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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterieanordnung für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
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Unter einem Hochvolt-Bordnetz wird hierbei ein Bordnetz verstanden, welches mit einer elektrischen Gleichspannung größer oder gleich 60 Volt betrieben wird. Üblicherweise verfügen Hochvolt-Batterien zur Erreichung der notwendigen elektrischen Sicherheit über zwei mechanisch trennende Schalter. Zusätzlich ist zur Vorladung des Hochvolt-Bordnetzes ein dritter Pfad notwendig, damit die endgültige Zuschaltung ohne schädigendes Schalten der mechanischen Schalter möglich ist. Zur Erweiterung durch weitere, parallel geschaltete Hochvolt-Batterien ist eine zusätzliche Komponente notwendig, welche einen prellfreien Schaltvorgang ermöglicht oder durch einen Spannungswandler („DC/DC-Wandler”) unerwünschte Ausgleichsströme verhindert. Innerhalb einer Hochvolt-Batterie kann in einem ersten Pfad ein mechanisch trennender Schalter vorgesehen sein, welcher mit einem ersten Pol der Hochvolt-Batterie gekoppelt ist, in einem zweiten mit einem zweiten Pol der Hochvolt-Batterie gekoppelten Pfad kann jedoch statt des üblichen mechanischen Schalters ein Halbleiterschalter vorgesehen sein, welcher hohe Ströme prellfrei und mit sehr kleinen Schaltzeiten schalten kann. Hierzu kann beispielsweise ein MOSFET eingesetzt werden. In einem gesperrten Zustand des MOSFET kann kein Strom aus der Hochvolt-Batterie fließen, da die technologisch bedingte Body-Diode beziehungsweise Bulk-Diode nur einen Stromfluss in die Batterie zulässt. Auf einen dritten Pfad zur Vorladung kann so verzichtet werden, da der MOSFET auch als variabler Widerstand geschaltet werden kann, und so den Vorladestrom zur Vorladung aller in dem Hochvolt-Bordnetz befindlichen Kapazitäten begrenzen kann.
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In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 10 2012 017 673 A1 eine Schaltungsanordnung zum Koppeln einer Hochvolt-Batterie eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugnetz, aufweisend einen ersten Schütz, wobei ein Feldeffekttransistor in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet ist und zur Stromunterbrechung zwischen der Hochvolt-Batterie und dem Fahrzeugnetz ausgelegt ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2013 017 091 A1 eine Energiespeichereinrichtung für einen Kraftwagen bekannt, mit einer Batterie, mit deren einem Pol eine erste Ladeschaltung elektrisch gekoppelt ist und mit deren anderem Pol eine zweite Ladeschaltung elektrisch gekoppelt ist, wobei die erste Ladeschaltung einen Halbleiterschalter umfasst, um die Zuverlässigkeit der Energiespeichereinrichtung zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug sowie eine Batterieanordnung für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine zuverlässigere und flexiblere Energieversorgung in einem Kraftfahrzeug ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Batterieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung mit einer ersten Hochvolt-Batterie für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug, wobei ein erster Pol der ersten Hochvolt-Batterie über ein erstes mechanisches Schaltelement mit einem Hochvolt-Zwischenkreis des Hochvolt-Bordnetzes elektrisch gekoppelt ist und ein zweiter Pol der ersten Hochvolt-Batterie über ein erstes elektronisches Schaltelement mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist. Das gattungsgemäße Verfahren umfasst hierbei die Schritte Schließen des Schaltkontakts des ersten mechanischen Schaltelements und Steuern des ersten elektronischen Schaltelements in einem elektrisch leitenden Zustand zur strombegrenzten Vorladung des Hochvolt-Zwischenkreises. Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Ermitteln einer Spannungsdifferenz zwischen einer gemessenen Zwischenkreisspannung des Hochvolt-Zwischenkreises und einer gemessenen Leerlaufspannung einer zweiten Hochvolt-Batterie der Batterieanordnung, wobei ein erster Pol der zweiten Hochvolt-Batterie über ein zweites mechanisches Schaltelement mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist und ein zweiter Pol der zweiten Hochvolt-Batterie über ein zweites elektronisches Schaltelement mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektronisch gekoppelt ist, sowie durch ein Schließen des Schaltkontakts des zweiten mechanischen Schaltelements und/oder Steuern des zweiten elektronischen Schaltelements in den elektrisch leitenden Zustand in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wunsch, komplette Hochvolt-Batterien in Kombination zu verwenden, insbesondere um die verfügbare Leistung und Energie zu steigern, prinzipiell durch eine serielle Verschaltung oder durch eine parallele Verschaltung dargestellt werden kann. Da sich bei einer seriellen Verschaltung das Spannungsniveau ändert, können Batterien für Systeme gleicher Versorgungsspannung nur parallel verschaltet werden. Insbesondere sind Spannungsbereiche standardisiert. Damit ohne weitere Zusatzaggregate eine parallele Verschaltung unter der Berücksichtigung von Ausgleichsvorgängen möglich ist, wird die Anwendung einer Kombination von mechanischem Schaltelement (Schütz) und elektronischen Schaltelement (Halbleiter) als Abschaltelemente in Hochvolt-Batterien vorgeschlagen, insbesondere der kontrollierte Schaltvorgang des elektronischen Schaltelements.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient somit zum zuverlässigen flexiblen Parallelschalten der ersten Hochvolt-Batterie und der zweiten Hochvolt-Batterie an dem Hochvolt-Zwischenkreis, wobei durch den Einsatz des ersten elektronischen Schaltelements und des zweiten elektronischen Schaltelements neben dem ersten mechanischen Schaltelement und dem zweiten mechanischen Schaltelement die Schaltvorgänge, das heißt das Zuschalten auf den Zwischenkreis und das Wegschalten von dem Zwischenkreis inklusive einer Vorladung, ohne die Nachteile mechanischen Schaltelements realisiert werden können. Das erste mechanische Schaltelement und das zweite mechanischen Schaltelement dienen lediglich zur zumindest einpoligen Abtrennen der ersten Hochvolt-Batterie und der zweiten Hochvolt-Batterie von dem Hochvolt-Zwischenkreis und sind nicht dazu vorgesehen, unter Last zu schalten, das heißt einen durch die erste Hochvolt-Batterie beziehungsweise durch die zweite Hochvolt-Batterie fließendes Batteriestrom abzuschalten. Aufgrund der elektronischen Schaltelemente ergeben sich die Vorteile schnelles und prellfreies Einschalten, schnelles und prellfreies Abschalten sowie ein verlustarmes Durchschalten. Insbesondere das schnelle Schalten ermöglicht die Zuschaltung mehrerer Hochvolt-Batterien unter der Beobachtung der sich einstellenden Ausgleichsströme, so dass im Fehlerfall eine Abschaltung ohne schädliche Konsequenzen erfolgen kann.
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Durch eine einfache parallele Verschaltung von kompletten Hochvolt-Batterien, wobei hier ein konstruktiv eigenständiges Batterie-Modul gemeint ist, kann auf der Basis eines einzigen serienreifen Batterie-Produkts ohne weiteren Komponentenaufwand oder zusätzliche Verluste projektspezifisch oder auch kundenspezifisch ein Fahrzeugbeziehungsweise Antriebssystem, welches nach Leistung und Energie (gleich Reichweite) skaliert ist, angeboten werden. Durch ein derartiges „Mehrfach-Batterie-Konzept” kann eine Redundanz geschaffen werden, so dass bei Ausfall eines Batterie-Moduls ein – wenn auch in der Leistung reduzierter – Betrieb aufrecht erhalten werden kann. Bei dem mechanischen Schaltelement kann es sich um einen mechanischen Trennschalter, beispielsweise um ein Schütz, handeln, insbesondere um einen elektromechanischen Trennschalter beispielsweise in Form eines Schützes mit einer elektrischen Ansteuerung über eine Spule. Bei dem elektronischen Schaltelement kann es sich um einen Halbleiterschalter, insbesondere um einen Transistor, beispielsweise einen MOSFET oder einen IGBT oder einen Bipolartransistor handeln. Ein MOSFET bietet hierbei den Vorteil einer niedrigen Impedanz in dem elektrisch leitenden Zustand bei voller Durchsteuerung einerseits und andererseits eine dosiert steuerbare Impedanz in dem elektrisch leitenden Zustand, wodurch beispielsweise die strombegrenzte Vorladung des Hochvolt-Zwischenkreises mit einem vorgebbaren Ladestrom ermöglicht wird. Besonders bevorzugt ist hierbei ein MOSFET auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) oder Siliciumcarbid (SiC). Hierdurch werden MOSFETs möglich, welche trotz einer hohen Sperrspannung von üblicherweise bis circa 500 Volt und größer genügend kleine Durchlasswiderstände aufweisen, wodurch die Verluste reduzierbar sind, und sehr schnelle Schaltzeiten ermöglichen.
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Zur parallelen Verschaltung von mehreren Hochvolt-Batterien wird bevorzugt lediglich das jeweilige elektronische Schaltelement verwendet, abgesehen von dem jeweiligen mit dem ersten Pol der Hochvolt-Batterie gekoppelten mechanischen Schaltelement. Hierdurch können weitere Komponenten, beispielsweise eine Schaltbox oder ein DC/DC-Wandler zur Anpassung der Spannung entfallen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Öffnen des Schaltkontakts des zweiten mechanischen Schaltelements und/oder ein Steuern des zweiten elektronischen Schaltelements in einen elektrisch währenden Zustand, wenn ein durch die zweite Hochvolt-Batterie fließender Ausgleichsstrom einen vorgebbaren Stromgrenzwert überschreitet.
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Alternativ kann ein getaktetes Ansteuern des ersten oder des zweiten elektronischen Schaltelements abwechseln in den elektrisch leitenden Zustand und den elektrisch sperrenden Zustand vorgesehen sein, wobei das Ansteuern derart erfolgt, dass ein zwischen der ersten Hochvolt-Batterie und der zweiten Hochvolt-Batterie fließender Ausgleichsstrom einen vorgebbaren Stromgrenzwert nicht überschreitet.
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In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens erfolgen das Schließen des Schaltkontakts des ersten mechanischen Schaltelements und das Schließen des Schaltkontakts des zweiten mechanischen Schaltelements gleichzeitig. Hierdurch kann der Zeitbedarf für das Zuschalten aller Hochvolt-Batterien optimiert werden, insbesondere bei der Verwendung von MOSFET als elektronische Schaltelemente sind hierbei nennenswerte Ausgleichsströme nicht zu erwarten, da alle MOSFET zu diesem Zeitpunkt gesperrt sind und lediglich parasitäre Kapazitäten umgeladen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Hochvolt-Batterie eine höhere Leerlaufspannung auf als die erste Hochvolt-Batterie. Hierdurch kann das Zuschalten der zweiten Hochvolt-Batterie auf den bereits vorgeladenen Hochvolt-Zwischenkreis in gleicher Weise erfolgen wie das Zuschalten der ersten Hochvolt-Batterie auf den ungeladenen Hochvolt-Zwischenkreis zuvor, wobei der Ladestrom in den Hochvolt-Zwischenkreis begrenzt wird.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Batterieanordnung für ein Hochvolt-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug mit einer ersten Hochvolt-Batterie, einem ersten mechanischen Schaltelement, über welches ein erster Pol der ersten Hochvolt-Batterie mit einem Hochvolt-Zwischenkreis des Hochvolt-Bordnetzes elektrisch gekoppelt ist, sowie einem ersten elektronischen Schaltelement, über welches ein zweiter Pol der ersten Hochvolt-Batterie mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist, und einem Batteriesteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, den Schaltkontakt des ersten mechanischen Schaltelements zu schließen und das erste elektronische Schaltelement in einem elektrisch leitenden Zustand zur strombegrenzten Vorladung des Hochvolt-Zwischenkreises zu steuern. Erfindungsgemäß wird die Batterieanordnung weitergebildet durch eine zweite Hochvolt-Batterie, ein zweites mechanisches Schaltelement, über welches ein erster Pol der zweiten Hochvolt-Batterie mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist, und ein zweites elektronisches Schaltelement, über welches ein zweiter Pol der zweiten Hochvolt-Batterie mit dem Hochvolt-Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist. Dabei ist das Batteriesteuergerät dazu ausgelegt, eine Spannungsdifferenz zwischen einer gemessenen Zwischenkreisspannung des Hochvolt-Zwischenkreises und einer gemessenen Leerlaufspannung der zweiten Hochvolt-Batterie zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz den Schaltkontakt des zweiten mechanischen Schaltelements zu schließen und/oder das zweite elektronische Schaltelement in dem elektrisch leitenden Zustand zu steuern. Die erste Hochvolt-Batterie, das erste mechanische Schaltelement, und das erste elektronische Schaltelement sowie zumindest ein Teil des Batteriesteuergeräts kann hierbei bevorzugt eine konstruktive bauliche Einheit in Form eines Hochvolt-Batteriemoduls darstellen. In gleicher Weise kann hierdurch ein zweites Hochvolt-Batteriemodul gebildet sein. Das erste und das zweite Hochvolt-Batteriemodul sowie gegebenenfalls weitere Hochvolt-Batteriemodule nach demselben Aufbauprinzip bilden somit wiederum die erfindungsgemäße Batterieanordnung. Derartige Hochvolt-Batteriemodule weisen jeweils eine identische Zellenzahl auf. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass die einzelnen Hochvolt-Batterien beziehungsweise Hochvolt-Batteriemodule mit unterschiedlichen Kapazitäten ausgestaltet sind.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine vereinfachte schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine Batterieanordnung 10 gemäß der Darstellung in der Figur ist elektrisch an einen Hochvolt-Zwischenkreis 24 gekoppelt, an welchen weiterhin Hochvolt-Komponenten 25 und 26 gekoppelt sind. Ein erstes Batterie-Modul 101 der Batterieanordnung 10 umfasst eine erste Hochvolt-Batterie 11 mit einem ersten Pluspol 11p und einem ersten Minuspol 11m. Der erste Pluspol 11p ist über ein mechanisches Schaltelement 12 mit dem Hochvolt-Zwischenkreis 24 gekoppelt. Der erste Minuspol 11m ist über ein erstes elektronisches Schaltelement 13 in Form eines n-Kanal-MOSFET mit dem Hochvolt-Zwischenkreis 24 gekoppelt. Die Batterieanordnung 10 umfasst weiterhin ein der ersten Hochvolt-Batterie 11 zugeordnetes Batteriemanagementsystem 14.
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In gleicher Weise sind jeweils eine zweite Hochvolt-Batterie 15 mit einem zweiten Pluspol 15p und einem zweiten Minuspol 15m, ein zweites mechanisches Schaltelement 16, ein zweites elektronisches Schaltelement 17 in Form eines n-Kanal-MOSFET sowie ein Batteriemanagementsystem 18 miteinander verschaltet, welche Teil eines zweiten Batterie-Moduls 102 der Batterieanordnung 10 sind. Ebenso ist eine dritte Hochvolt-Batterie 19 mit einem dritten Pluspol 19p und einem dritten Minuspol 19m, einem dritten mechanischen Schaltelement 20 sowie einem dritten elektronischen Schaltelement 21 in Form eines n-Kanal-MOSFET und einem Batteriemanagementsystem 22, welche Teil eines dritten Batterie-Moduls 103 der Batterieanordnung 10 sind. Die Batterieanordnung 10 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit aus drei identisch aufgebauten Batterie-Modulen 101, 102, 103 gebildet.
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Eine erste Batteriespannung U1, eine zweite Batteriespannung U2, eine dritte Batteriespannung U3 sowie eine Zwischenkreisspannung UZK, welche die jeweilige Spannung an den drei Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 sowie die Spannung des Hochvolt-Zwischenkreises 24 bezeichnen, sind in der Figur dargestellt. Die Batteriemanagementsysteme 14, 18, 22 sind Teil eines gemeinsamen Batteriesteuergeräts und können beispielsweise in einer Master-Slave-Anordnung zusammengeschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Ablauf der Zuschaltung der einzelnen Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 durch ein übergeordnetes Steuergerät 23, beispielsweise in Form einer sogenannten Electronic Control Unit (ECU) gebildet sein.
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Die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als N-Kanal-MOSFET ausgebildeten elektronischen Schaltelemente 13, 17, 21 sind derart angeordnet, dass bei einem jeweils ausgeschalteten MOSFET, also jeweils einem der elektronischen Schaltelemente 13, 17, 21, aus der zugehörigen Hochvolt-Batterie 11, 15, 19 kein Strom in den Hochvolt-Zwischenkreis 24 fließen kann.
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Die Zuschaltung der Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 erfolgt nach folgendem Schema:
- – Schließen des Schaltkontakts des ersten mechanischen Schaltelements 12 (mechanischer Trennschalter/Schütz)
- – Schalten des elektronischen Schaltelements 13 (MOSFET) mit strombegrenzendem erhöhtem Durchlasswiderstand (typischerweise 27 Ohm) oder mithilfe des MOSFETs in Funktion einer Konstantstromquelle
- – vollständiges Durchschalten des elektronischen Schaltelements 13 (MOSFET) bei Unterschreiten eines vorgegebenen Vorladestroms (beispielsweise 200 Milliampere), wobei kein Spannungsvergleich notwendig ist
- – Vorabkontrolle auf zu starke Abweichung der ersten Batteriespannung U1 von der Zwischenkreisspannung UZK
- – Schalten des zweiten mechanischen Schaltelements 12 (mechanischer Trennschalter/Schütz)
- – vollständiges Durchschalten des zweiten elektronischen Schaltelements 17 (MOSFET) bei kontinuierlicher Stromüberwachung
- – Schutz vor zu hohen Ausgleichsströmen im Fehlerfall: Eine physikalisch bedingt immer vorhandene Serieninduktivität der Gesamtanordnung bestehend aus der jeweiligen Hochvolt-Batterie einschließlich Zellverschaltung und Zuleitungen dämpft den Stromanstieg, so dass bei drohender Überschreitung eines maximal zulässigen Stromes der Zuschaltvorgang abgebrochen werden kann. An der tatsächlich verfügbaren Induktivität orientiert sich die notwendige Schaltgeschwindigkeit des elektronischen Schaltelements in Form des jeweiligen Halbleiterschalters/MOSFET.
- – Das Zuschalten weiterer Hochvolt-Batterien, insbesondere der dritten Hochvolt-Batterie 19 erfolgt analog zur Zuschaltung der zweiten Hochvolt-Batterie 15.
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Alternativ zu einer Begrenzung der Ausgleichsströme kann auch eine Ansteuerung des elektronischen Schaltelements mittels eines Pulsweitenmodulationssignals (PWM) mit einem Tastverhältnis von 0 bis 1 erfolgen, so dass der Ausgleichsstrom gezielt einstellbar ist. Im Allgemeinen wird bis zu einer vollständigen Nutzung der betreffenden Hochvolt-Batterie das elektronische Schaltelement vollständig durchgeschaltet, das heißt das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation ist in diesem Fall 1.
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Der Ablauf der Zuschaltung kann wahlweise über das übergeordnete Steuergerät 23 (ECU) oder durch das Batteriemanagementsystem 14, 18, 22 der Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 selbst gesteuert werden, beispielsweise mittels einer Master-Slave-Strategie.
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Generell kann eine unter Umständen notwendige Kühlung der elektronischen Schaltelemente 13, 17, 21 in das Kühlkonzept der Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 miteinbezogen werden. Für den Fall, dass der Durchlasswiderstand eines (verfügbaren) MOSFETs zu hohe Verlustleistungen erzeugt, kann zusätzlich ein mechanischer Schalter mit ausreichend kleinem Durchgangswiderstand parallel geschaltet werden. Der Schaltkontakt wird in diesem Fall vorteilhaft nach dem Durchschalten des MOSFETs geschlossen und vor dem Öffnen des MOSFETs geöffnet, wenn möglich in Abwesenheit einer Leistungsentnahme aus der Batterie beziehungsweise nach Abklingen von Ausgleichsströmen.
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Für eine einfache elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Batterie-Modulen 101, 102, 103 kann vorgesehen sein, jedem Batterie-Modul 101, 102, 103 jeweils zwei Anschlüsse für den jeweiligen Minuspol und für den jeweiligen Pluspol bereitzustellen, damit keine separaten Stromverteilungselemente notwendig werden. In diesem Fall sind die elektrischen Verbindungen auf die in der Summe maximal auftretenden Ströme auszulegen.
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Mit der beschriebenen Ausführung von Batterie-Modulen 101, 102, 103 können somit projektspezifisch oder in Abhängigkeit von Kundenwünschen unterschiedliche Leistungen oder Reichweiten eines Fahrzeugs angeboten werden. Die Ausführung der Batteriegröße richtet sich beispielhaft nach der kleinsten, sinnvollen Fahrzeug-Anwendung. Da die hier beschriebene Abschalteinrichtung der Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 eine nur einseitige, galvanisch trennende Batterieabschaltung ermöglicht, kann bei Detektion eines Fehlers der Sperrfunktion des MOSFETs eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, welche den Pfad des MOSFETs galvanisch trennt. Als Ausführungsbeispiel kann hier ein pyrotechnischer Öffner oder ein elektromechanisch angetriebener Öffner genannt werden. Vorteilhaft ist die Sicherheitseinrichtung irreversibel und wird vollständig innerhalb der Batterie-Modulen 101, 102, 103 integriert (Batteriemanagementsystem, Messtechnik und Auslösung). Ein weiterer Vorteil eines solchen „Mehrfach-Batterie-Konzepts” ergibt sich dabei, dass bei Ausfall eines der Batterie-Module 101, 102, 103 die restlichen Batterie-Module für einen, wenn auch in der Leistung eingeschränkten Betrieb, zur Verfügung stehen und damit durch die Redundanz eine erhöhte Betriebssicherheit zur Verfügung steht.
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Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. So können natürlich Schaltungsanordnungen, insbesondere die Anzahl der parallel zu schaltenden Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
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Somit wurde voranstehend gezeigt, wie parallel verschaltete Hochvolt-Batterien 11, 15, 19 unter Verwendung lediglich eines elektronischen Schaltelements zur Spannungsanpassung ohne weitere Komponenten wie beispielsweise eine Schaltbox oder einen DC/DC-Wandler betrieben werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterieanordnung
- 11
- erste Hochvolt-Batterie
- 11m
- erster Minuspol
- 11p
- erster Pluspol
- 12
- erstes mechanisches Schaltelement
- 13
- erstes elektronisches Schaltelement
- 14
- Batteriemanagementsystem
- 15
- zweite Hochvolt-Batterie
- 15m
- zweiter Minuspol
- 15p
- zweiter Pluspol
- 16
- zweites mechanisches Schaltelement
- 17
- zweites elektronisches Schaltelement
- 18
- Batteriemanagementsystem
- 19
- dritte Hochvolt-Batterie
- 19m
- dritter Minuspol
- 19p
- dritter Pluspol
- 20
- drittes mechanisches Schaltelement
- 21
- drittes elektronisches Schaltelement
- 22
- Batteriemanagementsystem
- 23
- übergeordnetes Steuergerät
- 24
- Hochvolt-Zwischenkreis
- 25, 26
- Hochvolt-Komponenten
- 101
- erstes Batterie-Modul
- 102
- zweites Batterie-Modul
- 103
- drittes Batterie-Modul
- U1
- erste Batteriespannung
- U2
- zweite Batteriespannung
- U3
- dritte Batteriespannung
- UZK
- Zwischenkreisspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012017673 A1 [0003]
- DE 102013017091 A1 [0004]
