DE102014004655A1 - Circuit arrangement for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Batteriestrang (2) zur Bereitstellung von elektrischer Energie, welcher eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) zwischen zwei Anschlusspunkten (3) aufweist, mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Überbrückungsleitung (4, 5), welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang (2) elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten (3) des Batteriestrangs (2) koppelbar sind und mit einer Steuervorrichtung, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) anzusteuern, wobei in dem Batteriestrang (2) an Kontaktstellen (6a, ...6e) zwischen den einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung (7a, ...7e) elektrisch mit dem Batteriestrang (2) verbunden ist, und durch die Koppelvorrichtung (7a, ...7e) die jeweilige Kontaktstelle (6a, ...6e) mit der ersten Überbrückungsleitung (4) koppelbar ist, um Schaltungsverluste zu verringern.Circuit arrangement (1) for a motor vehicle, with a battery string (2) for providing electrical energy, which has a series connection of individual battery cells (2a, ... 2f) between two connection points (3), with a first and a second electrical bridging line (4, 5), which each have two coupling devices (4a, 4b, 5a, 5b), via which they can be electrically coupled to the two connection points (3) of the battery string (2) in parallel to the battery string (2) and to a Control device which is designed to control the coupling devices (4a, 4b, 5a, 5b), wherein in the battery string (2) at contact points (6a, ... 6e) between the individual battery cells (2a, ... 2f) in each case at least a coupling device (7a, ... 7e) that can be switched by the control device is electrically connected to the battery string (2), and the respective contact point (6a, ... 6e) with the first one through the coupling device (7a, ... 7e) Bridging kungsleitung (4) can be coupled to reduce circuit losses.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen eine Batterie auf, welche eine Serienschaltung vieler einzelner Batteriezellen umfassen kann. Die durch die Serienschaltung zur Verfügung gestellte Spannung ist jedoch nicht für alle Verbraucher gleichermaßen geeignet. Daher kann zum Anpassen der Spannung an einen jeweiligen Verbraucher zwischen Batterie und Verbraucher ein Spannungswandler zwischengeschaltet sein. Es kann auch ein Wechselrichter vorhanden sein, welcher die zur Verfügung gestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umformt.Motor vehicles, in particular electric vehicles or hybrid vehicles, have a battery, which may comprise a series connection of many individual battery cells. However, the voltage provided by the series connection voltage is not suitable for all consumers equally. Therefore, a voltage converter can be interposed between the battery and the consumer to adapt the voltage to a respective consumer. There may also be an inverter which converts the DC voltage provided into an AC voltage.
Die
Auch die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche unterschiedliche Spannungen bereitstellen kann und dabei möglichst geringe Schaltungsverluste aufkommen lässt.It is the object of the present invention to provide a circuit arrangement which can provide different voltages and thereby minimize the possible circuit losses.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by a circuit arrangement according to the patent claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims, the description and the figures.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug verfügt über einen Batteriestrang zur Bereitstellung von elektrischer Energie, welcher eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen zwischen zwei Anschlusspunkten aufweist, über eine erste und eine zweite elektrische Überbrückungsleitung, welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten des Batteriestrangs koppelbar sind, und über eine Steuervorrichtung, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen anzusteuern. Um möglichst geringe Schaltungsverluste aufkommen zu lassen, ist in dem Batteriestrang an Kontaktstellen zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung elektrisch mit dem Batteriestrang verbunden, und durch die Koppelvorrichtung die jeweilige Kontaktstelle mit der ersten Überbrückungsleitung koppelbar. Insbesondere sind die Koppelvorrichtungen zwischen allen direkt miteinander elektrisch gekoppelten Batteriezellen vorhanden. Bei den Koppelvorrichtungen kann es sich dabei um handelsübliche Schaltelemente handeln. Das hat den Vorteil, dass sich die zwischen den Überbrückungsleitungen anliegende Spannung frei als ein Vielfaches der Spannungen der jeweiligen Batteriezellen einstellen lässt und gleichzeitig der Strom immer nur durch zwei Koppelvorrichtungen fließt. Es treten somit nur sehr geringe Schaltungsverluste auf.A circuit arrangement according to the invention for a motor vehicle has a battery string for the provision of electrical energy, which has a series connection of individual battery cells between two connection points, via a first and a second electrical bridging line, which each have two coupling devices, via which they each parallel to the battery string electrically coupled to the two connection points of the battery string, and a control device which is designed to control the coupling devices. In order to minimize the possible circuit losses, in the battery string at contact points between the individual battery cells at least one switchable by the control device coupling device is electrically connected to the battery string, and coupled by the coupling device, the respective contact point with the first bypass line. In particular, the coupling devices are present between all directly electrically coupled to each other battery cells. The coupling devices may be commercially available switching elements. This has the advantage that the voltage applied between the bridging lines can be freely set as a multiple of the voltages of the respective battery cells and at the same time the current always flows only through two coupling devices. There are thus only very low circuit losses.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, über ein Schließen je einer der Koppelvorrichtungen der zweiten Überbrückungsleitung und je einer der Koppelvorrichtungen des Batteriestrangs oder der ersten Überbrückungsleitung eine jeweilige, insbesondere jeweils verschiedene, Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen bereitzustellen. Das hat den Vorteil, dass so nicht nur eine vorbestimmte Spannung, welche ein Vielfaches der an den einzelnen Batteriezellen jeweils anliegenden Spannung ist, bereitgestellt werden kann, sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche vorgegebene Spannungen zwischen den beiden Überbrückungsleitungen abgegriffen werden können.In an advantageous embodiment, it is provided that the control device is designed to provide a respective, in particular different, voltage between the two bypass lines by closing one of the coupling devices of the second bypass line and one each of the coupling devices of the battery string or the first bypass line. This has the advantage that not only a predetermined voltage, which is a multiple of the voltage applied to the individual battery cells voltage, can be provided, but at different times different predetermined voltages between the two bypass lines can be tapped.
Hier ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die jeweiligen Koppelvorrichtungen zeitlich variierend derart zu Schließen und zu Öffnen, dass die resultierende Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen einen gestuften sinusförmigen Verlauf aufweist. Das hat den Vorteil, dass auch die Funktion des eingangs erwähnten Wechselrichters von der Schaltungsanordnung übernommen werden kann. Dieser kann also eingespart werden.In this case, provision is made in particular for the control device to be designed to close and open the respective coupling devices in a time-varying manner so that the resulting voltage between the two bridging lines has a stepped sinusoidal profile. This has the advantage that the function of the inverter mentioned above can be taken over by the circuit arrangement. This can therefore be saved.
Es kann hier auch vorgesehen sein, mehrere, insbesondere drei, der Schaltungsanordnungen miteinander zu koppeln, indem jeweils eine Überbrückungsleitung der jeweiligen Schaltungsanordnungen mit jeweils einer Überbrückungsleitung der anderen Schaltungsanordnungen elektrisch gekoppelt wird. Die mehreren, insbesondere drei, gekoppelten Überbrückungsleitungen bilden dann elektrisch eine Nicht-Phase und die verbliebenen nicht gekoppelten Überbrückungsleitungen jeweils eine Phase. Dabei sind die jeweiligen Steuervorrichtungen dann ausgelegt, die Schaltungsanordnungen so zu steuern, dass zwischen den Phasen und der Nicht-Phase eine Mehrphasen-, insbesondere eine Dreiphasen-, Wechselspannung anliegt.It can also be provided here to couple several, in particular three, of the circuit arrangements with each other, in that in each case a bridging line of the respective circuit arrangements is electrically coupled to one bridging line of the other circuit arrangements. The plurality, in particular three, coupled bridging lines then electrically form a non-phase and the remaining non-coupled bridging lines each form a phase. In this case, the respective control devices are then designed to control the circuit arrangements such that a multiphase, in particular a three-phase, alternating voltage is present between the phases and the non-phase.
in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Batteriestrang an den Kontaktstellen zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils auch ein zweite durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung elektrisch mit dem Batteriestrang verbunden ist und durch die zweite Koppelvorrichtung die jeweilige Kontaktstelle mit der zweiten Überbrückungsleitung koppelbar ist. Die zusätzlichen zweiten Koppelvorrichtungen bringen den Vorteil, dass eine vorbestimmte Spannung, welche zwischen den beiden Überbrückungsleitungen anliegen soll, zu unterschiedlichen Zeiten von unterschiedlichen Batteriezellen erbracht werden kann. Es kann also ein Lastenausgleich zwischen den Batteriezellen erfolgen, so dass der Verschleiß und die Entladung gleichmäßig auf die Batteriezellen des Batteriestrangs verteilt werden kann. Weiterhin können zur Schonung der Batteriezellen diese so auch ganz oder teilweise parallel geschaltet werden.In a particularly advantageous embodiment it is provided that in the battery string at the contact points between the individual Battery cells in each case a second switchable by the control device coupling device is electrically connected to the battery string and by the second coupling device, the respective contact point with the second bypass line can be coupled. The additional second coupling devices have the advantage that a predetermined voltage, which is to rest between the two bridging lines, can be provided at different times by different battery cells. It can therefore be a load balance between the battery cells, so that the wear and the discharge can be evenly distributed to the battery cells of the battery string. Furthermore, to protect the battery cells they can also be switched in whole or in part in parallel.
Insbesondere ist hier vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, eine vorbestimmte Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen zu verschiedenen Zeitpunkten über ein Schließen verschiedener Kombinationen von je zwei verschiedenen der unterschiedlichen Koppelvorrichtungen bereitzustellen, wobei je eine zweite Koppelvorrichtung des Batteriestrangs oder eine Koppelvorrichtung der zweiten Überbrückungsleitung zusammen mit je einer ersten Koppelvorrichtung des Batteriestrangs oder einer Koppelvorrichtung der ersten Überbrückungsleitung geschlossen wird, so dass zumindest ein teilweise Lastausgleich zwischen den Batteriezellen erreicht ist. Das hat den Vorteil, dass vor allem bei Betrieb der Schaltungsanordnung als Wechselrichter, also wenn die Schaltungsanordnung eine gestufte sinusförmige Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen bereitstellt, automatisch ein ungleichmäßiger Verschleiß der einzelnen Batteriezellen verhindert wird und somit vorzeitige Wartungs- oder Ersatzarbeiten entfallen.In particular, it is provided here that the control device is designed to provide a predetermined voltage between the two bypass lines at different times by closing different combinations of two different of the different coupling devices, wherein each a second coupling device of the battery string or a coupling device of the second bypass line together with each a first coupling device of the battery string or a coupling device of the first bypass line is closed, so that at least a partial load balance between the battery cells is reached. This has the advantage that, especially when operating the circuit arrangement as an inverter, that is, when the circuit arrangement provides a stepped sinusoidal voltage between the two bypass lines, automatically uneven wear of the individual battery cells is prevented and thus eliminates premature maintenance or replacement work.
Die beiden Anschlusspunkte des Batteriestrangs können auch als eingenständige Kontaktstellen zu einem Bordnetz vorgesehen sein, und dabei insbesondere über zumindest eine weitere Koppelvorrichtung verfügen. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von der Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen noch eine Gleichspannung abgegriffen werden kann.The two connection points of the battery string can also be provided as independent contact points to a vehicle electrical system, and in particular have at least one further coupling device. This has the advantage that, regardless of the voltage between the two bypass lines still a DC voltage can be tapped.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Figuren.Further features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the figures.
Dabei zeigen:Showing:
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.The same or functionally identical elements are provided in the different figures with identical reference numerals.
In
Über ein Schließen einer der Koppelvorrichtungen
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltungsanordnungcircuitry
- 2a–f2a-f
- Batteriezellebattery cell
- 33
- Anschlusspunktconnection point
- 44
- Überbrückungsleitungbypass line
- 4a, 4b4a, 4b
- Koppelvorrichtungcoupling device
- 55
- Überbrückungsleitungbypass line
- 5a, 5b5a, 5b
- Koppelvorrichtungcoupling device
- 6a–e6a-e
- Kontaktstellecontact point
- 7a–e7a-e
- Koppelvorrichtungcoupling device
- 8a–e8a-e
- Koppelvorrichtungcoupling device
- 99
- Anschlussconnection
- 1010
- Anschlussconnection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2013/124079 A1 [0003] WO 2013/124079 A1 [0003]
- US 2011/0044082 A1 [0004] US 2011/0044082 A1 [0004]
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201410004655 DE102014004655A1 (en) | 2014-03-29 | 2014-03-29 | Circuit arrangement for a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201410004655 DE102014004655A1 (en) | 2014-03-29 | 2014-03-29 | Circuit arrangement for a motor vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014004655A1 true DE102014004655A1 (en) | 2014-09-25 |
Family
ID=51484795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201410004655 Withdrawn DE102014004655A1 (en) | 2014-03-29 | 2014-03-29 | Circuit arrangement for a motor vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014004655A1 (en) |
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2014
- 2014-03-29 DE DE201410004655 patent/DE102014004655A1/en not_active Withdrawn
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