dritten Anschlussvorrichtung 230 verbunden ist. Zwischen dem Kontakt 203 und dem Kontakt 252 fällt die Spannung U₁ ab.
3 zeigt eine erste Ausführungsform des in 1 dargestellten Elements 214 zur Spannungswandlung. Das Element 214 umfasst hierbei eine Induktivität 215, über der die Spannung U_L abfällt. Weiter umfasst das Element 214 zur Spannungswandlung einen ersten Schalter 216 und einen zweiten Schalter 217 sowie eine erste Diode 218 und eine zweite Diode 219. Durch die Induktivität 215 fließt ein Strom I_L, der in 1 als der Strom I_L durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle 243, 253 dargestellt ist. Ein erster Kontakt der Induktivität 215 ist mit dem Kontakt 212 des Elements 214 zur Spannungswandlung verbunden. Ein zweiter Kontakt der Induktivität 215 ist mit einem ersten Kontakt des ersten Schalters 216 und der ersten Diode 218 sowie einem zweiten Kontakt des zweiten Schalters 217 und der zweiten Diode 219 verbunden. Ein zweiter Kontakt des ersten Schalters 216 und ein zweiter Kontakt der ersten Diode 218 ist elektrisch mit dem Kontakt 211 des Elements 214 zur Spannungswandlung verbunden. Ein erster Kontakt des zweiten Schalters 217 und ein erster Kontakt der zweiten Diode 219 ist mit dem Kontakt 213 des Elements zur Spannungswandlung verbunden. Die Dioden 218, 219 sind hierbei derart angeordnet, dass die Dioden 218, 219 einen Stromfluss vom zweiten Kontakt der Dioden 218, 219 hin zum ersten Kontakt der Dioden 218, 219 sperren. Die Schalter 216, 217 können hierbei als herkömmliche Leistungsschalter, z. B. MOSFET, ausgebildet sein.
Soll z. B. bei einem motorischen Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs Energie aus dem Zusatzstrang 200 in das Traktionsnetz gespeist werden, arbeitet die in 3 dargestellte Schaltung als so genannter Aufwärts-Wandler. Ein Spannungsverlauf der Spannung U_L und ein Stromverlauf des Stromes I_L der in 3 dargestellten Ausführung des Elements 214 zur Spannungswandlung ist in 4 dargestellt. Vor einem ersten Zeitpunkt t0 seien alle Ströme Null und der erste Schalter 216 und der zweite Schalter 217 geöffnet. Zum ersten Zeitpunkt t0 wird der zweite Schalter 217 geschlossen. An der Induktivität 215 liegt jetzt eine Spannung U_L an, die der Spannung U₁ in 1 entspricht. Die Spannung U_L bestimmt einen Gradienten, mit dem sich der Strom I_L vergrößert. In einem ersten Zeitintervall Z₁ zwischen dem ersten Zeitpunkt t0 und einem zweiten Zeitpunkt t1 wird den Zusatzbatteriezellen 243, 253 Energie entnommen, wobei die Energie jedoch nicht an das Traktionsnetz abgegeben, sondern in der Induktivität 215 gespeichert wird. Da keine Energie an das Traktionsnetz abgegeben wird ist I_Zusatz gleich Null. Zu dem zweiten Zeitpunkt t1 oder wenn I_L einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der zweite Schalter 217 geöffnet. Die Induktivität 215 treibt den Strom I_L, der jetzt über die erste Diode 218 in das Traktionsnetz fließt. Hierbei ist zu beachten, dass durch die Zusatzbatteriezellen der Strom I_L fließt, auch wenn kein Zusatzstrom I_Zusatz in das Traktionsnetz fließt. Zusätzlich kann der zweite Schalter 217 geschlossen werden, um Verluste zu verringern. An der Induktivität 215 liegt nun eine Spannung U_L an, die einer Differenz zwischen der Spannung U₁ und U_N in 1 entspricht. Diese Spannung U₁ bestimmt einen Gradienten, mit dem sich der Strom I_L verkleinert. In einem zweiten Zeitintervall Z₂ zwischen dem zweiten Zeitpunkt t1 und einem dritten Zeitpunkt t2 wird Energie an das Traktionsnetz abgegeben, die gleichzeitig aus den Zusatzbatteriezellen 243, 253 und der Induktivität 215 entnommen wird. Zum dritten Zeitpunkt, in 4 beispielhaft noch bevor I_L = 0 wird, wird der erste Schalter 216 geöffnet und der zweite Schalter 217 wieder geschlossen und es beginnt ein neues Zeitintervall wie das erste Zeitintervall Z₁. Von einem derartigen Wandlertyp ist bekannt, dass in erster Näherung, z. B. bei Vernachlässigung von Verlusten, für konstante mittlere Ströme gilt: U_N\U₁ = 1 + Z₁\Z₂ Formel 2.
Hierbei bezeichnet Z₁ das erste Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt t0 und dem zweiten Zeitpunkt t1 und Z₂ das zweite Zeitintervall zwischen dem zweiten Zeitpunkt t1 und dem dritten Zeitpunkt t2. Je größer U₁ relativ zu U_N, desto größer ist Z₂ relativ zu Z₁, d. h. die Zeit, in der Energie an das Traktionsnetz abgegeben wird, zu der Zeit, in der nur die Induktivität 215 aufgeladen wird.
Soll z. B. bei einem generatorischen Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs Energie aus dem Traktionsnetz in den Zusatzstrang 200 eingespeist werden, arbeitet die in 3 dargestellte Schaltung als Abwärts-Wandler. Ein Spannungsverlauf der Spannung U_L und ein Stromverlauf des Stromes I_L ist in 5 dargestellt. Analog zu 4 bezeichnen t0, t1, t2 einen ersten, einen zweiten und einen dritten Zeitpunkt. Z₁, Z₂ bezeichnen ein erstes und ein zweites Zeitintervall. Vor dem ersten Zeitpunkt t0 seien alle Ströme Null und alle Schalter 216, 217 offen. Zum ersten Zeitpunkt t0 wird der erste Schalter 216 geschlossen. An der Induktivität 215 liegt jetzt die (bei Beibehaltung der Vorzeichen der in 4 negativen) Spannung U_L = U₁ – U_N an, die einen Gradienten bestimmt, mit dem sich der Strom I_L betragsmäßig vergrößert. Es wird in dieser Phase dem Traktionsnetz Energie entnommen und gleichzeitig an die Zusatzbatterie Zellen 243, 253 abgegeben und in der Induktivität 215 gespeichert. Nach einer vorbestimmten Zeit oder wenn I_L einen bestimmten Wert erreicht, in 5 zum zweiten Zeitpunkt t1, wird der erste Schalter 216 geöffnet. Die Induktivität 215 treibt den Strom I_L weiter, der jetzt über die zweite Diode 219 fließt. Dem Traktionsnetz wird jetzt keine Energie mehr entnommen, nur die in der Induktivität 215 gespeicherte Energie wird jetzt an die Zusatzbatteriezellen 243, 253 abgegeben. Zusätzlich kann der erste Schalter 216 geschlossen werden, um Verluste zu verkleinern. An der Induktivität 215 liegt jetzt die Spannung U_L = U₁ an, die einen Gradienten bestimmt, mit dem sich der Strom I_L betragsmäßig verkleinert. Zum dritten Zeitpunkt t2 wird (hier beispielhaft noch vor I_L = 0) der zweite Schalter 217 geöffnet und der erste Schalter 216 wieder geschlossen und es beginnt ein neues Zeitintervall wie nach dem ersten Zeitpunkt t0.
6 zeigt einen schematischen Aufbau des in 2 dargestellten Elements 214 zur Spannungswandlung. Der Aufbau des Elements 214 zur Spannungswandlung in 2 kann identisch zu dem Aufbau des Elements 214 zur Spannungswandlung in 1 sein. Damit jedoch die vorhergehend erläuterte Funktionsweise des Elements 214 zur Spannungswandlung auch in der in 2 dargestellten Ausführungsform gelten, sind die Bezeichnungen des ersten und des zweiten Schalters 216, 217 und der ersten und der zweiten Diode 218, 219 und die Richtungen von dem Strom I_L und der Spannung U_L zu tauschen.
In 7 ist ein beispielhaftes Schema zur Einstellung des Zusatzstromes I_Zusatz dargestellt. In 7 ist der Zusatzstrom I_Zusatz als durchgezogene Linie dargestellt. Der Hauptstrom I_Haupt ist als gestrichelte Linie dargestellt. Der Hauptstrom I_Haupt und der Zusatzstrom I_Zusatz sind unterschiedlich skaliert dargestellt. Der Betrag des Zusatzstromes I_Zusatz an einer vorbestimmten ersten Schwelle G1 entspricht hier der Differenz zwischen dem Hauptstromes I_Haupt, der sich bei einer rechtsseitigen Annäherung an die erste Schwelle G1, und einem Hauptstrom I_Haupt, der sich bei einer linksseitigen Annäherung an die erste Schwelle G1, ergibt. Gleiches gilt für die zweite vorbestimmte Schwelle G2. Hierbei ist auf der Abszisse der Batteriestrom I_Batt dargestellt. Hierbei wird der Zusatzstrom I_Zusatz gesperrt, wenn der Batteriestrom I_Batt zwischen der vorbestimmten ersten Schwelle G1 und der vorbestimmten zweiten Schwelle G2 liegt. Zwischen den Schwellen G1 und G2 ist der Batteriestrom I_Batt gleich dem Hauptstrom I_Haupt. Hierbei wird nur aus dem Hauptstrang 100 Energie in das Traktionsnetz eingespeist. Überschreitet der Batteriestrom I_Batt die zweite vorbestimmte Schwelle G2, so wird der Zusatzstrom I_Zusatz derart eingestellt, dass der Strom I_L durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle 243, 253 größer als der Hauptstrom I_Haupt ist. Hierdurch kann dem Zusatzstrang 200 mehr Energie entnommen werden als dem Hauptstrang 100. Unterschreitet der Batteriestrom I_Batt die erste vorbestimmte Schwelle G1, so wird analog der Zusatzstrom I_Zusatz derart eingestellt, dass der Strom I_L betragsmäßig größer ist als der Hauptstrom I_Haupt. Hiermit kann mehr Energie in den Zusatzstrang 200 als in den Hauptstrang 100 eingespeist werden.
Die 8a bis 8f zeigen verschiedene Alternativen der Ausgestaltungen eines Kommunikationssystems des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei die Elemente des Zusatzstranges 200 in das Kommunikationssystem integriert sind. In den 8a bis 8c ist jeweils eine Ausführung des Kommunikationssystems dargestellt, in der für den Zusatzstrang 200 kein individuelles Batteriemanagement ausgeführt wird und dieser nicht als selbständiges Batteriesystem gegenüber weiteren Komponenten des Kommunikationssystems, wie beispielsweise einem nicht dargestellten Motor-Steuergerät, auftritt. Hierbei sind weitere Komponenten, beispielsweise eines Triebstranges des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mittels eines Triebstrang-Busses 5 an eine Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie datentechnisch angeschlossen. Die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie führt hierbei beispielsweise ein Batteriemanagement aus, wobei das Batteriemanagement z. B. einen Überwachung der Batteriezellentemperatur und -spannung ausführt. Die Überwachung bezieht sich hierbei auf die Batteriezelle 101 des Hauptstrangs 100. Ferner steuert die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie die Hauptschütze 4, gegebenenfalls eine so genannte Balancer-Funktion, und überwacht einen SOC und/oder einen SOH der Batteriezelle 101. Über den Triebstrang-Bus 5 kommuniziert die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie mit weiteren Komponenten des Triebstranges. So kann die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie beispielsweise weiteren Komponenten des Triebstranges den aktuell maximal zulässigen und den aktuell minimal zulässigen Grenzstrom der Traktionsbatterie mitteilen. In 8a ist das Element 214 zur Spannungswandlung und die dritte Zusatzbatteriezelle 243 und die vierte Zusatzbatteriezelle 253 jeweils individuell datentechnisch an die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie angeschlossen. Die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie weist weitere datentechnische Anschlüsse für eine Kommunikation mit einer ersten Zusatzbatteriezelle und einer zweiten Zusatzbatteriezelle auf.
In analoger Weise zum in 8a bis 8f dargestellten Kommunikationssystem kann die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie beispielsweise mit Steuereinheiten der Zusatzbatteriezellen 243, 253, die jeweils den SOH der Zusatzbatteriezellen 243, 253 überwachen, und nicht direkt mit den Zusatzbatteriezellen 243, 253 kommuniziert. Auch kann die Steuereinheit der Traktionsbatterie mit einer Steuereinheit des Elementes 214 zur Spannungswandlung statt direkt mit dem Element 214 zur Spannungswandlung kommunizieren, wobei die Steuereinheit des Elements 214 zur Spannungswandlung beispielsweise die Schaltzeitpunkte t0, t1, t2 des ersten Schalters 216 und des zweiten Schalters 217 einstellt.
In 8b ist eine zweite Ausführungsform eines Kommunikationssystems dargestellt. Hierbei kommuniziert die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie über den Triebstrang-Bus 5 mit weiteren Komponenten des Triebstranges und mit dem Element 214 zur Spannungswandlung, jedoch nicht mit den Zusatzbatteriezellen 243, 253. Das Element 214 zur Spannungswandlung weist seinerseits datentechnische Anschlüsse für eine Kommunikation mit Zusatzbatteriezellen auf. In 8b ist dargestellt, dass das Element 214 zur Spannungswandlung datentechnisch mit der dritten Zusatzbatteriezelle 243 und der vierten Zusatzbatteriezelle 253, die z. B. in 1 im Zusatzstrang 200 bestückt sind, verbunden ist.
In 8c ist eine dritte Ausführungsform eines Kommunikationssystems dargestellt. Hierbei verbindet ein lokaler Bus 7 die Steuereinheit 6 der Traktionsbatterie und das Element 214 zur Spannungswandlung, die dritte Zusatzbatteriezelle 243 und die vierte Zusatzbatteriezelle 253.
In den 8d bis 8f sind Kommunikationssysteme dargestellt, in denen der Zusatzstrang 200 als individuelles Batteriesystem über den Triebstrang-Bus 5 ansteuerbar ist. Für den Zusatzstrang 200 wird also ein individuelles Batteriemanagement ausgeführt. Hierbei sind in 8d jeweils das Element 214 zur Spannungswandlung, die dritte Zusatzbatteriezelle 243 und die vierte Zusatzbatteriezelle 253 an den Triebstrang-Bus 5 angeschlossen. In 8e ist nur das Element 214 zur Spannungswandlung an den Triebstrang-Bus 5 angeschlossen, während die Zusatzbatteriezellen 243, 253 jeweils datentechnisch mit dem Element 214 zur Spannungswandlung verbunden sind. In 8f verbindet ein lokaler Bus das Element 214 zur Spannungswandlung und die Zusatzbatteriezellen 243, 253. Das Element 214 zur Spannungswandlung ist direkt an den Triebstrang-Bus 5 angeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Energieversorgung
2: Pluspol der Traktionsbatterie
3: Minuspol der Traktionsbatterie
4: Hauptschütz
5: Triebstrang-Bus
6: Steuereinheit der Traktionsbatterie
7: lokaler Bus
100: Hauptstrang
101: Batteriezelle
102: Sicherung
200: Zusatzstrang
201: Kontakt
202: Kontakt
203: Kontakt
204: Sicherung
210: erste Anschlussvorrichtung
211: Kontakt
212: Kontakt
213: Kontakt
214: Element zur Spannungswandlung
215: Induktivität
216: erster Schalter
217: zweiter Schalter
218: erste Diode
219: zweite Diode
220: zweite Anschlussvorrichtung
221: Kontakt
222: Kontakt
230: dritte Anschlussvorrichtung
231: Kontakt
232: Kontakt
240: vierte Anschlussvorrichtung
241: Kontakt
242: Kontakt
243: dritte Zusatzbatteriezelle
250: fünfte Anschlussvorrichtung
251: Kontakt
252: Kontakt
253: vierte Zusatzbatteriezelle
t0: erster Zeitpunkt
t1: zweiter Zeitpunkt
t2: dritter Zeitpunkt
UN: Nennspannung, Traktionsnetzspannung
U1: Spannung über Zusatzbatteriezellen
UL: Spannung über Induktivität
IHaupt: Hauptstrom
IZusatz: Zusatzstrom
IBatt: Batteriestrom
IL: Strom durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle
Z1: erstes Zeitintervall
Z2: zweites Zeitintervall
G1: erste vorbestimmte Schwelle
G2: zweite vorbestimmte Schwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6985799 B2 [0009]
DE 102007050103 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung (1) zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle (101), wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Hauptstrang (100), mindestens einen Zusatzstrang (200) und mindestens eine Steuereinheit eines Elements (214) zur Spannungswandlung umfasst, wobei der mindestens eine Zusatzstrang (200) elektrisch parallel zum Hauptstrang (100) angeordnet ist, wobei in dem mindestens einen Hauptstrang (100) die mindestens eine Batteriezelle (101) angeordnet ist, wobei im Zusatzstrang (200) mindestens das Element (214) zur Spannungswandlung und mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung mindestens einen Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstroms (I_Zusatz) abhängig von einem durch den mindestens einen Hauptstrang (100) fließenden Hauptstromes (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstromes (I_Haupt) und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes (I_Batt) und/oder eines Ladezustands (SOC) der Zusatzbatteriezelle (243, 253) und/oder eines Ladezustands (SOC) der mindestens einen Batteriezelle (101) des Hauptstrangs (100) einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element (214) zur Spannungswandlung mindestens ein Schaltelement (216, 217) umfasst, wobei die mindestens eine Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung mindestens einen Schaltzeitpunkt (t0, t1, t2) des Schaltelements (216, 217) einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung den Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstromes (I_Zusatz) derart einstellt, dass ein Strom (I_L) durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) gleich dem Hauptstrom (I_Haupt) oder dem Mittelwert des Hauptstromes (I_Haupt) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung den Zusatzstrom (I_Zusatz) sperrt, wenn ein Batteriestrom (I_Batt) größer als eine vorbestimmte erste Schwelle (G1) des Batteriestroms (I_Batt) und/oder kleiner als eine vorbestimmte zweite Schwelle (G2) des Batteriestromes (I_Batt) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung den Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstromes (I_Zusatz) derart einstellt, dass ein Strom (I_L) durch die mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) betragsmäßig größer als der Hauptstrom (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstromes (I_Haupt) ist, wenn ein Batteriestrom (I_Batt) größer oder gleich einer vorbestimmten zweiten Schwelle (G2) oder kleiner oder gleich einer vorbestimmten ersten Schwelle (G1) des Batteriestromes (I_Batt) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite vorbestimmte Schwelle (G1, G2) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptstrang (100) ein weiteres Element zur Spannungswandlung angeordnet ist und eine Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung mindestens den Hauptstrom (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstroms (I_Haupt) abhängig von dem Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstromes (I_Zusatz) und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes (I_Batt) und/oder eines Ladezustands (SOC) der Zusatzbatteriezelle (243, 253) und/oder eines Ladezustands (SOC) der mindestens einen Batteriezelle (101) des Hauptstrangs (100) einstellt.
Vorrichtung (1) zur Energieversorgung aus mindestens einer Batteriezelle (101), umfassend mindestens einen Hauptstrang (100), mindestens einen Zusatzstrang (200) und mindestens eine Steuereinheit eines Elements (214) zur Spannungswandlung, wobei der mindestens eine Zusatzstrang (200) elektrisch parallel zum Hauptstrang (100) angeordnet ist, wobei in dem mindestens einen Hauptstrang (100) die mindestens eine Batteriezelle (101) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusatzstrang (200) mindestens ein Element (214) zur Spannungswandlung und mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) anordenbar sind, wobei mittels der Steuereinheit des Elements (214) zur Spannungswandlung mindestens ein Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstroms (I_Zusatz) abhängig von einem durch den mindestens einen Hauptstrang (100) fließenden Hauptstromes (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstromes (I_Haupt) und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes (I_Batt) und/oder eines Ladezustands (SOC) der Zusatzbatteriezelle (243, 253) und/oder eines Ladezustands (SOC) der mindestens einen Batteriezelle (101) des Hauptstrangs (100) einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusatzstrang (200) mindestens eine erste Anschlussvorrichtung (210) für das Element (214) zur Spannungswandlung und mindestens eine Anschlussvorrichtung (220, 230, 240, 250) für die mindestens eine Zusatzbatteriezelle (243, 253) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptstrang (100) mindestens ein weiteres Element zur Spannungswandlung anordenbar ist und die Vorrichtung (1) mindestens eine Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung umfasst, wobei mittels der Steuereinheit des weiteren Elements zur Spannungswandlung mindestens der Hauptstrom (I_Haupt) oder Mittelwert des Hauptstroms (I_Haupt) abhängig von dem Zusatzstrom (I_Zusatz) oder Mittelwert des Zusatzstromes (I_Zusatz) und/oder eines vorbestimmten Batteriestromes (I_Batt) und/oder eines Ladezustands (SOC) der Zusatzbatteriezelle (243, 253) und/oder eines Ladezustands (SOC) der mindestens einen Batteriezelle (101) des Hauptstrangs (100) einstellbar ist.