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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung mit wenigstens einem ersten Energiespeicherelement und wenigstens einem parallel zum ersten Energiespeicherelement geschalteten zweiten Energiespeicherelement in einem Kraftfahrzeug. Sie betrifft überdies ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichereinrichtung zur Energieversorgung wenigstens eines Verbrauchers, wobei die Energiespeichereinrichtung wenigstens ein erstes Energiespeicherelement und wenigstens ein zweites Energiespeicherelement umfasst.
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Aus dem Stand der Technik bekannt sind Fahrzeuge mit elektrischem Antriebssystem und der Möglichkeit, die Batterie der Fahrzeuge über ein Ladesystem zu laden. Dazu zählen BEV (Battery Electric Vehicle), REV (Extended Range Electric Vehicle) und PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), die allgemein als PEV (Plug-in Electric Vehicle) zusammengefasst werden. In diesem Zusammenhang sind Systeme bekannt, um die Batterie von PEV-Fahrzeugen mittels der Übertragung von Gleichstrom zu laden (DC-Laden). Da der Gleichrichter (Ladegerät) dabei nicht im Fahrzeug sitzt, kann mit höherer Leistung geladen werden, da ein größerer Gleichrichter verwendet werden kann.
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Bekannt sind weiterhin das vor allem in Japan verbreitete CHADEMO-System und das in Europa standardisierte CCS (Combined AC/DC-Charging System).
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Um PEVs mit unterschiedlicher Batteriespannung bedienen zu können, kommuniziert das Fahrzeug mit dem Ladesystem, und das Ladesystem passt die Ladespannung an die im Fahrzeug vorhandene Batteriespannung an.
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Weiterhin bekannt sind PEVs, deren Batteriesystem aus einer teilweisen Parallelschaltung von Batteriezellen aufgebaut ist, welche unter der Bezeichnung „mehrsträngige Batteriesysteme“ bekannt sind. So werden beispielsweise bei 200 Batteriezellen jeweils 100 seriell und die beiden dadurch gebildeten Stränge parallel verschaltet. Die Bezeichnung hierfür würde 100s2p lauten. Es sind auch Fahrzeuge bekannt, bei denen beispielsweise aufgrund der Bauraumsituation mehrere mechanisch und/oder elektrisch unabhängige Batteriesysteme verbaut sind.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2014 004 790 ist bekannt, die Batteriezellen während des Ladevorgangs so zu verschalten, dass eine höhere Spannung am Ladeanschluss anliegt und das Laden dadurch schneller durchgeführt werden kann. Durch eine Umschalteinrichtung werden so bei einer eine Energiebereitstellung zum Laden der Energiespeichereinrichtung durch eine fahrzeugexterne Energiequelle anzeigenden Ladebedingung ein erstes und ein zweites Energiespeicherelement, die jeweils eine Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen umfassen, sogenannte Batteriestränge, in Serie geschaltet und mit der fahrzeugexternen Energiequelle verbunden, während das erste und das zweite Energiespeicherelement beim Fahren parallel geschaltet sind. Durch die Serienschaltung können damit höhere Ladespannungen genutzt werden und damit bei gleichem Ladestrom eine höhere Leistung übertragen werden. Umgekehrt könnte der Ladestrom auch reduziert werden, wodurch kleinere Kabeldurchmesser ermöglicht werden.
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Bei Batteriesystemen mit serieller Zellenanordnung besteht das Problem, dass sich innerhalb eines seriellen Strangs aufgrund von Toleranzen unterschiedliche Ladezustände und Zellspannungen einstellen können. Diese werden durch technische Maßnahmen wie beispielsweise das so genannte „Zell-Balancing“ abgebaut, wodurch die Zellspannungen angeglichen werden. Aus der
DE 10 2010 045 515 A1 ist bekannt, dass ein Zell-Balancing auch präventiv erfolgen kann, indem Wissen über die Eigenschaften einzelner Zellen genutzt wird. Dabei werden die Batteriezellen beim erstmaligen Laden mit einem vorgegebenen Ladestrom und einer vorgegebenen Ladezeit geladen. Anschließend wird ein Ladezustand jeder Batteriezelle bestimmt und für jede Zelle eine Abweichung von einem Soll-Ladezustand gespeichert. Aus den gespeicherten Abweichungen wird bei späteren Ladevorgängen eine Anpassung des Ladestroms und/oder der Ladezeit für jede Batteriezelle vorgenommen.
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Wird bei dem in der erwähnten
DE 10 2014 004 790 beschriebenen Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung das Batteriesystem für den Ladevorgang umgeschaltet von einem Spannungslevel 1 (parallele Verschaltung) auf einen höheren Spannungslevel 2 (serielle Verschaltung), werden auch die Nebenverbraucher mit der höheren Spannung beaufschlagt. Diese sind deshalb von der Batterie zu trennen oder unter einem hohen Aufwand für den großen Betriebsbereich Spannungslevel 1 bis Spannungslevel 2 auszulegen. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass bestimmte Nebenverbraucher für den Ladevorgang benötigt werden, beispielsweise ein elektrischer Klimakompressor zum Kühlen der Batterie oder ein DC/DC-Wandler zum Bereitstellen einer 12V-Spannung für bestimmte benötigte Nebenverbraucher, sodass für diese im Stand der Technik nur die Auslegung für den großen Betriebsbereich in Betracht kommen würde, um das Verfahren umzusetzen. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass gegenwärtig Klimakompressoren nur bis zu einer Nennspannung von 400V erhältlich sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug derart weiterzubilden, dass insbesondere der Betrieb von für den Ladevorgang benötigten Nebenverbrauchern bei möglichst geringem Aufwand ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 13.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn durch geeignete Schaltungsmaßnahmen sichergestellt wird, dass die entsprechenden Nebenverbraucher im Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs lediglich dem ersten oder dem zweiten Energiespeicherelement parallel geschaltet werden und nicht, wie im Stand der Technik, der Serienschaltung aus den beiden Energiespeicherelementen. Damit werden die Nebenverbraucher während des Ladens weiterhin mit dem Spannungslevel 1 betrieben und müssen daher nicht unter hohem Aufwand auf den höheren Spannungslevel 2 ausgelegt sein. Selbstverständlich gilt diese Lösung auch für sogenannte HV-Verbraucher (12V-Verbraucher, die über den oben bereits erwähnten DC-DC-Wandler versorgt werden), die nicht unbedingt für den Ladevorgang benötigt werden, deren Betrieb während des Ladens aber erwünscht sein kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schaltet demnach bei Erfüllung einer eine Energiebereitstellung zum Laden der Energiespeichereinrichtung durch eine fahrzeugexterne Energiequelle anzeigenden Ladebedingung eine Umschalteinrichtung zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement in Serie und verbindet diese Serienschaltung mit der fahrzeugexternen Energiequelle, wobei die Umschalteinrichtung zumindest einen ersten Verbraucher, der im Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs durch die Energiespeichereinrichtung versorgt wird, dem ersten oder dem zweiten Energiespeicherelement parallel schaltet.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Umschalteinrichtung ausgelegt, bei Erfüllung einer eine Energiebereitstellung zum Laden der Energiespeichereinrichtung durch eine fahrzeugexterne Energiequelle anzeigenden Ladebedingung zumindest einen zweiten Verbraucher, der im Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs nicht durch die Energiespeichereinrichtung versorgt wird, insbesondere einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, von der Energiespeichereinrichtung zu trennen. Da das Trennen von der Energiespeichereinrichtung mit weniger Schaltungsaufwand verbunden ist als einen Verbraucher einem der beiden Energiespeicherelemente parallel zu schalten, kann hierdurch der Aufwand für die Umschalteinrichtung reduziert werden. Sollte es beim Ladevorgang, aus welchen Gründen auch immer, zu Spannungssprüngen kommen, so ist ebenfalls der zweite Verbraucher davor zuverlässig geschützt.
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Bevorzugt wird zumindest zu Beginn des Ladebetriebs die Ruhespannung zumindest des ersten und des zweiten Energiespeicherelements bestimmt, wobei die Umschalteinrichtung den mindestens einen ersten Verbraucher dem Energiespeicherelement aus der Gruppe umfassend zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement parallel schaltet, das die höhere Ruhespannung aufweist. Diese Vorgehensweise begegnet dem Problem, dass bei einer seriellen Verschaltung von Batteriezellen oder Modulen, die mehrere Batteriezellen umfassen, durch Toleranzen ein unterschiedlicher Ladezustand und damit eine unterschiedliche Spannung in den Zellen bzw. Modulen entstehen kann. Im Falle eines Zurückschaltens von einer Serienverschaltung zu einer parallelen Verschaltung würde dann diese Spannungsdifferenz niederohmig zwischen den Zellen bzw. Modulen anliegen und zu sehr hohen Ausgleichsströmen führen. Durch die vorgeschlagene Vorgehensweise kann gleichzeitig mit dem Laden ein Balancing zwischen den Teilsträngen während des Ladevorgangs durchgeführt werden. Auf diese Weise muss keine eigene Vorrichtung zum Balancing zwischen den Teilsträngen des Batteriesystems vorgesehen werden oder eine vorhandene Vorrichtung zum Balancing kann kleiner dimensioniert werden. Die für das Balancing notwendige Zeit nach Beendigung des Ladevorgangs kann minimiert werden.
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Generell kann die Umschalteinrichtung den mindestens einen ersten Verbraucher abwechselnd unterschiedlichen Energiespeicherelementen aus der Gruppe umfassend zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement parallel schalten in Abhängigkeit von einem Zeitschema, der gemessenen Ruhespannungen der jeweiligen Energiespeicherelemente oder der gemessenen Ladeströme der jeweiligen Energiespeicherelemente.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Ladebetriebs, insbesondere innerhalb des letzten Viertels, bevorzugt innerhalb des letzten Fünftels, des Ladebetriebs, in vorgebbaren zeitlichen Abständen die Momentanspannung zumindest des ersten und des zweiten Energiespeicherelements bestimmt, wobei die Umschalteinrichtung den mindestens einen ersten Verbraucher dem Energiespeicherelement aus der Gruppe umfassend zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement parallel schaltet, das die höhere Momentanspannung aufweist. Durch diese Maßnahme kann der Aufwand für ein Balancing zwischen den Teilsträngen des Batteriesystems bzw. die für die Balancing notwendige Zeit nach Beendigung des Ladevorgangs weiter minimiert werden.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die vorgebbaren zeitlichen Abstände im Verlauf des Ladebetriebs kürzer werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die an den jeweiligen Teilsträngen, d.h. an den jeweiligen Energiespeicherelementen, abfallenden Spannungen gegen Ende des Ladevorgangs im Wesentlichen gleich sind und damit auf ein Balancing im Wesentlichen verzichtet werden kann.
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Das Umschalten kann auch so gestaltet werden, dass ein präventives Balancing stattfindet. So kann beispielsweise der Teilstrang mit der voraussichtlich höheren Spannungslage mit einer größeren Energiemenge belastet werden. Bei einer dies berücksichtigenden Ausführungsform werden beim erstmaligen Laden der Energiespeichereinrichtung zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement mit einem vorgebbaren Ladestrom für eine vorgebbare Ladezeit geladen. Nach dem erstmaligen Laden wird ein Ladezustand zumindest des ersten und des zweiten Energiespeicherelements bestimmt, wobei für jedes Energiespeicherelement aus der Gruppe umfassend zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement der Ladezustand gespeichert wird. Schließlich wird zu Beginn eines Ladevorgangs der mindestens eine erste Verbraucher dem Energiespeicherelement parallel geschaltet, für das der größere Ladezustand gespeichert wurde. Diese Maßnahme verhindert, dass die Spannungslevel zumindest des ersten und des zweiten Energiespeicherelements zu weit auseinandergeraten und reduziert daher weiterhin den Aufwand für ein mögliches Balancing.
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Bevorzugt wird das Erfülltsein der Ladebedingung in Abhängigkeit einer Verbindung einer Ladeverbindungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs mit der fahrzeugexternen Energiequelle ermittelt. Auf diese Weise kann auf eine Benutzereingabe eines Benutzers, beispielsweise durch einen Schalter oder ein menügeführtes Bediensystem, verzichtet werden. Die Verbindung der Ladeverbindungsvorrichtung mit der fahrzeugexternen Energiequelle, also die Energiebereitstellung, kann beispielsweise durch einen mechanischen Schalter an der Ladeverbindungsvorrichtung, der bei einer Verbindung mit der fahrzeugexternen Energiequelle aktiviert wird, oder durch eine Steuereinrichtung, die beispielsweise eine an der Ladungsverbindungsvorrichtung anliegende Spannung erfasst, erkannt werden. Die Ladeverbindungsvorrichtung kann bei nicht erfüllter Ladebedingung vorteilhaft von der Energiespeichereinrichtung getrennt werden. Durch die Trennung der Ladeverbindungsvorrichtung von der Energiespeichereinrichtung und insbesondere vom gesamten Stromnetz des Kraftfahrzeugs wird erreicht, dass die Ladeverbindungseinrichtung außerhalb des Ladebetriebs nicht unter Spannung steht, wodurch insbesondere auf einen aufwändigen Berührschutz verzichtet werden kann.
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Als fahrzeugexterne Energiequelle kann ein Gleichstromladegerät, das Gleichstrom zum Laden des Energiespeichers bereitstellt, genutzt werden. Dabei kann insbesondere vor und/oder während des Ladevorgangs durch das Gleichstromladegerät eine von dem Gleichstromladegerät maximal bereitstellbare Ladespannung an das Kraftfahrzeug kommuniziert werden, wobei das Erfülltsein der Ladebedingung in Abhängigkeit der maximal bereitstellbaren Ladespannung ermittelt wird. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug die Nennspannung oder die momentane Spannung der Energiespeichereinrichtung an das Gleichstromladegerät kommuniziert. Dabei kann insbesondere zunächst die höchste, durch entsprechende Verschaltung der Energiespeicherelemente erreichbare Spannung für das Energiespeicherelement an das Gleichstromladegerät kommuniziert werden. Falls dieses zurückmeldet, dass eine entsprechende Spannung nicht bereitgestellt werden kann, so kann die nächst niedrigere, durch Verschaltung der Energiespeicherelemente erreichbare Spannung der Energiespeichereinrichtung übertragen werden, womit zumindest Teile der Energiespeicherelemente parallel geschaltet sind, usw. Insbesondere können bei Erfassen einer Verbindung einer Ladeverbindungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs mit der fahrzeugexternen Energiequelle, falls die maximal bereitstellbare Ladespannung kleiner ist als ein vorgegebener Spannungsgrenzwert, das erste und das zweite Energiespeicherelement parallel geschaltet werden oder bleiben und ein Aufladevorgang der Energiespeichereinrichtung kann begonnen werden. Die Umschalteinrichtung schaltet in diesem Fall die Verschaltung der Energiespeicherelemente insbesondere nicht um, wodurch die Verschaltung der Energiespeicherelemente der Verschaltung beim Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Gleichstromladegerät genutzt wird, bei dem eine maximal zur Verfügung gestellte Ladespannung des Gleichstromladegeräts wenigstens zweimal so groß ist wie eine Betriebsspannung der Energiespeichereinrichtung bei nicht erfüllter Ladebedingung.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Daneben betrifft die vorliegende Erfindung die Weiterbildung eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs dadurch, dass dieses weiterhin eine Umschalteinrichtung umfasst, die ausgelegt ist, bei Erfüllung einer eine Energiebereitstellung zum Laden der Energiespeichereinrichtung durch eine fahrzeugexterne Energiequelle anzeigenden Ladebedingung zumindest das erste und das zweite Energiespeicherelement in Serie zu schalten und mit der fahrzeugexternen Energiequelle zu verbinden und zumindest einen ersten Verbraucher, der im Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs durch die Energiespeichereinrichtung versorgt wird, dem ersten oder dem zweiten Energiespeicherelement parallel zu schalten.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:
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1 in schematischer Darstellung die Verschaltung einer Energiespeichereinrichtung im Betriebszustand Fahren;
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2 in schematischer Darstellung die Verschaltung der Energiespeichereinrichtung von 1 beim DC-Laden, wobei die Nebenverbraucher dem Strang 1 parallel geschaltet sind; und
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3 in schematischer Darstellung die Verschaltung der Energiespeichereinrichtung von 1 beim DC-Laden, wobei die Nebenverbraucher dem Strang 2 parallel geschaltet sind.
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Für das nachfolgend dargestellte Ausführungsbeispiel wird ein PEV-Fahrzeug mit einem Batteriesystem aus 400 Batteriezellen betrachtet. Eine Zelle habe 3,6V Nennspannung und eine Kapazität von 25Ah. Im Fahrbetrieb ist das Batteriesystem als 100s4p verschaltet und hat somit eine Spannung von 100·3,6V = 360V und eine Kapazität von 4·25Ah = 100Ah. Daraus ergibt sich ein Gesamtenergieinhalt von 36kWh. Bei den oben eingeführten Bezeichnungen handelt es sich demnach um eine Energiespeichereinrichtung mit vier Energiespeicherelementen (Batteriesträngen), wobei jedes Energiespeicherelement die Serienschaltung von 100 Batteriezellen umfasst. Im Fahrbetrieb sind die Nebenverbraucher, beispielsweise der oben bereits erwähnte Klimakompressor oder DC/DC-Wandler, parallel zum Antrieb geschaltet, sodass sie mit 360V betrieben werden.
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Im Ladezustand wird das Batteriesystem in eine Verschaltung 200s2p umgeschaltet und besitzt somit eine Nennspannung von 720V. Das Fahrzeug kann dann an einem CCS-System mit einer Leistung von beispielsweise 720V·120A = 86,4kW geladen werden.
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Wie für den Fachmann offensichtlich, kann die Erfindung selbstverständlich auch mit einer anderen Anzahl von Energiespeicherelementen bzw. einer anderen Anzahl von Batteriezellen innerhalb der Energiespeicherelemente umgesetzt werden.
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1 zeigt in schematischer Darstellung die Verschaltung des Batteriesystems 10 im Betriebszustand Fahren. Das Fahrzeug hat vier, jeweils 100 Batteriezellen umfassende Batteriestränge BS1 bis BS4, die jeweils durch ein Batteriesymbol dargestellt sind. Es ist beispielhaft ein Nebenverbraucher N dargestellt; weitere Nebenverbraucher können diesem Nebenverbraucher N parallel geschaltet sein. Weiterhin ist der Antrieb mit W bezeichnet. Die Stromquelle bzw. Gleichstromladebuchse ist mit Q gekennzeichnet.
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Zwischen einen ersten Anschluss des Nebenverbrauchers N und den Minuspol des Batteriestrangs BS1 ist ein Schalter S10 gekoppelt, zwischen den zweiten Anschluss des Nebenverbrauchers N und den Pluspol des Batteriestrangs BS1 ein Schalter S11. In gleicher Weise ist zwischen den ersten Anschluss des Nebenverbrauchers N und den Minuspol des Batteriestrangs BS3 ein Schalter S12 gekoppelt und zwischen den zweiten Anschluss des Nebenverbrauchers N und den Plusanschluss des Batteriestrangs BS3 ein Schalter S13.
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Einerseits sind die Batteriestränge BS1 und BS2 parallel geschaltet, andererseits die Batteriestränge BS3 und BS4. Zwischen diesen beiden Parallelschaltungen, insbesondere zwischen den Pluspolen der Batteriestränge BS1 und BS2 einerseits und den Minuspolen der Batteriestränge BS3 und BS4 andererseits, ist ein Schalter S5 gekoppelt.
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Zwischen die Minuspole der Batteriestränge BS1 und BS2 einerseits und einen Schalter S9 andererseits ist ein Schalter S1 gekoppelt. Zwischen die Pluspole der Batteriestränge BS1 und BS2 einerseits und einen Schalter S8 andererseits ist ein Schalter S2 gekoppelt. In gleicher Weise ist zwischen die Minuspole der Batteriestränge BS3 und BS4 einerseits und den Schalter S9 andererseits ein Schalter S3 gekoppelt, während zwischen die Pluspole der Batteriestränge BS3 und BS4 einerseits und einen Schalter S8 andererseits ein Schalter S4 gekoppelt ist.
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Der Schalter S8 ist mit einem ersten Anschluss des Antriebs W gekoppelt, während der Schalter S9 mit dem zweiten Anschluss des Antriebs W gekoppelt ist. Ein erster Anschluss der Stromquelle/Gleichstromladebuchse Q ist über einen Schalter S6 mit einem Knoten K1 gekoppelt, der seinerseits mit dem Schalter S1, dem Schalter S3 und dem Schalter S9 gekoppelt ist. In entsprechender Weise ist ein zweiter Anschluss der Stromquelle/Gleichstromladebuchse Q über einen Schalter S7 mit einem Knoten K2 gekoppelt, der seinerseits mit dem Schalter S2, dem Schalter S4 und dem Schalter S8 gekoppelt ist.
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Im Betriebszustand Fahren sind die Schalter S1 bis S4 geschlossen. Der Schalter S5 ist geöffnet. Dadurch ergibt sich eine Parallelschaltung der Batteriestränge BS1, BS2, BS3 und BS4. Die Schalter S8 und S9 sind geschlossen, sodass der Antrieb W des Fahrzeugs versorgt wird. Gleichzeitig sind die Schalter S10 bis S13 geschlossen, sodass der Nebenverbraucher N, insbesondere ein elektrischer Klimakompressor und/oder ein DC/DC-Wandler, ebenfalls aus den parallel geschalteten Batteriesträngen BS1 bis BS4 versorgt werden können. Die Schalter S6 und S7 sind geöffnet, sodass die Gleichstromladebuchse Q des Fahrzeugs nicht unter Spannung steht.
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2 zeigt die Anordnung von 1 im Ladezustand, wobei der mindestens eine Nebenverbraucher N der Parallelschaltung der Batteriestränge BS1, BS2 parallel geschaltet ist. Demgemäß sind beim Laden die Schalter S6 und S7 geschlossen, sodass das Batteriesystem 10 mit der Gleichstromladebuchse Q verbunden ist. Die Schalter S1 und S4 sind geschlossen, während die Schalter S2 und S3 geöffnet sind. Dadurch sind jeweils zwei Stränge BS1, BS2 einerseits und BS3, BS4 andererseits parallel und die beiden jeweils parallel geschalteten Stränge seriell zueinander verschaltet. Im Ladezustand ist somit die an der Gleichstromladebuchse Q anliegende Spannung doppelt so hoch wie die im Fahrzustand an dem mindestens einen Nebenverbraucher N und dem Antrieb W anliegende Spannung. Durch die geöffneten Schalter S8 und S9 ist beim Laden der Antrieb W von der hohen Spannung getrennt.
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Der mindestens eine Nebenverbraucher N ist durch Schließen der Schalter S10 und S11 und Öffnen der Schalter S12 und S13 nur an die Parallelschaltung BS1, BS2 angeschlossen, sodass weiterhin nur die einfache Spannung, im Ausführungsbeispiel 360V, an dem mindestens einen Nebenverbraucher N anliegt. Dadurch, dass während des Ladevorgangs der mindestens eine Nebenverbraucher N betrieben wird, wird die Parallelschaltung der Batteriestränge BS1, BS2 weniger geladen als die Parallelschaltung der Batteriestränge BS3, BS4.
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Zu einem geeigneten Zeitpunkt werden die Schalter S10 und S11 geöffnet und die Schalter S12 und S13 geschlossen, sodass sich die Anordnung gemäß 3 ergibt. Bei dieser ist der mindestens eine Nebenverbraucher N nunmehr der Parallelschaltung der Batteriestränge BS3, BS4 parallel geschaltet. Damit werden die Batteriestränge BS3, BS4 weniger geladen als die Batteriestränge BS1, BS2. Der geeignete Zeitpunkt kann dadurch bestimmt werden, dass während des Ladebetriebs, insbesondere innerhalb des letzten Viertels, bevorzugt innerhalb des letzten Fünftels, des Ladebetriebs, in vorgebbaren zeitlichen Abständen die Momentanspannung der Parallelschaltung der Batteriestränge BS1 und BS2 einerseits sowie der Batteriestränge BS3, BS4 andererseits bestimmt wird, wobei die Schalter derart geschaltet werden, dass der mindestens eine Nebenverbraucher N der Parallelschaltung der beiden Batteriestränge parallel geschaltet wird, die die höhere Momentanspannung aufweist. Die vorgebbaren zeitlichen Abstände können im Verlauf des Ladebetriebs kürzer werden.
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Dadurch, dass der mindestens eine Nebenverbraucher N in geeigneter Weise abwechselnd der Parallelschaltung der Batteriestränge BS1 und BS2 einerseits sowie BS3 und BS4 andererseits parallel geschaltet wird, wird die Spannungsdifferenz zwischen den Batteriesträngen BS1, BS2 einerseits und BS3, BS4 andererseits zum Ende des Ladevorgangs hin ausgeglichen, sodass die Batteriestränge wieder in den Fahrbetrieb, siehe 1, umgeschaltet werden können, ohne dass die Gefahr hoher Ausgleichsströme besteht.
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Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind weitere Verschaltungsvarianten möglich. So kann die Energiespeichereinrichtung wenigstens zwei weitere Energiespeicherelemente umfassen, wobei die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, die weiteren Energiespeicherelemente bei Nichterfüllung der Ladebedingung parallel zur ersten und zweiten Gruppe (Gruppe = Parallelschaltung zweier Energiespeicherelemente) zu schalten und bei Erfüllung der Ladebedingung wenigstens eines davon in Serie zur ersten Gruppe und eines in Serie zur zweiten Gruppe, wobei die erste und die zweite Gruppe parallel geschaltet sind. Werden demnach bei dem Ausführungsbeispiel von 1 zwei weitere Batteriestränge BS5, BS6 hinzugefügt, so können diese entweder als 2s3p betrieben werden oder als 3p2s. Wenn jeder Batteriestrang 100 Batteriezellen umfasst, ergibt sich demnach für das Batteriesystem 200s3p oder 300s2p.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014004790 [0006, 0008]
- DE 102010045515 A1 [0007]
