DE102012007575B3 - Energy storage device used for restarting operation of engine of motor car, has memory elements that are selected from certain materials and are set with one power storage unit maintained at low temperature and low internal resistance - Google Patents

Energy storage device used for restarting operation of engine of motor car, has memory elements that are selected from certain materials and are set with one power storage unit maintained at low temperature and low internal resistance Download PDF

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Abstract

The energy storage device (3) has several lead-based memory elements (10) that are provided with two rechargeable power storage units (8,9) which are connected in parallel. The second rechargeable power storage unit is maintained at temperature of minus 10[deg] C and internal resistance of smaller than predetermined range. The memory elements are selected from lithium based memory element, lithium titanate based memory element, nickel-metal hydride compound based memory element and lithium-iron-phosphate compound based memory element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens einen mehrere auf Blei basierende Speicherelemente aufweisenden, wiederaufladbaren ersten Energiespeicher und einen zu dem ersten Energiespeicher parallel geschalteten, mehrere Speicherelemente aufweisenden, wiederaufladbaren zweiten Energiespeicher.The invention relates to an energy storage arrangement comprising at least one rechargeable first energy store having a plurality of lead-based storage elements and a rechargeable second energy store connected in parallel with the first energy store and having a plurality of storage elements.

Es ist bekannt, dass in modernen Kraftfahrzeugen regelmäßig Energiespeicheranordnungen mit mehreren parallel geschalteten wiederaufladbaren Energiespeichern vorgesehen sind, wobei üblicherweise ein erster Energiespeicher eine Bleibatterie in Form mehrerer auf Blei basierender, auch als Zellen zu bezeichnender Speicherelemente umfasst. Ein hierzu parallel geschalteter zweiter Energiespeicher kann z. B. eine Lithiumbatterie in Form mehrerer auf Lithium basierender entsprechend als Zellen zu bezeichnender Speicherelemente umfassen. Üblicherweise erzeugt der zweite Energiespeicher die beispielsweise beim Anlassen des Kraftfahrzeugs erforderlichen hohen Ströme. Dies ist insbesondere deshalb zweckmäßig, wenn die beim Anlassen des Kraftfahrzeugs erforderlichen hohen Stromstärken aufgrund eines geringen Ladezustands des ersten Energiespeichers durch diesen allein nicht bereitgestellt werden können.It is known that modern motor vehicles regularly energy storage arrangements are provided with a plurality of parallel-connected rechargeable energy storage, usually a first energy storage includes a lead acid battery in the form of a plurality of lead-based, to be designated as cells storage elements. A second energy storage device connected in parallel thereto can, for. Example, a lithium battery in the form of a plurality of lithium based corresponding to be designated as cells storage elements. Usually, the second energy store generates the high currents required, for example, when starting the motor vehicle. This is particularly useful if the high current levels required when starting the motor vehicle due to a low state of charge of the first energy storage can not be provided by this alone.

DE 10 2011 000 665 A1 offenbart eine Fahrzeug-Stromversorgung eines Fahrzeugs. Die Fahrzeug-Stromversorgung weist ein erstes Stromversorgungssystem, das eine erste Speichereinheit beinhaltet, und ein zweites Stromversorgungssystem, das eine zweite Speichereinheit beinhaltet, auf. Zwischen dem ersten Stromversorgungssystem und dem zweiten Stromversorgungssystem ist ein Schalter vorgesehen. Die erste Speichereinheit kann als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein. Die zweite Speichereinheit kann als Bleiakkumulator ausgebildet sein. DE 10 2011 000 665 A1 discloses a vehicle power supply of a vehicle. The vehicle power supply includes a first power supply system including a first storage unit and a second power supply system including a second storage unit. Between the first power supply system and the second power supply system, a switch is provided. The first storage unit can be designed as a lithium-ion accumulator. The second storage unit can be designed as a lead-acid battery.

Ein bekannter Betriebsmodus moderner Kraftfahrzeuge besteht darin, den als Antriebsaggregat dienenden Verbrennungsmotor während der Fahrt zwischenzeitlich abzustellen, um Kraftstoff zu sparen. Hierfür werden so genannte redundante Bordnetze gefordert.A well-known operating mode of modern motor vehicles is to temporarily stop the internal combustion engine serving as a drive unit in order to save fuel. For this purpose, so-called redundant electrical systems are required.

Bei gängigen Bordnetzen bzw. Energiespeicheranordnung als Teil entsprechender Bordnetze besteht bei einem Wiederanlassen des Verbrennungsmotors die Gefahr, dass die Bordspannung des kraftfahrzeugseitigen Bordnetzes bzw. die Spannung der einen Teil dessen darstellenden Energiespeicheranordnung drastisch abfällt. Gleichzeitig zu dem Wiederanlassen kann der Betrieb andere Teile des Bordnetzes darstellender oder über dieses gespeister elektrischer Verbraucher, wie z. B. einem elektrischen Lenkeingriff und/oder einem Bremsassistenten, erforderlich sein, auf welchen sich der Spannungsabfalls des Bordnetzes negativ auswirkt.With common on-board networks or energy storage arrangement as part of corresponding vehicle electrical systems there is a risk that the on-board voltage of the vehicle-side on-board electrical system or the voltage of a part of its representing energy storage arrangement drops drastically when restarting the engine. At the same time to restart the operation of other parts of the electrical system representing or powered by this electrical consumer, such. As an electrical steering intervention and / or a brake assist, may be required, on which the voltage drop of the electrical system has a negative effect.

Der Erfindung liegt sonach das Problem eine verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.The invention is therefore the problem of providing an improved energy storage device.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeicheranordnung der eingangs genannte Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass der Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers bei einer Temperatur von –10°C (263 K) kleiner als 26 mΩ ist, wobei der zweite Energiespeicher umfasst: drei Speicherelemente basierend auf Lithium und ein Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat, oder drei Speicherelemente basierend auf Lithium und zwei Speicherelemente basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung, oder drei Speicherelemente basierend auf Lithium-Titanat und zwei Speicherelemente basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder vier Speicherelemente basierend auf Lithium-Titanat und ein Speicherelement basierend auf Lithium, oder sechs Speicherelemente basierend auf Lithium-Titanat.The problem is solved by an energy storage arrangement of the type mentioned, which is characterized in that the internal resistance of the second energy storage at a temperature of -10 ° C (263 K) is less than 26 mΩ, wherein the second energy storage comprises: three memory elements based on lithium and a storage element based on lithium titanate, or three storage elements based on lithium and two storage elements based on a nickel-metal hydride compound, or three storage elements based on lithium titanate and two storage elements based on a lithium iron-phosphate compound, or four lithium titanate based storage elements and one lithium based storage element, or six lithium titanate based storage elements.

Der der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung zugehörige, eine Anzahl an auf Lithium basierenden Speicherelementen aufweisende zweite Energiespeicher ist sonach derart gewählt oder zusammengestellt, dass sein Innenwiderstand auch bei niedrigen Temperaturen bis hin zu –10°C (Grad Celsius) bzw. 263 K (Kelvin) 26 mΩ (Milliohm) nicht überschreitet. Sonach erlaubt der Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers, welcher Innenwiderstand gleichermaßen ein Maß für das aus diesem maximal zur Verfügung stellbaren Ladestrom darstellt, bis zu Temperaturen von –10°C, stets die Bereitstellung eines Mindestmaßes an Ladestrom und somit Energie für die an das Bordnetz, welchem üblicherweise auch die Energiespeicheranordnung zugehörig ist, angeschlossenen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher. Hierzu zählen beispielsweise unterschiedliche Fahrerassistenzsysteme, wie etwa Brems- oder Lenkassistenzsysteme. Der genannte Mindestinnenwiderstand des zweiten Energiespeichers bezieht sich neben der genannten Temperatur von –10°C insbesondere auch auf einen Ladezustand des zweiten Energiespeichers von 50%, d. h. der zweite Energiespeicher ist insbesondere derart konfiguriert, dass sein Innenwiderstand bei –10°C und einem Ladezustand von 50% die genannten Wert von 26 mΩ nicht überschreitet.The energy storage device according to the invention associated, a number of lithium-based storage elements having second energy storage is thus chosen or assembled so that its internal resistance even at low temperatures down to -10 ° C (degrees Celsius) or 263 K (Kelvin) 26 mΩ (Milliohms) does not exceed. Sonach allows the internal resistance of the second energy storage, which internal resistance is equally a measure of the maximum available from this charging current, up to temperatures of -10 ° C, always providing a minimum level of charging current and thus energy for the on-board network, which Usually also the energy storage device is associated, connected electric power consuming consumer. These include, for example, different driver assistance systems, such as brake or steering assistance systems. The said minimum internal resistance of the second energy store refers in addition to the said temperature of -10 ° C in particular to a state of charge of the second energy storage of 50%, d. H. the second energy store is in particular configured such that its internal resistance at -10 ° C. and a charge state of 50% does not exceed the stated value of 26 mΩ.

Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich anhand des nachfolgenden Beispiels eines 14 Volt(V)-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs veranschaulichen. Es wird davon ausgegangen, dass eine Mindestspannung von 10,5 V, welche eine entsprechende Energiespeicheranordnung, d. h. eine Energiespeicheranordnung mit zwei parallel geschalteten wiederaufladbaren Energiespeicher, wobei ein erster Energiespeicher mehrere auf Blei basierende Speicherelemente und ein zweiter Energiespeicher mehrere auf Lithium basierende Speicherelemente aufweist, nicht überschreiten darf, um den Betrieb diverser elektrischen Strom verbrauchender Verbraucher auch beim Wiederanlassen des Verbrennungsmotors während der Fahrt des Kraftfahrzeugs sicherzustellen, zu gewährleisten ist. Die im Rahmen des Beispiels vorgesehenen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher, welche etwa in Form eines als Bremsassistenzsystem ausgebildeten Fahrerassistenzsystem vorliegen können, bedürfen für ihren Betrieb eines Stroms von ca. 150 A. Im Rahmen des Beispiels wird eine Temperatur der Energiespeicheranordnung von –10°C angenommen, wobei bei der Temperatur von –10°C die Spannung des der Energiespeicheranordnung zugehörigen zweiten Energiespeichers bei 14,5 V liegt.The principle of the invention can be illustrated by the following example of a 14 volt (V) board network of a motor vehicle. It is assumed that a minimum voltage of 10.5 V, which a corresponding energy storage device, ie an energy storage device with two parallel connected rechargeable energy storage device, wherein a first energy storage device has a plurality of lead-based storage elements and a second energy storage plurality of lithium-based storage elements may not exceed to ensure the operation of various electrical power consuming consumer even when restarting the internal combustion engine while driving the motor vehicle is to ensure , The intended in the context of the example electric power consumers, which may be present in the form of a designed as a brake assist system driver assistance system, require for their operation a current of about 150 A. In the example, a temperature of the energy storage device of -10 ° C is assumed , wherein at the temperature of -10 ° C, the voltage of the energy storage device associated second energy storage is 14.5 V.

Um sicherzustellen, dass die oben genannte Mindestspannung von 10,5 V nicht unterschritten wird, darf also der Spannungsabfall des zweiten Energiespeichers unter den vorgenannten Umständen bzw. Annahmen bezüglich Temperatur und Spannung nicht mehr als 4 V betragen. Hieraus ergibt sich gemäß dem Zusammenhang R = U/I, wobei R den Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers, U dessen Spannung bzw. Spannungsänderung und I die Stromstärke darstellt, mit den Werten für U = 4 V und I = 150 A ein Mindestwiderstand von 26 mΩ.To ensure that the above minimum voltage of 10.5 V is not exceeded, therefore, the voltage drop of the second energy storage under the aforementioned circumstances or assumptions regarding temperature and voltage may not be more than 4 volts. This results in accordance with the relationship R = U / I, where R is the internal resistance of the second energy storage, U whose voltage or voltage change and I represents the current, with the values for U = 4 V and I = 150 A, a minimum resistance of 26 mΩ ,

Geht man nicht von einer Temperatur von –10°C, sondern von Raumtemperatur, d. h. etwa 25°C aus, reduziert sich, wie allgemein bekannt, der temperaturabhängige, d. h. mit fallender Temperatur ansteigende, Innenwiderstand um den Faktor 3,5, so dass in diesem Fall der Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers nicht oberhalb ca. 8 mΩ liegt.Do not start from a temperature of -10 ° C, but from room temperature, d. H. about 25 ° C is reduced, as is well known, the temperature-dependent, d. H. with decreasing temperature increasing, internal resistance by a factor of 3.5, so that in this case the internal resistance of the second energy storage is not above about 8 mΩ.

Das erfindungsgemäße Prinzip betrifft sonach eine Energiespeicheranordnung, deren zweiter Energiespeicher, d. h. der mehrere auf Lithium basierende Speicherelemente aufweisende Energiespeicher, bis in den Bereich niedriger Temperaturen aufgrund seines vergleichsweise geringen Innenwiderstands eine vergleichsweise, zumindest den Betrieb wenigstens eines Teils entsprechender an ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossener elektrischen Strom verbrauchender Verbraucher sicherstellt. Derart ist die Betriebssicherheit eines eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung aufweisenden Kraftfahrzeugs insgesamt verbessert.The principle according to the invention therefore relates to an energy storage arrangement whose second energy store, d. H. the plurality of energy-storage devices having lithium-based storage elements until, in the low-temperature range, a comparatively low-consumption consumer consumes at least the operation of at least a portion of corresponding electrical power connected to an electrical system of a motor vehicle. In this way, the operational safety of a motor vehicle having an energy storage arrangement according to the invention is improved overall.

Gemäß der Erfindung umfasst der zweite Energiespeicher: drei Speicherelemente basierend auf Lithium und ein Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat, oder drei Speicherelemente basierend auf Lithium und zwei Speicherelemente basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung, oder drei Speicherelemente basierend auf Lithium-Titanat und zwei Speicherelemente basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder vier Speicherelemente basierend auf Lithium-Titanat und ein Speicherelement basierend auf Lithium, oder sechs Speicherelementen basierend auf Lithium-Titanat. Die auf Lithium basierenden Speicherelemente basieren insbesondere auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung und liegen als so genannte NMC-Speicherelemente bzw. NMC-Zellen vor.According to the invention, the second energy storage device comprises three lithium based storage elements and lithium titanate storage element, or three lithium based storage elements and two nickel metal hydride compound storage elements, or three lithium titanate based storage elements and two storage elements on a lithium-iron-phosphate compound, or four lithium titanate-based storage elements and a lithium-based storage element, or six lithium-titanate based storage elements. The lithium-based storage elements are based in particular on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound and are present as so-called NMC storage elements or NMC cells.

Der zweite Energiespeicher kann sonach als Lithiumbatterie (vgl. insbesondere die Ausführungsform des zweiten Energiespeichers mit drei Speicherelementen basierend auf Lithium und einem Speicherelement basierend auf Lithium-Titanat) oder als Lithium-Mischbatterie (vgl. insbesondere die Ausführungsform des zweiten Energiespeichers mit drei Speicherelementen basierend auf Lithium und zwei Speicherelementen basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung) ausgebildet sein. In allen genannten Fällen zeichnet sich der zweite Energiespeicher sonach durch eine besondere Zusammenstellung verschiedener Speicherelemente aus, welche Zusammenstellungen im Hinblick auf die oben beschriebene, erfindungsgemäß vorgesehene Charakteristik des zweiten Energiespeichers besonders geeignet sind.The second energy store can therefore be used as a lithium battery (compare, in particular, the embodiment of the second energy store with three storage elements based on lithium and a storage element based on lithium titanate) or as a lithium mixer tap (compare in particular the embodiment of the second energy store with three storage elements based on FIG Lithium and two memory elements based on a nickel-metal hydride compound). In all these cases, the second energy storage is characterized by a special combination of different memory elements, which combinations are particularly suitable with regard to the above-described, inventively provided characteristic of the second energy storage.

Bei oben genannten Konfigurationen wird von einem die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung aufnehmenden 14 Volt-Bordnetz ausgegangen. Im Falle einer Auslegung der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung bzw. des zweiten Energiespeichers für ein 24 Volt-Bordnetz verdoppelt sich die jeweilige Anzahl der oben angegebenen Speicherelemente, wobei die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Speicherelementtypen gleich bleiben.In the above-mentioned configurations, it is assumed that a 14 volt vehicle electrical system which accommodates the energy storage arrangement according to the invention. In the case of a design of the energy storage device according to the invention or of the second energy storage device for a 24 volt electrical system, the respective number of storage elements specified above doubles, with the possible combinations of the different storage element types remaining the same.

Es ist möglich, dass der zweite Energiespeicher zusätzlich zu den mehreren auf Lithium basierenden Speicherelementen wenigstens einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator, umfasst. Doppelschichtkondensatoren umfassen zwei Elektroden, zwischen welchen sich ein elektrisch leitfähiger Elektrolyt befindet. Nach Anlegen einer elektrischen Spannung sammeln sich an den Elektroden Ionen des Elektrolyten umgekehrter Polarität. Es bildet sich eine Ladungsträgerschicht aus unbeweglichen Ladungsträgern. Die Elektroden mit der Ladungsträgerschicht als Dielektrikum verhalten sich wie zwei Kondensatoren, die über den Elektrolyten in Serie geschaltet sind. Sie speichern die Energie im Gegensatz zu elektrochemischen Energiespeichern elektrostatisch. Doppelschichtkondensatoren weisen in der Regel kleine Innenwiderstände und eine hohe Anzahl an möglichen Lade- bzw. Entladezyklen auf. Mithin kann derart das Eigenschaftsprofil des zweiten Energiespeichers, insbesondere im Hinblick auf einen geringen Innenwiderstand, verbessert werden.It is possible for the second energy store to comprise, in addition to the plurality of lithium-based storage elements, at least one capacitor, in particular a double-layer capacitor. Double-layer capacitors comprise two electrodes between which there is an electrically conductive electrolyte. After applying an electrical voltage, ions of the electrolyte of opposite polarity collect at the electrodes. It forms a charge carrier layer of immobile charge carriers. The electrodes with the charge carrier layer as a dielectric behave like two capacitors, which are connected in series via the electrolyte. They store the energy electrostatically in contrast to electrochemical energy storage. Double-layer capacitors generally have small internal resistances and a large number of possible charging or discharging cycles. Thus, the property profile of the second energy storage, in particular with regard to a low internal resistance can be improved.

Vorteilhaft ist der Kondensator im Sinne eines weiteren Speicherelements zu den mehreren auf Lithium basierenden Speicherelementen des zweiten Energiespeichers in Serie geschaltet. Derart kann die Nennspannung des zweiten Energiespeichers weiter erhöht werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, den auf Lithium basierenden Speicherelementen des zweiten Energiespeichers mehr als einen Kondensator in Serie nachzuschalten. Gleichermaßen ist auch eine Parallelschaltung wenigstens eines Kondensators zu den auf Lithium basierenden Speicherelementen denkbar.Advantageously, the capacitor is connected in series in the sense of a further storage element to the plurality of lithium-based storage elements of the second energy store. In this way, the rated voltage of the second energy store can be further increased. Of course, it is also conceivable to connect the lithium-based storage elements of the second energy store more than one capacitor in series. Similarly, a parallel connection of at least one capacitor to the lithium-based memory elements is conceivable.

Es ist zweckmäßig, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Energiespeicher wenigstens eine Diode, insbesondere eine Quasidiode, geschaltet ist. Die Durchlassrichtung der Diode ist bevorzugt in Richtung des zweiten Energiespeichers, d. h. über den ersten Energiespeicher kann Energie (Strom) in Richtung des zweiten Energiespeichers fließen. Entsprechend lässt die Diode keinen Energiefluss (Stromfluss) von dem zweiten auf Lithium basierenden Energiespeicher in Richtung des ersten auf Blei basierenden Energiespeichers zu (Sperrrichtung der Diode). In bestimmten Schaltanordnungen bzw. Situationen kann es vorgesehen sein, die Diode zumindest zeitweise zu überbrücken und derart einen Energiefluss (Stromfluss) auch in Richtung des ersten Energiespeichers zu ermöglichen. Dies gilt insbesondere für einen Erst- oder Notstart eines Kraftfahrzeugs.It is expedient if at least one diode, in particular a quasi-diode, is connected between the first and the second energy store. The forward direction of the diode is preferably in the direction of the second energy store, d. H. Energy (current) can flow in the direction of the second energy store via the first energy store. Accordingly, the diode does not allow energy flow (current flow) from the second lithium-based energy storage in the direction of the first lead-based energy storage (reverse direction of the diode). In certain switching arrangements or situations, it may be provided to bridge the diode at least temporarily and thus to enable an energy flow (current flow) also in the direction of the first energy store. This applies in particular to a first or emergency start of a motor vehicle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Diode wenigstens ein elektrisches Schaltmittel umfasst oder zwischen dem ersten Energiespeicher und dem zweiten Energiespeicher wenigstens ein elektrisches Schaltmittel geschaltet ist. Das elektrische Schaltmittel kann etwa in Form eines Fehlerstromschutzschalters vorliegen. Es ist denkbar, dass das elektrische Schaltmittel über eine geeignete, mit diesem verbundene Steuereinrichtung schaltbar ist.In a further preferred embodiment, it is provided that the at least one diode comprises at least one electrical switching means or at least one electrical switching means is connected between the first energy store and the second energy store. The electrical switching means may be present in the form of a residual current circuit breaker. It is conceivable that the electrical switching means is switchable via a suitable, connected to this control device.

Das elektrische Schaltmittel dient insbesondere dazu den der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung zugehörigen ersten Energiespeicher von dem der erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung zweiten Energiespeicher zu entkoppeln, was insbesondere bei den oben genannten Wiederanlassvorgängen des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs über einen von der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung mit Energie bzw. Strom versorgten Anlassers bzw. Starters während des Fahrbetriebs zweckmäßig ist.The electrical switching means is used in particular to decouple the energy storage device according to the invention associated first energy storage of the energy storage device according to the invention second energy storage, which in particular in the above-mentioned Wiederanlassvorgängen the internal combustion engine of a motor vehicle powered by the energy storage device according to the invention with energy or electricity starter or starter while driving is appropriate.

Wie erwähnt, ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung einen Teil eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs bildet, wobei das Bordnetz wenigstens einen Generator, insbesondere zum Laden des ersten Energiespeichers und des zweiten Energiespeichers, und wenigstens einen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher umfasst. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung selbstverständlich auch in anderen Bereichen der Technik einsetzbar sein.As mentioned, it is preferred that the energy storage arrangement according to the invention forms part of an on-board network of a motor vehicle, wherein the vehicle electrical system comprises at least one generator, in particular for charging the first energy store and the second energy store, and at least one consumer consuming electrical power. In principle, the energy storage arrangement according to the invention can of course also be used in other areas of technology.

Dabei ist der erste Energiespeicher vorzugsweise einem ersten Teil des Bordnetzes und der zweite Energiespeicher vorzugsweise einem zweiten Teil des Bordnetzes zugeordnet. Über entsprechende elektrische Schaltmittel sind die beiden Teile des Bordnetzes bedarfs- bzw. zeitweise voneinander elektrisch trennbar. Die Ansteuerung der elektrischen Schaltmittel erfolgt insbesondere über eine, insbesondere der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung zugeordneten, Steuereinrichtung.In this case, the first energy store is preferably assigned to a first part of the vehicle electrical system and the second energy store is preferably assigned to a second part of the vehicle electrical system. About appropriate electrical switching means the two parts of the electrical system are required or temporarily separated from each other electrically. The control of the electrical switching means takes place in particular via a, in particular the energy storage device according to the invention associated, control device.

Die Erfindung betrifft zusätzlich ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Bordnetz mit einer entsprechenden Energiespeicheranordnung. Bezüglich der dem Bordnetz zugehörigen Energiespeicheranordnung gelten sämtliche, die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung betreffenden Ausführungen analog.The invention additionally relates to a motor vehicle comprising a vehicle electrical system with a corresponding energy storage arrangement. With regard to the energy storage arrangement associated with the electrical system, all embodiments relating to the energy storage arrangement according to the invention apply analogously.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung, wobei die einzige Figur eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawing, wherein the single figure shows a schematic diagram of a vehicle electrical system of a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the invention.

Die Figur zeigt eine Prinzipdarstellung eines 14 V-Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst einen nicht näher gezeigten, als Antriebsaggregat dienenden Verbrennungsmotor.The figure shows a schematic diagram of a 14 V electrical system 1 of a motor vehicle 2 according to an exemplary embodiment of the invention. The car 2 includes a not shown in detail, serving as a drive unit internal combustion engine.

Dem Bordnetz 1 ist eine Energiespeicheranordnung 3, ein Generator 4, ein Anlasser 5 zum Anlassen des Verbrennungsmotors und wenigstens ein im Betrieb elektrischen Strom verbrauchender Verbraucher 6, beispielsweise in Form eines als Bremsassistenten oder Lenkassistenten ausgebildeten Fahrerassistenzsystems, zugehörig. Der Verbraucher 6 ist über einen Schalter 7 elektrisch vom Bordnetz 1 trennbar.The electrical system 1 is an energy storage device 3 , a generator 4 , a starter 5 for starting the internal combustion engine and at least one consumer consuming electrical power during operation 6 , for example in the form of a driver assistance system designed as a brake assistant or a steering assistant. The consumer 6 is over a switch 7 electrically from the electrical system 1 separable.

Die Energiespeicheranordnung 3 umfasst zwei parallel geschaltete wiederaufladbare Energiespeicher 8, 9. Ein erster Energiespeicher 8 ist dabei als Bleibatterie ausgebildet, d. h. er umfasst mehrere auf Blei basierende Speicherelemente 10, welche auch als Zellen bezeichnet werden können. Der zweite Energiespeicher 9 umfasst z. B. mehrere auf Lithium basierende Speicherelemente 10, welche auch als Zellen bezeichnet werden können.The energy storage arrangement 3 includes two parallel rechargeable energy storage 8th . 9 , A first energy storage 8th is designed as lead-acid battery, ie it comprises a plurality of lead-based storage elements 10 , which can also be referred to as cells. The second energy storage 9 includes z. B. several lithium-based storage elements 10 , which can also be referred to as cells.

Konkret ist der zweite Energiespeicher 9 aus einem Speicherelement 10 basierend auf Lithium-Titanat und drei Speicherelementen 10 basierend auf einer Lithium-Cobalt-Mangan-Nickel-Verbindung, d. h. drei NMC-Speicherelementen gebildet. Der zweite Energiespeicher 9 ist sonach als Lithiumbatterie ausgebildet.Specifically, the second energy storage 9 from a storage element 10 based on lithium titanate and three storage elements 10 based on a lithium-cobalt-manganese-nickel compound, ie three NMC memory elements formed. The second energy storage 9 is therefore designed as a lithium battery.

Alternativ könnte der zweite Energiespeicher 9 beispielsweise auch aus drei Speicherelementen 10 basierend auf Lithium und zwei Speicherelementen 10 basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung (NiMH-Verbindung) gebildet sein. In diesem Fall läge der zweite Energiespeicher als Lithium-Mischbatterie vor.Alternatively, the second energy storage could 9 for example, from three memory elements 10 based on lithium and two memory elements 10 based on a nickel metal hydride compound (NiMH compound) may be formed. In this case, the second energy storage would be present as a lithium mixer tap.

In allen Fällen gilt, dass die den zweiten Energiespeicher 9 bildenden Speicherelemente 10 in Serie geschaltet sind.In all cases, that is the second energy storage 9 forming memory elements 10 are connected in series.

Ersichtlich umfasst der zweite Energiespeicher 9 zusätzlich einen Kondensator 11, insbesondere einen Doppelschichtkondensator, welcher parallel zu den Speicherelementen 10 geschaltet ist.As can be seen, the second energy store comprises 9 in addition a capacitor 11 , in particular a double-layer capacitor, which is parallel to the memory elements 10 is switched.

Dem zweiten Energiespeicher 9 ist ferner eine nicht näher gezeigte Steuereinrichtung im Sinne eines Mikrocontrollers zugeordnet, welche unter Anderem Symmetrierwiderstände (nicht gezeigt) aufweist und dazu ausgebildet ist, die Spannungen der Speicherelemente 10 des zweiten Energiespeichers 9 jeweils auf einem gleichen oder zumindest ähnlichen Niveau zu halten.The second energy storage 9 Furthermore, a control device not shown in detail in the sense of a microcontroller is associated, which among other balancing resistors (not shown) and is adapted to the voltages of the memory elements 10 of the second energy store 9 each at the same or at least similar levels.

Der zweite Energiespeicher 9 zeichnet sich dadurch aus, dass sein Innenwiderstand bei einer Temperatur von –10°C bzw. 263 K einen Wert von 26 mΩ nicht überschreitet. Hierzu können zusätzlich weitere Randbedingungen wie ein Ladezustand des zweiten Energiespeichers 9 von ca. 50% angenommen werden.The second energy storage 9 is characterized by the fact that its internal resistance at a temperature of -10 ° C or 263 K does not exceed a value of 26 mΩ. For this purpose, in addition further boundary conditions such as a state of charge of the second energy storage 9 be accepted by about 50%.

Sonach ist es gewährleistet, das auch bei einem Anlassen bzw. Wiederanlassen des während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 2 zeitweise abgeschalteten Verbrennungsmotors (so genannter „Segelbetrieb” des Kraftfahrzeugs) die Spannung des zweiten Energiespeichers 9 nicht unterhalb 10,5 V absinkt. Demzufolge kann über den zweiten Energiespeicher 9 ein Strom von ca. 150 A bereitgestellt und somit der Betrieb entsprechender Verbraucher 6, d. h. insbesondere bestimmter Fahrerassistenzsysteme, wie z. B. Brems- oder Lenkassistenzsysteme, sichergestellt werden.Sonach it is guaranteed, even when starting or restarting during the driving of the motor vehicle 2 temporarily shut down internal combustion engine (so-called "sailing operation" of the motor vehicle), the voltage of the second energy storage 9 does not sink below 10.5V. Consequently, via the second energy storage 9 provided a current of about 150 A and thus the operation of appropriate consumers 6 , ie in particular certain driver assistance systems, such. As brake or steering assistance systems are ensured.

Zweckmäßigerweise sind die beiden die Energiespeicheranordnung 3 bildenden Energiespeicher 8, 9 jeweiligen über ein elektrisches Schaltmittel 12 voneinander trennbaren Teilen 13, 14 der Energiespeicheranordnung 3 zugehörig. Ersichtlich ist der erste Energiespeicher 8 dabei einem ersten Teil 13 der Energiespeicheranordnung 3 und der zweite Energiespeicher 9 einem zweiten Teil 14 der Energiespeicheranordnung 3 zugehörig. Mithin kann der erste, den ersten Energiespeicher 8 umfassende Teil 13 Energiespeicheranordnung 3 während des Wiederanlassens des Verbrennungsmotors von dem zweiten Teil 14 Energiespeicheranordnung 3 zeitweise elektrisch entkoppelt werden, so dass die an das Bordnetz 1 angeschlossenen Verbraucher 6 während des Wiederanlassens des Verbrennungsmotors ausschließlich über den zweiten Energiespeicher 9 mit elektrischer Energie bzw. Strom versorgt werden. Hierfür ist eine geeignete, das Schaltmittel 12 steuernde Steuereinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, welche zur Steuerung sämtlicher Schaltvorgänge des Schaltmittels 12 ausgebildet ist.Conveniently, the two are the energy storage device 3 forming energy storage 8th . 9 respective via an electrical switching means 12 separable parts 13 . 14 the energy storage device 3 belong. Visible is the first energy storage 8th doing a first part 13 the energy storage device 3 and the second energy storage 9 a second part 14 the energy storage device 3 belong. Consequently, the first, the first energy storage 8th comprehensive part 13 Energy storage device 3 during the restarting of the internal combustion engine from the second part 14 Energy storage device 3 temporarily be electrically decoupled, so that to the electrical system 1 connected consumers 6 during the restart of the internal combustion engine exclusively via the second energy storage 9 be supplied with electrical energy or electricity. This is a suitable, the switching means 12 controlling means (not shown) are provided, which for controlling all switching operations of the switching means 12 is trained.

Der übliche beim Anlassen bzw. Wiederanlassen des Verbrennungsmotors auftretende Abfall der Spannung des Bordnetzes 1 bzw. der Energiespeicheranordnung 3 kann sonach durch geeignetes Schalten, d. h. Öffnen des Schaltmittels 12 und somit der Herbeiführung einer temporären bzw. zeitlich begrenzten elektrischen Trennung des den ersten Energiespeicher 8 umfassenden ersten Teils 13 der Energiespeicheranordnung 3 von dem den zweiten Energiespeicher 9 umfassenden zweiten Teil 14 der Energiespeicheranordnung 3 verhindert werden.The usual when starting or restarting the engine occurring drop in the voltage of the electrical system 1 or the energy storage arrangement 3 can therefore by suitable switching, ie opening the switching means 12 and thus the achievement of a temporary or temporally limited electrical separation of the first energy storage 8th comprehensive first part 13 the energy storage device 3 from the second energy storage 9 comprehensive second part 14 the energy storage device 3 be prevented.

Das Schaltmittel 12 ist parallel zu einer Diode 15, insbesondere einer Quasidiode, geschaltet oder Teil der Diode 15. Die Diode 15 ist zwischen dem ersten Energiespeicher 8 und den zweiten Energiespeicher 9 vorgesehen. Die Durchlassrichtung der Diode 15 zeigt in Richtung des zweiten Energiespeichers 9. Die Diode 15 kann gegebenenfalls für den Erst- oder einen Notstart des Kraftfahrzeugs 2 überbrückt werden.The switching means 12 is parallel to a diode 15 , in particular a quasi-diode, connected or part of the diode 15 , The diode 15 is between the first energy storage 8th and the second energy storage 9 intended. The forward direction of the diode 15 points in the direction of the second energy store 9 , The diode 15 if necessary, for the first or an emergency start of the motor vehicle 2 be bridged.

Claims (8)

Energiespeicheranordnung (3), umfassend wenigstens einen mehrere auf Blei basierende Speicherelemente (10) aufweisenden, wiederaufladbaren ersten Energiespeicher (8) und einen zu dem ersten Energiespeicher (8) parallel geschalteten, mehrere Speicherelemente (10) aufweisenden, wiederaufladbaren zweiten Energiespeicher (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des zweiten Energiespeichers (9) bei einer Temperatur von –10°C kleiner als 26 mΩ ist, wobei der zweite Energiespeicher (9) umfasst: drei Speicherelemente (10) basierend auf Lithium und ein Speicherelement (10) basierend auf Lithium-Titanat, oder drei Speicherelemente (10) basierend auf Lithium und zwei Speicherelemente (10) basierend auf einer Nickelmetallhydrid-Verbindung, oder drei Speicherelemente (10) basierend auf Lithium-Titanat und zwei Speicherelemente (10) basierend auf einer Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, oder vier Speicherelemente (10) basierend auf Lithium-Titanat und ein Speicherelement (10) basierend auf Lithium, oder sechs Speicherelemente (10) basierend auf Lithium-Titanat.Energy storage arrangement ( 3 ) comprising at least one plurality of lead-based storage elements ( 10 ), rechargeable first energy storage ( 8th ) and one to the first energy storage ( 8th ) connected in parallel, a plurality of memory elements ( 10 ), rechargeable second energy storage ( 9 ), characterized in that the internal resistance of the second energy store ( 9 ) at a temperature of -10 ° C is less than 26 mΩ, wherein the second energy store ( 9 ) comprises: three memory elements ( 10 ) based on lithium and a memory element ( 10 ) based on lithium titanate, or three memory elements ( 10 ) based on lithium and two memory elements ( 10 ) based on a Nickel-metal hydride compound, or three storage elements ( 10 ) based on lithium titanate and two memory elements ( 10 ) based on a lithium-iron-phosphate compound, or four storage elements ( 10 ) based on lithium titanate and a memory element ( 10 ) based on lithium, or six memory elements ( 10 ) based on lithium titanate. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den zweiten Energiespeicher (9) bildenden Speicherelemente (10) in Serie geschaltet sind.Energy storage arrangement according to claim 1, characterized in that the second energy storage ( 9 ) forming memory elements ( 10 ) are connected in series. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (9) zusätzlich zu den mehreren auf Lithium basierenden Speicherelementen (10) wenigstens einen Kondensator (11), insbesondere einen Doppelschichtkondensator, umfasst.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second energy store ( 9 ) in addition to the plurality of lithium-based memory elements ( 10 ) at least one capacitor ( 11 ), in particular a double-layer capacitor. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (11) zu den auf Lithium basierenden Speicherelementen (10) parallel oder in Serie geschaltet ist.Energy storage arrangement according to claim 3, characterized in that the capacitor ( 11 ) to the lithium-based storage elements ( 10 ) is connected in parallel or in series. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Energiespeicher (8) und dem zweiten Energiespeicher (9) wenigstens eine Diode (15), insbesondere eine Quasidiode, geschaltet ist.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the first energy store ( 8th ) and the second energy store ( 9 ) at least one diode ( 15 ), in particular a quasi diode, is connected. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 5 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Diode (15) wenigstens ein elektrisches Schaltmittel (12) umfasst oder zwischen dem ersten Energiespeicher (8) und dem zweiten Energiespeicher (9) wenigstens ein elektrisches Schaltmittel (12) geschaltet ist.Energy storage arrangement according to claim 5 or one of the preceding claims, characterized in that the at least one diode ( 15 ) at least one electrical switching means ( 12 ) or between the first energy store ( 8th ) and the second energy store ( 9 ) at least one electrical switching means ( 12 ) is switched. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Teil eines Bordnetzes (1) eines Kraftfahrzeugs (2) bildet, wobei das Bordnetz (1) wenigstens einen Generator (4), insbesondere zum Laden des ersten Energiespeichers (8) und des zweiten Energiespeichers (9), und wenigstens einen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher (6) umfasst.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is part of a vehicle electrical system ( 1 ) of a motor vehicle ( 2 ), whereby the electrical system ( 1 ) at least one generator ( 4 ), in particular for charging the first energy store ( 8th ) and the second energy store ( 9 ), and at least one consumer consuming electrical power ( 6 ). Energiespeicheranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (8) einem ersten Teil (13) des Bordnetzes (1) und der zweite Energiespeicher (9) einem zweiten Teil (14) des Bordnetzes (1) zugeordnet ist.Energy storage arrangement according to claim 7, characterized in that the first energy store ( 8th ) a first part ( 13 ) of the vehicle electrical system ( 1 ) and the second energy store ( 9 ) a second part ( 14 ) of the vehicle electrical system ( 1 ) assigned.
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