DE102009058362B4

DE102009058362B4 - Battery system for a motor vehicle, method for operating a battery system of a motor vehicle and motor vehicle

Info

Publication number: DE102009058362B4
Application number: DE102009058362.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Pfaller Stefan; Dr. Schmidt Jörg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: DE102009058362A1

Abstract

Batteriesystem (4, 4a) für ein Kraftfahrzeug (1) mit wenigstens einer Starterbatterie (5), über die ein Anlasser (13) mit Strom versorgbar ist, und wenigstens einer Bordnetzbatterie (6), über die an einem Bordnetz (7) angeschlossene elektrische Verbraucher mit Strom versorgbar sind, wobei die Starterbatterie (5) über einen Schalter (15), insbesondere ein Relais, mit dem Bordnetz (7) gekoppelt und zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs (1) die Starterbatterie (5) von dem Bordnetz (7) entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (15) durch ein Energiemanagementsteuergerät (10) ansteuerbar und das Energiemanagementsteuergerät (10) zur Ansteuerung des Schalters (15) derart ausgebildet ist, dass der Schalter (15) zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs (1) geöffnet ist, wobei das Energiemanagementsteuergerät (10) zum Schließen des Schalters (15) lediglich bei einer entladenen oder fast entladenen Bordnetzbatterie (6) ausgebildet ist.Battery system (4, 4a) for a motor vehicle (1) with at least one starter battery (5), via which a starter (13) can be supplied with power, and at least one electrical system battery (6) via the electrical system connected to an electrical system (7) Consumers are supplied with power, wherein the starter battery (5) via a switch (15), in particular a relay, coupled to the electrical system (7) and at least during a startup process of the motor vehicle (1) the starter battery (5) of the electrical system (7 ) is decoupled, characterized in that the switch (15) by an energy management control unit (10) is controlled and the energy management control unit (10) for controlling the switch (15) is designed such that the switch (15) at least during a starting operation of the motor vehicle ( 1) is open, wherein the energy management control unit (10) for closing the switch (15) is formed only in a discharged or almost discharged onboard power supply battery (6) ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Starterbatterie, über die ein Anlasser mit Strom versorgbar ist und wenigstens einer Bordnetzbatterie, über die an einem Bordnetz angeschlossene elektrische Verbraucher mit Strom versorgbar sind, wobei die Starterbatterie über einen Schalter, insbesondere ein Relais, mit dem Bordnetz gekoppelt und zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs die Starterbatterie von dem Bordnetz entkoppelt ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Batteriesystems sowie ein zugehöriges Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery system for a motor vehicle with at least one starter battery, via which a starter can be supplied with power and at least one electrical system battery, can be supplied via the electrical consumers connected to a vehicle electrical system, wherein the starter battery via a switch, in particular a relay, coupled to the electrical system and at least during a startup process of the motor vehicle, the starter battery is decoupled from the electrical system. In addition, the invention relates to a method for operating such a battery system and an associated motor vehicle.

Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, die über eine leistungsfähige Starterbatterie, über die ein Anlasser beim Startvorgang betrieben wird, verfügen. Eine derartige Starterbatterie muss über den Startvorgang hinaus auch viele Komfortsysteme im Stand oder im Nachlauf versorgen. Dabei entsteht ohne entsprechende Überwachung und ohne entsprechenden Eingriff in die Fahrzeugelektronik die Gefahr, dass diese Starterbatterie im Nachlauf, bei längeren Standzeiten oder bei Missbrauch der Komfortfunktionen so weit entladen wird, dass ein Startvorgang nicht mehr möglich ist.Motor vehicles are known which have a powerful starter battery, via which a starter is operated during the starting process. Such a starter battery must also supply many comfort systems in the state or after the startup process. This creates without appropriate monitoring and without appropriate intervention in the vehicle electronics, the risk that this starter battery is discharged so far in the wake, longer life or abuse of comfort features that a boot process is no longer possible.

Zudem ist es bekannt, dass zusätzliche Belastungen für das Energiemanagement in einem Kraftfahrzeug durch neue Systeme wie beispielsweise Start-Stopp-Systeme, die in Standphasen den Motor beispielsweise solange deaktivieren, bis das Kupplungspedal betätigt wird, und auch Rekuperationssysteme, die beim Schub oder beim Bremsen entstehende Nutzenergie gewinnen, hervorgerufen werden. Dies bedingt eine Vielzahl zusätzlicher Lade- und Entladevorgänge der Batterie, also eine zusätzliche Zyklisierung. Daher wurde vorgeschlagen, zyklenfestere als die herkömmlichen Bleibatterien in Kraftfahrzeugen einzusetzen, beispielsweise teure AGM-Batterien (absorbent glass mat). Ein weiteres Problem bei solchen Systemen ist es, dass das Bordnetz bzw. die darüber versorgten Steuergeräte stabilisiert werden müssen, um bei einem Motorneustart bei einer Stoppphase keinen Reset zu durchlaufen oder ungewünschte Nebeneffekte zu zeigen, beispielsweise ein Flackern des Lichts oder Lautstärkeschwankungen. Hierzu wurden im Stand der Technik DC/DC-Wandler und Stützungsmaßnahmen in allen Steuergeräten vorgeschlagen. Eine derartige Belastung kann auch bei Boostphasen eines Rekuperationssystems auftreten.In addition, it is known that additional loads for the energy management in a motor vehicle by new systems such as start-stop systems that deactivate the engine in stance phases, for example, until the clutch pedal is actuated, and also recuperation systems when thrusting or braking arising useful energy. This requires a variety of additional charging and discharging the battery, so an additional cyclization. Therefore, it has been proposed to use cycles stronger than the conventional lead acid batteries in motor vehicles, for example, expensive AGM batteries (absorbent glass mat). Another problem with such systems is that the on-board network or the control devices supplied via it have to be stabilized in order not to undergo a reset or to show undesired side effects when the engine is restarted during a stop phase, for example a flickering of the light or volume fluctuations. For this purpose, DC / DC converters and support measures have been proposed in all control units in the prior art. Such a load can also occur during boost phases of a recuperation system.

Die DE 10 2007 003 005 A1 schlägt ein Batteriesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems für ein Kraftfahrzeug vor. Neben einer Starterbatterie soll dabei eine Bordnetzbatterie vorgesehen sein, wobei es hauptsächlich darum geht, das Steuergerät eines Zugangssystems über die Starterbatterie mit Strom zu versorgen. Auf diese Weise soll es auch möglich sein, das Kraftfahrzeug zu öffnen, wenn die Bordnetzbatterie, beispielsweise nach einer sehr langen Standphase, entladen ist. Aus diesem Grund wird dort auch vorgeschlagen, bei einer Reaktivierung des Kraftfahrzeugs einen Kurzschluss der Bordnetzbatterie und der Starterbatterie zu erzeugen, so dass auch das Bordnetz von der Starterbatterie mit Energie versorgt wird. Nach dem Startvorgang kann dann ein Generator die Bordnetzbatterie und die Starterbatterie mit dem nötigen Ladestrom versorgen.The DE 10 2007 003 005 A1 proposes a battery system and method for operating a battery system for a motor vehicle. In addition to a starter battery while an on-board battery should be provided, which is mainly about supplying the control unit of an access system via the starter battery with power. In this way it should also be possible to open the motor vehicle when the electrical system battery is discharged, for example, after a very long stance phase. For this reason, it is also proposed there to generate a short circuit of the electrical system battery and the starter battery at a reactivation of the motor vehicle, so that the electrical system is powered by the starter battery with energy. After the starting process, a generator can supply the onboard power supply battery and the starter battery with the necessary charging current.

Ähnlich wird durch die DE 10 2006 048 872 A1 ein Zweibatteriensystem offenbart, bei dem eine Starterbatterie vorgesehen ist, die ausschließlich bei eingeschalteter Zündung an das Bordnetz angeschlossen ist. Durch das Betreiben der Starterbatterie und der Versorgungsbatterie nebeneinander soll ein einfacher Aufbau des Bordnetzes gewährleistet werden.Similarly by the DE 10 2006 048 872 A1 discloses a dual battery system in which a starter battery is provided, which is connected only when the ignition is switched on to the electrical system. By operating the starter battery and the supply battery side by side a simple design of the electrical system should be ensured.

Beide Lösungen haben den Nachteil, dass bei Startvorgängen durch Startimpulseinbrüche massive Störungen im Bordnetz auftreten können. Gerade bei Start-Stopp-Systemen folgt hieraus eine enorme Belastung des Bordnetzes, der im Stand der Technik durch zusätzliche, aufwendige Stabilisierungsmaßnahmen begegnet werden muss. Ein weiterer Nachteil ist es, dass die parallel zur Versorgungs- bzw. Bordnetzbatterie betriebene Starterbatterie sämtlichen Bordnetzschwankungen, also Zyklisierungen, mit unterworfen ist, insbesondere auch bei Stoppphasen oder Boostphasen eines Rekuperationssystems.Both solutions have the disadvantage that when starting processes by starting pulse dips massive disturbances in the electrical system can occur. Especially in start-stop systems, this results in an enormous load on the vehicle electrical system, which must be countered in the prior art by additional, complex stabilization measures. A further disadvantage is that the starter battery, which is operated in parallel with the supply or vehicle power supply battery, is subject to all on-board supply system fluctuations, that is, cyclizations, in particular also during stop phases or boost phases of a recuperation system.

Ein Batteriesystem der eingangs genannten Art ist aus der WO 2009/012 843 A1 bekannt, die einen Trennschalter zur Trennung eines Kfz-Bordnetzes in zwei Bereiche mit einem Eingangsanschluss, einem Halbleiterschalter, einer Überwachungsschaltung und einer Steuerschaltung offenbart.A battery system of the type mentioned is from the WO 2009/012 843 A1 discloses a circuit breaker for the separation of a vehicle electrical system in two areas with an input terminal, a semiconductor switch, a monitoring circuit and a control circuit disclosed.

Die DE 196 28 222 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug mit einem Versorgungskreis, der einen Generator, eine erste Batterie und Verbraucher umfasst, und mit einem Startkreis, der eine zweite Batterie, die einem Starter zugeordnet und über Schaltmittel mit dem Generator und der ersten Batterie verbindbar ist. Dabei sind die Schaltmittel Bestandteil eines Bordnetzsteuergerätes, das mit dem Versorgungskreis und dem Startkreis über jeweils wenigstens einen Anschluss in Verbindung steht.The DE 196 28 222 A1 discloses a power supply device in a motor vehicle having a supply circuit comprising a generator, a first battery and a consumer, and a starting circuit having a second battery associated with a starter and connectable via switching means to the generator and the first battery. In this case, the switching means are part of a vehicle power supply control unit, which communicates with the supply circuit and the start circuit via at least one connection in each case.

Außerdem beschreibt die DE 40 28 242 A1 ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Generator, einem Starter, einer Starterbatterie und einer Bordnetzbatterie, wobei die Verbindung zwischen Starterbatterie und Bordnetzbatterie unabhängig vom Fahrzustand auftrennbar ist, wenn andernfalls die Bordnetzbatterie aus der Starterbatterie aufgeladen werden würde.In addition, the describes DE 40 28 242 A1 an electrical system for a motor vehicle with a generator, a starter, a starter battery and a board battery, the connection between Starter battery and electrical system battery can be disconnected regardless of driving condition, otherwise the on-board battery from the starter battery would be charged.

Aus der DE 10 2007 004 279 A1 ist ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem Generator, einem ersten Energiespeicher für Niederspannungs-Bordnetzzweige und einem zweiten Energiespeicher für einen Hochspannungs-Bordnetzzweig, wobei der zweite Energiespeicher parallel zu dem Hochspannungs-Bordnetzzweig angeschlossen ist.From the DE 10 2007 004 279 A1 is a multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle with a generator, a first energy storage for low-voltage vehicle electrical system branches and a second energy storage for a high-voltage electrical system branch, wherein the second energy storage is connected in parallel to the high-voltage electrical system branch.

Ferner offenbart die DE 10 2004 016 292 A1 eine Schaltungsanordnung einer Starter- und Energieversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Startermotor, der mit einem elektrischen Energiespeicher, umfassend einen Kondensator und einen Akkumulator, verbindbar ist, und mit einem Generator. Dabei ist dem elektrischen Energiespeicher eine Schalteinrichtung zur variablen Verschaltung des Kondensators und/oder des Akkumulators mit dem Startermotor bzw. dem Generator zugeordnet, wobei Schaltzustände der Schalteinrichtung in Abhängigkeit von Parametern wie der Spannungsunterschiede im Energiespeicher steuerbar sind.Further, the DE 10 2004 016 292 A1 a circuit arrangement of a starter and power system of a motor vehicle with an electric starter motor, which is connectable to an electrical energy storage device, comprising a capacitor and an accumulator, and with a generator. In this case, a switching device for variable connection of the capacitor and / or the accumulator with the starter motor or the generator is associated with the electrical energy storage, wherein switching states of the switching device in dependence on parameters such as the voltage differences in the energy storage can be controlled.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2007 029 479 A1 ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors, einen Akkumulator, aus dem der elektrischen Maschine elektrische Energie zuführbar ist, und einen vom Verbrennungsmotor antreibbaren Generator, mit dem der Akkumulator aufladbar ist. Ein die elektrische Maschine und den Akkumulator umfassender erster Teil des Bordnetzes ist von einem Verbraucher umfassenden Teil des Bordnetzes trennbar, wobei im zweiten Teil eine Hilfsspannungsquelle vorgesehen ist.Furthermore, the DE 10 2007 029 479 A1 an electrical system of a motor vehicle, comprising an electrical machine for starting an internal combustion engine, an accumulator from which electrical power can be supplied to the electrical machine, and a generator driven by the internal combustion engine, with which the accumulator is rechargeable. A comprehensive electrical part of the battery and the first part of the electrical system is separable from a consumer part of the electrical system, wherein an auxiliary voltage source is provided in the second part.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben.The invention has for its object to provide a contrast improved battery system for a motor vehicle.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Batteriesystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schalter durch ein Energiemanagementsteuergerät ansteuerbar und das Energiemanagementsteuergerät zur Ansteuerung des Schalters derart ausgebildet ist, dass der Schalter zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs geöffnet ist, wobei das Energiemanagementsteuergerät zum Schließen des Schalters lediglich bei einer entladenen oder fast entladenen Bordnetzbatterie ausgebildet ist.To solve this problem is provided according to the invention in a battery system of the type mentioned that the switch is controlled by an energy management control unit and the power management control unit for driving the switch is such that the switch is open at least during a startup of the motor vehicle, wherein the energy management control unit for closing of the switch is formed only in a discharged or almost discharged electrical system battery.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, wenigstens zum Zeitpunkt jedes Startvorgangs die Starterbatterie vom Bordnetz getrennt zu halten. Auf diese Weise ist es möglich, die Starterbatterie lediglich für den Startvorgang zu benutzen und vom restlichen Bordnetz zu entkoppeln. Somit ist im Falle eines Startvorgangs, insbesondere im Falle eines Wiederstartes nach einer Stoppphase bei einem Start-Stopp-System, der Startimpuls des Anlassers bei den an der Bordnetzbatterie angeschlossenen Verbrauchern sowie der Bordnetzbatterie selber nicht sichtbar, so dass eine Stabilisierung entfallen kann. Auch die Verwendung einer teuren AGM-Batterie ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung einer lediglich für den Startvorgang vorgesehenen Nassbatterie lässt über Temperaturverhalten und Baugröße im Übrigen auch einen Verbau im Motorraum zu und spart damit auch Verkabelungsaufwendungen im Vergleich zu einem Batterieverbau im Hinterwagen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass, da die Starterbatterie nur für den Startvorgang benutzt wird und danach durch den Generator wieder geladen wird, eine Überwachung der Starterbatterie durch aufwendige Elektronik nicht mehr erforderlich ist. Im Vergleich zum Stand der Technik entfällt folglich auch der Anschluss der Starterbatterie an ein Energiemanagement-Steuergerät.According to the invention, it is therefore proposed to keep the starter battery separate from the electrical system at least at the time of each starting operation. In this way it is possible to use the starter battery only for the starting process and to decouple from the rest of the electrical system. Thus, in the case of a startup procedure, in particular in the case of a restart after a stop phase in a start-stop system, the starting pulse of the starter in the consumers connected to the electrical system battery and the on-board battery itself is not visible, so that stabilization can be omitted. Also, the use of an expensive AGM battery is not required. The inventively proposed use of a wet battery provided only for the startup allows about temperature behavior and size incidentally also a Verbau in the engine compartment and thus also saves cabling expenses compared to a Batterieverbau in the rear. Another advantage of the present invention is that, since the starter battery is used only for the starting process and is then recharged by the generator, a monitoring of the starter battery by consuming electronics is no longer required. Compared to the prior art consequently also eliminates the connection of the starter battery to an energy management control unit.

Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem verfügt folglich über zwei Batterien, nämlich eine Starterbatterie und eine Bordnetzbatterie. Die Starterbatterie versorgt lediglich den Anlasser, der insbesondere von einem Motorsteuergerät eingeschaltet wird. Die restliche Elektrik im Fahrzeug, also die Verbraucher, wird über die Bordnetzbatterie versorgt.A battery system according to the invention therefore has two batteries, namely a starter battery and a vehicle electrical system battery. The starter battery supplies only the starter, which is turned on in particular by an engine control unit. The remaining electrical system in the vehicle, ie the consumers, is supplied via the vehicle power supply battery.

Es kann vorgesehen sein, dass die Starterbatterie grundsätzlich von dem Bordnetz entkoppelt ist. Das bedeutet, dass bereits in der Auslegung des Batteriesystems keinerlei Möglichkeit vorgesehen ist, die Starterbatterie zu irgendeinem Zeitpunkt an das Bordnetz anzuschließen. Die Starterbatterie ist in diesem Fall nicht nur während des Startvorgangs, sondern grundsätzlich allein mit dem Anlasser verbunden, dient also ausschließlich der Versorgung des Anlassers beim Startvorgang, so dass sie auch jeglichen sonstigen Schwankungen des Bordnetzes, insbesondere auch während Stoppphasen oder Rekuperations-Boost-Phasen, nicht unterworfen ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass eine solche Reduktion von Zyklisierungen an der Starterbatterie selbstverständlich auch dann schon resultiert, wenn die Starterbatterie nur in Ausnahmefällen kurzzeitig an das Bordnetz ankoppelbar ist, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.It can be provided that the starter battery is basically decoupled from the electrical system. This means that even in the design of the battery system no possibility is provided to connect the starter battery at any time to the electrical system. The starter battery is connected in this case not only during the boot process, but basically alone with the starter, so it is used exclusively to supply the starter during startup, so that they also any other fluctuations of the electrical system, especially during stop phases or recuperation boost phases , is not subject. It should be noted, however, that such a reduction of Zyklisierungen on the starter battery, of course, even then results when the starter battery is only in exceptional cases briefly coupled to the electrical system, which will be discussed in more detail below.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Starterbatterie über einen durch ein Energiemanagementsteuergerät ansteuerbaren Schalter, insbesondere ein Relais, mit dem Bordnetz gekoppelt ist, wobei das Energiemanagementsteuergerät zur Ansteuerung des Schalters derart ausgebildet ist, dass der Schalter zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs geöffnet ist. Zweckmäßig und erfindungsgemäß angestrebt ist es jedoch, einen solchen Schalter tatsächlich nur in Notfällen zu schließen. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Energiemanagementsteuergerät zum Schließen des Schalters lediglich bei einer entladenen oder fast entladenen Bordnetzbatterie ausgebildet ist. Lediglich im Falle einer komplett leeren Bordnetzbatterie ist also vorgesehen, beide Batterien kurzzeitig über einen Schalter, beispielsweise ein Relais, kurzzuschließen. Durch das Energiemanagement des Energiemanagement-Steuergeräts im Zweig der Bordnetzbatterie, also im Bordnetz, kann dieser Fall jedoch nahezu ausgeschlossen werden. Auf diese Weise ist also ein Batteriesystem realisiert, in dem eine praktisch vollständige Entkopplung der Starterbatterie vom Bordnetz realisiert wird, die nur in praktisch nie auftretenden Notfällen durchbrochen wird. Damit wird nicht nur das Bordnetz mit seinen Verbrauchern und der Bordnetzbatterie vor den auftretenden Startimpulsen geschützt, sondern zudem wird die Starterbatterie selber von der starken Zyklisierung im Bordnetz, die insbesondere bei Start-Stopp-Systemen und Rekuperationssystemen auftritt, ferngehalten. Resultat ist eine längere Lebensdauer beider Batterien und eine deutliche Absenkung von Störungen im gesamten Batteriesystem.According to the invention, it is further provided that the starter battery can be connected to the vehicle electrical system via a switch which can be activated by an energy management control device, in particular a relay is coupled, wherein the power management control unit for driving the switch is designed such that the switch is open at least during a startup operation of the motor vehicle. However, it is expedient and desired according to the invention to actually close such a switch only in an emergency. Thus, the invention provides that the energy management control device is designed to close the switch only in a discharged or almost discharged electrical system battery. Only in the case of a completely empty vehicle electrical system battery is therefore provided to briefly short-circuit both batteries via a switch, for example a relay. However, this case can almost be ruled out by the energy management of the energy management control unit in the branch of the onboard power supply battery, ie in the onboard power supply. In this way, therefore, a battery system is realized in which a virtually complete decoupling of the starter battery is realized by the electrical system, which is broken only in virtually never occurring emergencies. This not only protects the electrical system with its consumers and the on-board battery from the occurring starting pulses, but also the starter battery itself is kept away from the strong cyclization in the electrical system, which occurs especially in start-stop systems and recuperation systems. The result is a longer life of both batteries and a significant reduction in interference throughout the battery system.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Startnetzbatterie eine Hochstrom-Blei-Säure-Batterie und/oder die Bordnetzbatterie eine Lithium-Ionen-Batterie, insbesondere umfassend vier Zellen, ist. Während also als Starterbatterie, insbesondere statt einer teuren AGM-Batterie, eine herkömmliche Hochstrom-Blei-Säure-Batterie eingesetzt werden kann, ist mit besonderem Vorteil die Bordnetzbatterie als eine Lithium-Ionen-Batterie realisiert. Gerade bei der Verwendung von Start-Stopp-Systemen und Rekuperationssystemen in einem Kraftfahrzeug und der vorgesehenen Trennung des Bordnetzes von der Starterbatterie kann also die Lithium-Ionen-Batterie die hervorgerufene höhere Zyklenzahl im Bordnetz vollständig übernehmen, wozu sie dank ihrer höheren Zyklenfestigkeit in der Lage ist. Die Lithiumbatterie kann dabei beispielsweise aus vier Zellen mit 3,6 V Zellspannung (resultierend 14,4 V) und einer Kapazität von 25 Amperestunden bestehen. Damit ist sie zum Spannungsbereich des Bordnetzes kompatibel und liefert ausreichend Strom, um auch im Stand Komfortfunktionen zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie als Bordnetzbatterie sind die sich ergebenden günstigeren Packageanforderungen durch die höhere Energiedichte. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass prinzipiell – auch bei Verwendung einer anderen Bordnetzbatterie – auch der Betrieb eines zusätzlichen Elektromotors auf einer entsprechenden Voltbasis zur Unterstützung des Verbrennungsmotors denkbar ist, beispielsweise im Rahmen einer Hybridfunktion.It can be provided with particular advantage that the starting power battery is a high-current lead-acid battery and / or the vehicle electrical system battery is a lithium-ion battery, in particular comprising four cells. Thus, while a conventional high-current lead-acid battery can be used as a starter battery, especially instead of an expensive AGM battery, the vehicle electrical system battery is realized with particular advantage as a lithium-ion battery. Especially with the use of start-stop systems and recuperation systems in a motor vehicle and the proposed separation of the electrical system of the starter battery so the lithium-ion battery can completely take over the higher number of cycles in the electrical system, which they thanks to their higher cycle stability in a position is. The lithium battery can for example consist of four cells with 3.6 V cell voltage (resulting 14.4 V) and a capacity of 25 ampere hours. Thus, it is compatible with the voltage range of the electrical system and provides sufficient power to ensure comfort functions even when stationary. Another advantage of using a lithium-ion battery as a vehicle electrical system battery are the resulting cheaper package requirements due to the higher energy density. It should be noted at this point that in principle - even when using another electrical system battery - also the operation of an additional electric motor on a corresponding volt base to support the internal combustion engine is conceivable, for example in the context of a hybrid function.

Neben dem Batteriesystem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einer Starterbatterie, über die ein Anlasser mit Strom versorgbar ist, und wenigstens einer Bordnetzbatterie, über die an einem Bordnetz angeschlossene elektrische Verbraucher mit Strom versorgbar sind, wobei die Starterbatterie über einen ansteuerbaren Schalter, insbesondere ein Relais, an das Bordnetz gekoppelt ist, wobei der Schalter so angesteuert wird, dass zumindest während eines Startvorgangs des Kraftfahrzeugs die Starterbatterie von dem Bordnetz entkoppelt ist oder wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass der Schalter lediglich bei einer entladenen oder fast entladenen Bordnetzbatterie geschlossen wird. Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriesystem einsetzen, wenn ein derartiger Schalter vorgesehen ist.In addition to the battery system, the invention also relates to a method for operating a battery system of a motor vehicle with at least one starter battery, via which a starter can be supplied with power, and at least one electrical system battery, can be supplied via the electrical consumers connected to a vehicle electrical system, wherein the starter battery via a controllable switch, in particular a relay, is coupled to the electrical system, wherein the switch is controlled so that at least during a startup process of the motor vehicle, the starter battery is decoupled from the electrical system or is. The inventive method is characterized by the fact that the switch is closed only in a discharged or almost discharged on-board battery. Of course, the method according to the invention can be used particularly advantageously in the described battery system according to the invention if such a switch is provided.

Durch einen derartigen Betrieb des Batteriesystems eines Kraftfahrzeuges kann sichergestellt werden, dass bei einem Startvorgang das Bordnetz, somit die Verbraucher und die Bordnetzbatterie, nicht zusätzlich belastet wird. Insbesondere ist aber vorgesehen, wie bereits bezüglich des Batteriesystems beschrieben, tatsächlich nur im Notfall eine Kopplung der Starterbatterie an das Bordnetz zu erlauben, so dass die Entkopplung letztlich nur in äußerst seltenen Ausnahmefällen durchbrochen wird und die Starterbatterie letztlich allein zum Liefern des Stroms für den Anlasser dient. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Schalter lediglich bei einer entladenen oder fast entladenen Bordnetzbatterie geschlossen wird. Erst dann, wenn die Bordnetzbatterie leer ist bzw. ihr Ladezustand unter einen sehr kleinen Schwellwert gesunken ist, tritt folglich eine Kopplung auf. Auf diese Weise wird die Starterbatterie den Zyklisierungen im Bordnetz vollkommen entzogen.By such operation of the battery system of a motor vehicle can be ensured that during a startup process, the electrical system, thus the consumers and the vehicle electrical system battery, is not charged additionally. In particular, however, it is provided, as already described with respect to the battery system, to permit coupling of the starter battery to the electrical system only in an emergency, so that the decoupling is ultimately broken only in extremely rare exceptional cases and the starter battery ultimately solely for supplying the current for the starter serves. According to the invention, it is further provided that the switch is closed only in the case of a discharged or almost discharged onboard power supply battery. Only then, when the electrical system battery is empty or its state of charge has dropped below a very small threshold, thus occurs a coupling. In this way, the starter battery is completely removed from the cyclizations in the electrical system.

Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass beide Batterien – wie bekannt – bei laufendem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs durch einen Generator geladen werden. Insbesondere sei angemerkt, dass, da die Starterbatterie lediglich den Strom für den Anlasser liefert und dann durch den Generator wieder aufgeladen wird, diese nicht aufwendig durch ein Energiemanagement-Steuergerät überwacht werden muss. Eine derartige Verbindung kann mithin entfallen.As already mentioned, it can be provided that both batteries - as is known - are charged by a generator when the internal combustion engine of the motor vehicle is running. In particular, it should be noted that since the starter battery only provides the power for the starter and is then recharged by the generator, this does not have to be monitored consuming by an energy management control unit. Such a connection can therefore be omitted.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in einer Rekuperations-Boost-Phase (bei einem mit einem Rekuperationssystem ausgestattetem Kraftfahrzeug) die Spannung des Generators derart reduziert wird, insbesondere durch Absenkung des Moments am Verbrennungsmotor, dass die Bordnetzbatterie nicht geladen wird. Auf diese Weise kann die Bordnetzbatterie weiterhin Strom in das Bordnetz abgeben und ist folglich nicht in extremen Maße der ansonsten in diesen Boostphasen auftretenden Zyklisierung durch häufige Lade- oder Entladevorgänge unterworfen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Starterbatterie, die ja vom Bordnetz entkoppelt ist, von diesem Vorgang ohnehin nicht betroffen ist und ihre Ladung beibehält.In a further expedient embodiment of the method can be provided that in a recuperation boost phase (in a vehicle equipped with a recuperation) the voltage of the generator is reduced in such a way, in particular by lowering the torque on the internal combustion engine, that the electrical system battery is not charged. In this way, the electrical system battery can continue to deliver electricity in the electrical system and is therefore not subject to the extreme extent of the otherwise occurring in these boost phases cyclization by frequent charging or discharging. It should be noted that the starter battery, which is indeed decoupled from the electrical system, is in any case not affected by this process and maintains its charge.

An dieser Stelle sei noch allgemein auf einen weiteren sich ergebenden Vorteil der vorliegenden Erfindung hingewiesen. Durch die Entkopplung der Starterbatterie vom Bordnetz auch während Stoppphasen eines Start-Stopp-Systems wird nämlich in einer Stoppphase nur die Bordnetzbatterie belastet. Das hat zur Folge, dass auch in einer Stoppphase keine schnelle Entladung der Starterbatterie auftritt und der Startvorgang auch weiterhin möglich bleibt. Nichtsdestotrotz kann es bei vielen kurz aufeinanderfolgenden Starts in Ausnahmefällen vorkommen, dass der Ladezustand der Starterbatterie unter einen bestimmten Schwellwert fällt. Daher kann in nicht beanspruchter weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass, insbesondere bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, die Starterbatterie durch die Bordnetzbatterie geladen wird, insbesondere bei Unterschreitung eines Schwellwerts für den Ladezustand der Starterbatterie. Sollte es also tatsächlich einmal durch häufige, kurz aufeinanderfolgende Startvorgänge dazu kommen, dass der Ladezustand der Starterbatterie kritisch ist, kann die Bordnetzbatterie zum Aufladen der Starterbatterie verwendet werden, um eine Startunfähigkeit zu vermeiden.At this point, reference should be made in general to a further resulting advantage of the present invention. Due to the decoupling of the starter battery from the electrical system even during stop phases of a start-stop system, only the on-board battery is charged in a stop phase. This has the consequence that even in a stop phase no fast discharge of the starter battery occurs and the startup process remains possible. Nevertheless, it may happen in many cases shortly after each other in exceptional cases that the state of charge of the starter battery falls below a certain threshold. Therefore, it can be provided in unclaimed further embodiment that, especially when the internal combustion engine of the motor vehicle, the starter battery is charged by the electrical system battery, especially when falling below a threshold value for the state of charge of the starter battery. If, in fact, it happens that frequent frequent start-ups occur in a short time that the state of charge of the starter battery is critical, the on-board battery can be used to recharge the starter battery in order to avoid an inability to start.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem oder einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbaren Batteriesystem. Ein solches Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Start-Stopp-System und/oder ein Rekuperationssystem umfassen, bei welcher Ausgestaltung die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders deutlich zu Tage treten. Ansonsten können die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Batteriesystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden.Finally, the present invention also relates to a motor vehicle having a battery system according to the invention or a battery system which can be operated using the method according to the invention. Such a motor vehicle may include, for example, a start-stop system and / or a recuperation system, in which embodiment the advantages of the present invention become particularly apparent. Otherwise, the statements relating to the battery system according to the invention and the method according to the invention can be transferred analogously to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments illustrated below and with reference to the drawings. Showing:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, und 1 a motor vehicle according to the invention, and

2 eine Skizze des erfindungsgemäßen Batteriesystems. 2 a sketch of the battery system according to the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. Es umfasst ein Start-Stopp-System 2 sowie ein Rekuperationssystem 3, die beide mit dem Bordnetz eines in dem Kraftfahrzeug vorgesehenen erfindungsgemäßen Batteriesystems 4, welches bezüglich der 2 noch näher beschrieben wird, in Verbindung steht. Durch die Systeme 2 und 3 kommt es zu zusätzlichen Belastungen von Batterien, da sie eine verstärkte Zyklisierung bedingen. Auf die Vermeidung negativer Einflüsse auf die Batterien ist das erfindungsgemäße Batteriesystem ausgelegt. 1 shows a motor vehicle according to the invention 1 , It includes a start-stop system 2 as well as a recuperation system 3 both with the vehicle electrical system of a battery system according to the invention provided in the motor vehicle 4 which concerning the 2 is described in more detail, is in connection. Through the systems 2 and 3 there is an additional burden on batteries as they cause increased cyclization. The battery system according to the invention is designed to avoid negative influences on the batteries.

2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 4a, mit dem im Übrigen auch das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Das Batteriesystem 4a umfasst zwei Batterien, nämlich eine Starterbatterie 5, die als Hochstrom-Blei-Säure-Batterie ausgebildet ist, und eine Bordnetzbatterie 6, die als Lithium-Ionen-Batterie mit vier Zellen mit 3,6 V ausgebildet ist. Ersichtlich ist die Bordnetzbatterie 6 mit einem Bordnetz 7 verbunden, an das eine Vielzahl von Verbrauchern, beispielsweise Steuergeräten und Komfortgeräten, angeschlossen ist, von denen in 2 beispielhaft zwei Steuergeräte 8, 9 dargestellt sind, wobei üblicherweise eine andere, größere Zahl von Verbrauchern vorgesehen ist. Speziell dargestellt sind ferner ein Energiemanagementsteuergerät 10 und ein Motorsteuergerät 11, die als Verbraucher selbstverständlich ebenso an das Bordnetz 7 angeschlossen sind. Zur Kommunikation der Steuergeräte 8–11 ist ein Fahrzeugbus 12, hier ein CAN-Bus, vorgesehen. 2 shows a first embodiment of the battery system according to the invention 4a , with which, moreover, the inventive method is feasible. The battery system 4a includes two batteries, namely a starter battery 5 , which is designed as a high-current lead-acid battery, and an on-board battery 6 , which is designed as lithium-ion battery with four cells 3.6 V. Visible is the onboard power supply battery 6 with a wiring system 7 connected to a variety of consumers, such as control devices and comfort devices, of which in 2 exemplified two control units 8th . 9 are shown, usually a different, larger number of consumers is provided. Also specifically shown are an energy management controller 10 and an engine control unit 11 , as a consumer of course also to the electrical system 7 are connected. For communication of the control units 8th - 11 is a vehicle bus 12 , here a CAN bus, provided.

Die Starterbatterie 5 ist über eine Leitung 12 hingegen nur mit einem Anlasser 13 verbunden, der über das Motorsteuergerät 11, wie durch den Schalter 14 angedeutet, ansteuerbar ist.The starter battery 5 is over a line 12 however, only with a starter 13 connected via the engine control unit 11 as by the switch 14 indicated, is controllable.

Mit dem Bordnetz 7 ist die Starterbatterie 5 über einen als Relais ausgebildeten Schalter 15 verbunden, der über das Energiemanagement-Steuergerät 10 angesteuert werden kann.With the electrical system 7 is the starter battery 5 via a switch designed as a relay 15 connected via the power management control unit 10 can be controlled.

Die Ansteuerung des Schalters 15 erfolgt im vorliegenden Falle so, dass dieser grundsätzlich, insbesondere jedoch auch während jedes Startvorgangs, geöffnet ist. Der Schalter 15 wird durch das Energiemanagement-Steuergerät 10 nur dann geschlossen, wenn gerade kein Startvorgang durchgeführt wird und die Bordnetzbatterie 6 vollständig entladen ist (oder, in einer modifizierten Ausführungsform, nur einen sehr niedrigen Ladezustand aufweist). Ein solcher Fall tritt aufgrund des von dem Energiemanagement-Steuergerät 10 vorgenommenen Energiemanagements praktisch nie oder nur äußerst selten auf, so dass die Entkopplung der Starterbatterie 5 von dem Bordnetz 7 und der Bordnetzbatterie 6 letztlich nur in kaum praktisch auftretenden Ausnahmefällen durchbrochen wird.The activation of the switch 15 takes place in the present case so that this in principle, but especially during each startup process, is open. The desk 15 is through the power management controller 10 closed only when no startup process is being carried out and the onboard power supply battery 6 is completely discharged (or, in a modified embodiment, has only a very low state of charge). Such a case occurs because of the power management controller 10 performed energy management practically never or only rarely, so that the decoupling of the starter battery 5 from the electrical system 7 and the electrical system battery 6 ultimately only in hardly practically occurring exceptional cases is broken.

Die Starterbatterie 5 ist somit im Wesentlichen nur für den Startvorgang vorgesehen und die Startimpulse haben keinen Einfluss auf das Bordnetz 7. Zudem haben Schwankungen des Bordnetzes 7, die zur Zyklisierung in der Bordnetzbatterie 6, die ja als besonders zyklenfeste Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist, führen, keinen Einfluss auf die Starterbatterie 5.The starter battery 5 is thus essentially provided only for the starting process and the start pulses have no effect on the electrical system 7 , In addition, there are fluctuations in the electrical system 7 for cyclization in the on-board battery 6 , which is designed as a particularly deep-cycle lithium-ion battery, lead, no effect on the starter battery 5 ,

Sowohl die Starterbatterie 5 als auch die Bordnetzbatterie 6 werden im Übrigen durch einen hier nicht näher dargestellten Generator geladen, wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs aktiv ist. Da die Starterbatterie 5 im normalen Betrieb also nur den Strom für den Anlasser 13 zur Verfügung stellen muss und ansonsten durch den Generator wieder aufgeladen wird, ist eine Überwachung der Starterbatterie 5 durch das Energiemanagement-Steuergerät 10 nicht notwendig; dieses ist in diesem Ausführungsbeispiel folglich auch nicht an die Leitung 12 angeschlossen, sondern nur an das Bordnetz 7.Both the starter battery 5 as well as the electrical system battery 6 are otherwise charged by a generator, not shown here, when the internal combustion engine of the motor vehicle is active. Because the starter battery 5 in normal operation so only the power for the starter 13 must be available and otherwise recharged by the generator is a monitoring of the starter battery 5 through the energy management controller 10 unnecessary; This is therefore not in this embodiment, the line 12 connected, but only to the electrical system 7 ,

Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass das Energiemanagement-Steuergerät 10 noch dazu ausgebildet sein kann, während einer Rekuperations-Boost-Phase die Spannung des Generators derart zu reduzieren, dass die Bordnetzbatterie 6 nicht geladen wird, also Strom in das Bordnetz abgibt. Zudem kann vorgesehen sein, dass bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs 1 und bei Unterschreitung eines Schwellwerts für den Ladezustand der Starterbatterie 5 die Starterbatterie 5 durch die Bordnetzbatterie 6 geladen werden kann. Auch ein solcher Fall ist jedoch sehr selten und kann höchstens bei vielen aufeinanderfolgenden Startvorgängen ohne hinreichende Aufladung durch den Generator auftreten.It should be noted at this point that the energy management control unit 10 can still be designed to reduce the voltage of the generator during a recuperation boost phase such that the electrical system battery 6 is not charged, so gives power to the electrical system. In addition, it can be provided that when the internal combustion engine of the motor vehicle 1 and falls below a threshold for the state of charge of the starter battery 5 the starter battery 5 through the electrical system battery 6 can be loaded. However, such a case is also very rare and can occur at most in many consecutive starting operations without sufficient charging by the generator.

Claims

Battery system ( 4 . 4a ) for a motor vehicle ( 1 ) with at least one starter battery ( 5 ), over which a starter ( 13 ) is supplied with power, and at least one on-board battery ( 6 ), via an on-board network ( 7 ) are supplied with electrical connected loads, wherein the starter battery ( 5 ) via a switch ( 15 ), in particular a relay, with the electrical system ( 7 ) and at least during a startup process of the motor vehicle ( 1 ) the starter battery ( 5 ) from the electrical system ( 7 ) is decoupled, characterized in that the switch ( 15 ) by an energy management control device ( 10 ) and the energy management control unit ( 10 ) for controlling the switch ( 15 ) is designed such that the switch ( 15 ) at least during a starting process of the motor vehicle ( 1 ), wherein the energy management control unit ( 10 ) to close the switch ( 15 ) only with a discharged or almost discharged on-board battery ( 6 ) is trained.

Battery system according to claim 1, characterized in that the starter battery ( 5 ) basically from the electrical system ( 7 ) is decoupled.

Battery system according to claim 1 or 2, characterized in that the starter battery ( 5 ) a high-current lead-acid battery and / or the on-board battery ( 6 ) is a lithium-ion battery, in particular comprising four cells.

Method for operating a battery system ( 4 . 4a ) of a motor vehicle ( 1 ) with at least one starter battery ( 5 ), over which a starter ( 13 ) is supplied with power, and at least one on-board battery ( 6 ), via an on-board network ( 7 ) are supplied with electrical connected loads, wherein the starter battery ( 5 ) via a controllable switch ( 15 ), in particular a relay, to the electrical system ( 7 ), the switch ( 15 ) is controlled so that at least during a startup process of the motor vehicle ( 1 ) the starter battery ( 5 ) from the electrical system ( 7 ) is decoupled or is characterized in that the switch ( 15 ) only with a discharged or almost discharged on-board battery ( 6 ) is closed.

A method according to claim 4, characterized in that both batteries ( 5 . 6 ) with the internal combustion engine of the motor vehicle ( 1 ) are charged by a generator.

Method according to claim 5, characterized in that in a recuperation boost phase of a recuperation system ( 3 ) the voltage of the generator is reduced in such a way, in particular by lowering the torque at the internal combustion engine, that the vehicle electrical system battery ( 6 ) is not loaded.

Motor vehicle ( 1 ) with a battery system ( 4 . 4a ) according to one of Claims 1 to 3 or a battery system which can be operated by the method according to one of Claims 4 to 6 ( 4 . 4a ).