DE102016002668A1

DE102016002668A1 - Accumulator for the reversible electrochemical storage of electrical charge by means of a plurality of galvanic cells

Info

Publication number: DE102016002668A1
Application number: DE102016002668.5A
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (20, 54) zum reversiblen elektrochemischen Speichern von elektrischer Ladung mittels einer Mehrzahl von galvanischen Zellen (22, 24, 26), mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Akkumulatoranschluss (28, 30, 32) sowie mit einem ersten und einem zweiten Zellenblock (36, 38), wobei die Zellenblöcke (36, 38) jeweils wenigstens eine der galvanischen Zellen (22, 24, 26) aufweisen und in Reihe geschaltet an den ersten und den zweiten Akkumulatoranschluss (28, 32) angeschlossen sind, um zwischen dem ersten und dem zweiten Akkumulatoranschluss (28, 32) eine erste Akkumulatorspannung (40) bereitzustellen, und wobei eine elektrische Verbindung (44) des ersten Zellenblocks (36) mit dem zweiten Zellenblock (38) an den dritten Akkumulatoranschluss (30) angeschlossen ist, um zwischen dem ersten und dem dritten Akkumulatoranschluss (28, 30) eine zweite Akkumulatorspannung (42) bereitzustellen, wobei eine Ladungsspeicherkapazität des ersten Zellenblocks (36) größer als eine Ladungsspeicherkapazität des zweiten Zellenblocks (38) ist.The invention relates to an accumulator (20, 54) for the reversible electrochemical storage of electrical charge by means of a plurality of galvanic cells (22, 24, 26), with a first, a second and a third accumulator connection (28, 30, 32) and with a first and a second cell block (36, 38), the cell blocks (36, 38) each having at least one of the galvanic cells (22, 24, 26) and connected in series to the first and the second accumulator terminals (28, 32) are connected to provide a first accumulator voltage (40) between the first and second accumulator terminals (28, 32), and wherein an electrical connection (44) of the first cell block (36) to the second accumulator terminal (38) is connected to the third accumulator terminal (38). 30) is connected to provide between the first and the third accumulator terminal (28, 30) a second accumulator voltage (42), wherein a charge storage capacity of the first cell bl ocks (36) is greater than a charge storage capacity of the second cell block (38).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator zum reversiblen elektrochemischen Speichern von elektrischer Ladung mittels einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Akkumulatoranschluss sowie mit einem ersten und einem zweiten Zellenblock, wobei die Zellenblöcke jeweils wenigstens eine der galvanischen Zellen aufweisen und in Reihe geschaltet an den ersten und den zweiten Akkumulatoranschluss angeschlossen sind, um zwischen dem ersten und dem zweiten Akkumulatoranschluss eine erste Akkumulatorspannung bereitzustellen, und wobei eine elektrische Verbindung des ersten Zellenblocks mit dem zweiten Zellenblock an den Akkumulatoranschluss angeschlossen ist, um zwischen dem ersten und dem dritten Akkumulatoranschluss eine zweite Akkumulatorspannung bereitzustellen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anlage sowie auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Akkumulator, bei dem eine Mehrzahl von galvanischen Zellen elektrische Ladung reversibel elektrochemisch speichert, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Akkumulatoranschluss mittels einer Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten jeweils wenigstens eine der galvanischen Zellen aufweisenden Zellenblock eine erste Akkumulatorspannung bereitgestellt wird und zwischen dem ersten und einem an einer elektrischen Verbindung des ersten Zellenblocks mit dem zweiten Zellenblock angeschlossenen dritten Akkumulatoranschluss eine zweite Akkumulatorspannung bereitgestellt wird.The present invention relates to an accumulator for the reversible electrochemical storage of electrical charge by means of a plurality of galvanic cells, having a first, a second and a third accumulator terminal and having a first and a second cell block, wherein the cell blocks each have at least one of the galvanic cells and connected in series to the first and second accumulator terminals to provide a first accumulator voltage between the first and second accumulator terminals, and wherein an electrical connection of the first cell block to the second cell block is connected to the accumulator terminal to connect between the first and second accumulator terminals third accumulator terminal to provide a second accumulator voltage. Moreover, the invention relates to a motor vehicle with an electrical system as well as a method for operating an electrical system of a motor vehicle with an accumulator, in which a plurality of galvanic cells reversibly electrochemically stores electrical charge, wherein between a first and a second accumulator terminal by means of a series circuit a first accumulator voltage is provided from a first and a second cell block each having at least one galvanic cell, and a second accumulator voltage is provided between the first and a third accumulator terminal connected to the second cell block at an electrical connection of the first cell block.

Akkumulatoren der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt. Sie dienen dem reversiblen Speichern von elektrischer Energie. Solche Akkumulatoren werden insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuge eingesetzt, um eine elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Darüber hinaus dienen derartige Akkumulatoren auch der Bereitstellung von elektrischer Energie bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen wie Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und/oder dergleichen. Ein Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Kraftwagen, vorzugsweise ein Personenkraftwagen. Darüber hinaus finden derartige Akkumulatoren aber auch Einsatz im Bereich unterbrechungsfreier Energieversorgungen, wie sie beispielsweise im Bereich der Signaltechnik oder bei Sicherheitseinrichtungen oder dergleichen zum Einsatz kommen. Im Kraftfahrzeugbereich werden solche Akkumulatoren häufig in Form von Blei-Säure-Akkumulatoren oder auch Nickel-Kadmium-Akkumulatoren eingesetzt. Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kommen darüber hinaus als Akkumulatoren sogenannte Hochvoltbatterien zum Einsatz, die eine elektrische Gleichspannung bereitstellen, die 60 V überschreitet und bis zu etwa 1.500 V, vorzugsweise 800 V, betragen kann.Accumulators of the generic type are basically known. They serve the reversible storage of electrical energy. Such accumulators are used in particular in the field of motor vehicles to provide an electrical system of the motor vehicle with electrical energy. In addition, such accumulators also serve to provide electrical energy in electrically powered vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles and / or the like. A motor vehicle is in particular a motor vehicle, preferably a passenger car. In addition, however, such accumulators are also used in the field of uninterruptible power supplies, as used for example in the field of signaling technology or safety devices or the like. In the automotive sector, such accumulators are often used in the form of lead-acid batteries or nickel-cadmium storage batteries. In particular, in electrically driven vehicles also come as accumulators so-called high-voltage batteries are used, which provide a DC electrical voltage that exceeds 60 V and can be up to about 1500 V, preferably 800 V.

In der Regel weist der Akkumulator eine Mehrzahl von galvanischen Zellen auf, die elektrisch in Reihenschaltung, in Parallelschaltung, Kombinationen hiervon, insbesondere in einer Matrixschaltung, verschaltet sein können. Häufig werden galvanische Zellen innerhalb eines Akkumulators parallelgeschaltet. Aber auch Reihenschaltungen von galvanischen Zellen sind weit verbreitet, beispielsweise für einen bekannten Typ der Blei-Säure-Akkumulatoren, wie sie im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden. Dort wird mittels des Blei-Säure-Akkumulators in der Regel ein 12 V-Bordnetz bereitgestellt, zu welchem Zweck sechs galvanische Zellen im Akkumulator in Reihe geschaltet sind. Damit eine Reihenschaltung von galvanischen Zellen im Akkumulator realisiert sein kann, sind die galvanischen Zellen elektrochemisch isoliert einander gegenüber angeordnet, das heißt, dass ein Elektrolyt einer galvanischen Zelle nicht mit dem Elektrolyten einer weiteren galvanischen Zelle in Kontakt steht.In general, the accumulator has a plurality of galvanic cells, which can be electrically connected in series, in parallel, combinations thereof, in particular in a matrix circuit. Often, galvanic cells are connected in parallel within a rechargeable battery. But also series circuits of galvanic cells are widely used, for example, for a known type of lead-acid batteries, such as those used in the automotive sector. There, a 12 V electrical system is usually provided by means of the lead-acid battery, for which purpose six galvanic cells are connected in series in the accumulator. So that a series circuit of galvanic cells can be realized in the accumulator, the galvanic cells are arranged electrochemically isolated from each other, that is, that an electrolyte of a galvanic cell is not in contact with the electrolyte of another galvanic cell.

Galvanische Zellen werden in vorgegebener Anzahl zum Akkumulator zusammengestellt und mechanisch miteinander verbunden. Um eine gewünschte Verschaltung zu erreichen, ist darüber hinaus eine elektrische Verbindung der galvanischen Zellen untereinander innerhalb des Akkumulators vorgesehen, welche Verbindung zugleich auch Polanschlüsse des Akkumulators beziehungsweise Akkumulatoranschlüsse bereitstellen kann, an welche beispielsweise die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein kann, um den bestimmungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten.Galvanic cells are assembled in a predetermined number to the accumulator and mechanically interconnected. In order to achieve a desired interconnection, moreover, an electrical connection of the galvanic cells with each other is provided within the accumulator, which connection can also provide Polanschlüsse the accumulator or accumulator connections, to which, for example, the electrical system of the motor vehicle can be connected to the intended operation to ensure.

Eine galvanische Zelle umfasst wenigstens zwei Elektroden, in der Regel aber genau zwei Elektroden, die elektrochemisch miteinander in Kontakt stehen, vorzugsweise über einen Elektrolyten. Aufgrund der elektrochemischen Prozesse bildet sich an den Elektroden eine elektrische Spannung aus, die zum Zwecke der Energieversorgung genutzt werden kann. Die galvanische Zelle ist vorliegend dazu ausgebildet, sowohl elektrische Energie aufnehmen zu können und elektrochemisch zu speichern, als auch elektrische Energie abgeben zu können und dazu einen elektrochemischen Prozess auszuführen.A galvanic cell comprises at least two electrodes, but as a rule exactly two electrodes which are in electrochemical contact with one another, preferably via an electrolyte. Due to the electrochemical processes, an electrical voltage is generated at the electrodes which can be used for the purpose of supplying energy. The galvanic cell is presently designed to be able to absorb both electrical energy and to store it electrochemically, as well as to be able to deliver electrical energy and to perform an electrochemical process for this purpose.

Insbesondere bei Kraftfahrzeugen ist es heutzutage üblich, dass aufgrund der Vielzahl der elektrischen Einrichtungen, die von der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs umfasst sind, zwei Bordnetze mit unterschiedlichen elektrischen Gleichspannungen zur Verfügung gestellt sind, beispielsweise ein erstes Bordnetz mit einer Gleichspannung von etwa 12 V und ein zweites Bordnetz mit einer Gleichspannung von etwa 48 V. Um diese Bordnetze zu realisieren, sind in der Regel zwei separate Akkumulatoren vorgesehen, wobei jeweils einer der beiden Akkumulatoren einem der beiden Bordnetze zugeordnet ist.In particular, in motor vehicles, it is common today that due to the large number of electrical devices that are covered by the electrical system of the motor vehicle, two electrical systems with different electrical DC voltages are provided, for example, a first electrical system with a DC voltage of about 12 V and a second electrical system with a DC voltage of about 48 V. In order to realize these electrical systems are usually two separate Accumulators provided, one of the two accumulators is assigned to one of the two electrical systems.

Die beiden Bordnetze sind über einen getakteten Energiewandler, und zwar einen DC/DC-Wandler, elektrisch miteinander gekoppelt. Der Akkumulator für das 48 V-Bordnetz ist häufig eine Lithium-Batterie, wohingegen der Akkumulator für das 12 V-Bordnetz üblicherweise eine Blei-Säure-Batterie ist. Beide Batterien sind hinsichtlich ihrer Abmessungen sehr groß und haben ein großes Gewicht. So muss der 12 V-Akkumulator einen Ruhestrom des Kraftfahrzeugs bereitstellen und zugleich auch dynamische Lastspitzen abfangen können und zumeist auch den Kaltstart bereitstellen können. Bei der 48 V-Batterie ist üblicherweise vorgesehen, einen Rekuperationsstrom aufzunehmen und gegebenenfalls einen Boost-Strom zu liefern. Beide Batterien zusammen sind deutlich größer und schwerer als eine 12 V-Batterie bei einem Kraftfahrzeug, welches ausschließlich ein 12 V-Bordnetz aufweist. Eine derartige Anordnung der gattungsgemäßen Art offenbart beispielsweise die DE 101 00 888 A1 , die ein Steuergerät für ein Bordnetz offenbart.The two electrical systems are electrically coupled to each other via a clocked energy converter, namely a DC / DC converter. The accumulator for the 48 V electrical system is often a lithium battery, whereas the accumulator for the 12 V electrical system is usually a lead-acid battery. Both batteries are very large in size and have a large weight. Thus, the 12 V accumulator must provide a quiescent current of the motor vehicle and at the same time can intercept dynamic load peaks and can usually provide the cold start. In the 48 V battery is usually provided to receive a Rekuperationsstrom and optionally to provide a boost current. Both batteries together are significantly larger and heavier than a 12 V battery in a motor vehicle, which has only a 12 V electrical system. Such an arrangement of the generic type discloses, for example, the DE 101 00 888 A1 , which discloses a control unit for a vehicle electrical system.

Darüber hinaus offenbart die DE 103 04 764 B3 eine elektrische Anlage mit einem ersten 14 V-Bordnetz und einem zweiten 28 V-Bordnetz. Die Anlage umfasst zwei 14 V-Akkumulatoren, die umschaltbar sind, sodass die Akkumulatoren sowohl parallel als auch seriell betrieben werden können. Ferner offenbart die DE 10 2012 017 674 A1 ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrspannungs-Bordnetz, bei dem eine Mehrzahl von Akkumulatoren vorgesehen ist, um die Bordnetze bereitstellen zu können. Weiterhin offenbart die DE 101 44 017 A1 ein System zum Abgleichen eines Batteriemoduls über einen variablen DC/DC-Wandler bei einem Hybrid-Elektroantriebsstrang. Hier ist eine Reihenschaltung von mehreren Akkumulatoren vorgesehen. Schließlich offenbart die DE 10 2012 206 772 A1 einen Stützspeicher mit Mittenabgriff, der ergänzend zu einem bereits vorhandenen Blei-Säure-Akkumulator vorgesehen ist. Insgesamt erweist es sich jedoch als nachteilig, dass zum Bereitstellen von mehr als einem Bordnetz eine Mehrzahl von unterschiedlichen Akkumulatoren erforderlich ist.In addition, the reveals DE 103 04 764 B3 An electrical system with a first 14 V electrical system and a second 28 V electrical system. The system consists of two 14 V accumulators that can be switched so that the accumulators can be operated both in parallel and in series. Further, the DE 10 2012 017 674 A1 a motor vehicle with a multi-voltage electrical system, in which a plurality of accumulators is provided in order to provide the on-board electrical system. Furthermore, the disclosure DE 101 44 017 A1 a system for balancing a battery module via a variable DC / DC converter in a hybrid electric powertrain. Here, a series connection of several accumulators is provided. Finally, the reveals DE 10 2012 206 772 A1 a support memory with center tap, which is provided in addition to an existing lead-acid battery. Overall, however, it proves disadvantageous that a plurality of different accumulators is required to provide more than one electrical system.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, hier eine Verbesserung zu erreichen und den Aufwand für die Bereitstellung von mehr als einem Bordnetz zu reduzieren.It is therefore an object of the invention to achieve an improvement here and to reduce the cost of providing more than a vehicle electrical system.

Als Lösung schlägt die Erfindung einen Akkumulator, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor.As a solution, the invention proposes an accumulator, a motor vehicle and a method according to the independent claims.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.

Akkumulatorseitig wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass eine Ladungsspeicherkapazität des ersten Zellenblocks größer als eine Ladungsspeicherkapazität des zweiten Zellenblocks ist.On the accumulator side, the invention particularly proposes that a charge storage capacity of the first cell block is greater than a charge storage capacity of the second cell block.

Kraftfahrzeugseitig wird in Bezug auf ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug insbesondere vorgeschlagen, dass bei dem Kraftfahrzeug die elektrische Anlage einen Akkumulator der Erfindung umfasst.Motor vehicle side is proposed in particular with respect to a generic motor vehicle, that in the motor vehicle, the electrical system comprises an accumulator of the invention.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass durch den ersten Zellenblock eine größere Ladungsspeicherkapazität als durch den zweiten Zellenblock bereitgestellt wird.With regard to a generic method, it is proposed, in particular, that a greater charge storage capacity be provided by the first cell block than by the second cell block.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass mittels lediglich eines einzigen Akkumulators zwei Bordnetze unterschiedlicher Gleichspannungen bereitgestellt werden können, und zwar durch die Bildung von Zellenblöcken. Dabei nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass die Schaffung zweier Bordnetze ermöglicht wird, indem einer der Zellenblöcke, vorzugsweise der erste Zellenblock, von beiden Bordnetzen gemeinsam genutzt werden kann. Dadurch kann eine hohe Integration erreicht werden. Zu diesem Zweck ist es aber erforderlich, dass die Ladungsspeicherkapazität der beiden Zellenblöcke entsprechend angepasst gewählt ist. Dadurch, dass der erste Zellenblock von beiden Bordnetzen genutzt werden kann, ist seine Ladungsspeicherkapazität entsprechend hoch gegenüber dem zweiten Zellenblock zu wählen. Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass bei einem Kraftfahrzeug zum Beispiel ein 12 V-Bordnetz bereitgestellt wird, welches eine Funktionsbereitschaft bereitstellt, wie sie durch die Nutzung eines 12 V-Akkumulators erreicht werden kann. Zugleich kann ein 48 V-Bordnetz bereitgestellt werden, welches ebenfalls den gewohnten Leistungsumfang bereitstellt. Entsprechend der erforderlichen Leistungen beziehungsweise Energiemengen kann die Ladungsspeicherkapazität der Zellenblöcke des Akkumulators gewählt werden. Dadurch ist es möglich, dass lediglich nur noch ein einziger Akkumulator benötigt wird, um die gewünschten Bordnetze bereitzustellen. Der Aufwand, insbesondere bezüglich der Montage und der Wartung, kann dadurch erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann durch das Vorsehen lediglich eines einzigen Akkumulators auch ein zusätzlicher kombinatorischer Effekt erreicht werden, und zwar dadurch, dass nämlich der erste Zellenblock für die Bereitstellung beider Bordnetze genutzt werden kann. Zum Beispiel kann die Ladungsspeicherkapazität des ersten Zellenblocks 20 Ah und die des zweiten Zellenblocks 10 Ah betragen.The invention makes use of the knowledge that two electrical systems of different DC voltages can be provided by means of only a single accumulator, namely by the formation of cell blocks. The invention uses the knowledge that the creation of two electrical systems is made possible by one of the cell blocks, preferably the first cell block, can be shared by both on-board networks. As a result, high integration can be achieved. For this purpose, however, it is necessary for the charge storage capacity of the two cell blocks to be selected appropriately. Because the first cell block can be used by both on-board networks, its charge storage capacity has to be selected correspondingly high in relation to the second cell block. By the invention it can be achieved that in a motor vehicle, for example, a 12 V electrical system is provided, which provides a functional readiness, as can be achieved by the use of a 12 V battery. At the same time a 48 V electrical system can be provided, which also provides the usual scope of services. According to the required power or energy quantities, the charge storage capacity of the cell blocks of the accumulator can be selected. This makes it possible that only a single accumulator is needed to provide the desired Bordnetze. The effort, in particular with regard to assembly and maintenance, can be significantly reduced. In addition, by providing only a single accumulator, an additional combinatorial effect can be achieved, namely, that the first cell block can be used for the provision of both vehicle electrical systems. For example, the charge storage capacity of the first cell block may be 20 Ah and that of the second cell block may be 10 Ah.

Durch die Erfindung ergibt sich ein weiterer Funktionsvorteil dahingehend, dass ein Innenwiderstand in Bezug auf die Bordnetze, insbesondere das zweite Bordnetz, niedriger ist als wenn eine separate Batterie für jedes der Bordnetze genutzt werden würde. Dies ergibt sich dadurch, dass der erste Zellenblock insgesamt aufgrund der deutlich höheren Kapazität einen deutlich niedrigeren Innenwiderstand aufweist. Durch die Reihenschaltung ergibt sich hierdurch insbesondere eine Reduktion des Innenwiderstands in Bezug auf das zweite Bordnetz. Ebenso ergibt sich dadurch, dass die Ladungsspeicherkapazität des ersten Zellenblocks erhöht ist, gegenüber einem separaten Akkumulator für das erste Bordnetz ebenfalls ein niedrigerer Innenwiderstand. Insofern kann ein deutlicher Funktionsgewinn gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden. The invention results in a further functional advantage in that an internal resistance with respect to the vehicle electrical system, in particular the second vehicle electrical system, is lower than if a separate battery were used for each of the vehicle electrical systems. This results from the fact that the first cell block has a significantly lower internal resistance due to the significantly higher capacity. Due to the series connection, this results in particular in a reduction of the internal resistance with respect to the second electrical system. Likewise, the fact that the charge storage capacity of the first cell block is increased, as compared to a separate accumulator for the first electrical system also results in a lower internal resistance. In this respect, a significant gain in function over the prior art can be achieved.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Akkumulator ein Gehäuse aufweist, an dem die Akkumulatoranschlüsse angeordnet sind und in dem alle galvanischen Zellen des ersten und des zweiten Zellenblocks angeordnet sind. Dadurch kann eine einfach handhabbare Baueinheit bereitgestellt werden, die es erlaubt, den Akkumulator auf einfache Weise im Kraftfahrzeug vorzusehen. Darüber hinaus kann auch Anschlussaufwand reduziert werden, weil nämlich bei dem Akkumulator der Erfindung lediglich drei Anschlüsse anzuschließen sind. Im Stand der Technik sind dagegen jeweils für jeden der Akkumulatoren wenigstens zwei Anschlüsse anzuschließen. Dadurch ergeben sich nicht nur Montagevorteile, sondern es kann auch Material eingespart werden.Preferably, it is proposed that the accumulator has a housing on which the accumulator terminals are arranged and in which all galvanic cells of the first and the second cell block are arranged. As a result, an easily manageable unit can be provided, which makes it possible to easily provide the accumulator in the motor vehicle. In addition, connection costs can also be reduced because, in the case of the accumulator of the invention, only three connections have to be connected. In the prior art, on the other hand, at least two connections have to be connected for each of the accumulators. This not only assembly advantages, but it can also be saved material.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn wenigstens eine der galvanischen Zellen eine Lithium-Ionen-basierte galvanische Zelle ist, insbesondere eine Lithium-Titanat-basierte galvanische Zelle. Durch die Verwendung derartiger galvanischer Zellen kann die Leistungsfähigkeit des Akkumulators insgesamt erhöht beziehungsweise seine Baugröße weiter reduziert werden. Besonders die Nutzung von Lithium-Titanat-basierten galvanischen Zellen eignet sich für den Einsatz insbesondere bei Kraftfahrzeugen, weil aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften bei einer Beschädigung der galvanischen Zelle ein unkontrolliertes Freisetzen von Energie reduziert ist. Dadurch bieten solche galvanischen Zellen insbesondere beim Betrieb von Kraftfahrzeugen ein zusätzliches Maß an Sicherheit. Weitere Vorteile ergeben sich aufgrund einer geringeren Alterung solcher galvanischen Zellen. Insgesamt führt die Nutzung derartiger galvanischer Zellen gerade bei Kraftfahrzeugen zu einer erhöhten Sicherheit, insbesondere auch bei einem Unfall oder dergleichen.It proves to be particularly advantageous if at least one of the galvanic cells is a lithium-ion-based galvanic cell, in particular a lithium titanate-based galvanic cell. By using such galvanic cells, the performance of the accumulator can be increased overall or its size can be further reduced. In particular, the use of lithium titanate-based galvanic cells is suitable for use in particular in motor vehicles, because due to the physical and chemical properties in case of damage to the galvanic cell uncontrolled release of energy is reduced. As a result, such galvanic cells offer an additional degree of safety, in particular in the operation of motor vehicles. Further advantages result from a lower aging of such galvanic cells. Overall, the use of such galvanic cells, especially in motor vehicles to increased safety, especially in an accident or the like.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest der erste Zellenblock mehrere in Reihe geschaltete galvanische Zellen aufweist. Vorzugsweise weist auch der zweite Zellenblock mehrere in Reihe geschaltete galvanische Zellen auf. Die Anzahl der in Reihe zu schaltenden galvanischen Zellen wird vorzugsweise entsprechend der gewünschten elektrischen ersten und zweiten Akkumulatorspannung gewählt.A further embodiment of the invention provides that at least the first cell block has a plurality of galvanic cells connected in series. Preferably, the second cell block also has a plurality of galvanic cells connected in series. The number of galvanic cells to be connected in series is preferably selected according to the desired electrical first and second battery voltage.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn zumindest im ersten Zellenblock galvanische Zellen auch parallelgeschaltet sind. Dies erlaubt es auf einfache Weise, eine entsprechend hohe Ladungsspeicherkapazität bereitzustellen. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung dadurch, dass galvanische Zellen standardisiert werden können und als Bauelement in nahezu beliebiger Weise modulartig zum Akkumulator zusammengestellt werden können. Dies erlaubt es, die Herstellung des Akkumulators weiter zu vereinfachen und zu flexibilisieren. So können nämlich Akkumulatoren nahezu individuell und bedarfsgerecht kurzfristig aus bereits vorgefertigten galvanischen Zellen, die insbesondere standardisiert sind, hergestellt werden.Furthermore, it proves to be advantageous if at least in the first cell block galvanic cells are also connected in parallel. This allows a simple way to provide a correspondingly high charge storage capacity. This embodiment proves to be particularly advantageous in that galvanic cells can be standardized and assembled in a modular manner as a component into the accumulator in almost any desired manner. This makes it possible to further simplify the manufacture of the battery and to flexibilize. This means that accumulators can be manufactured almost individually and as needed at short notice from already prefabricated galvanic cells, which are in particular standardized.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, dass der erste Akkumulatoranschluss am ersten Zellenblock und der zweite und/oder der dritte Akkumulatoranschluss über ein jeweiliges elektrisches Schaltelement an dem jeweiligen Zellenblock angeschlossen sind. Dadurch ist es möglich, den Akkumulator, insbesondere seine galvanischen Zellen, bedarfsgerecht vor einer Überlastung zu schützen. Das elektrische Schaltelement kann beispielsweise ein elektromechanisches Schaltelement in Form eines Schützes oder dergleichen sein. Darüber hinaus kann das elektrische Schaltelement jedoch auch durch einen Halbleiterschalter, beispielsweise einen MOSFET (Metaloxyd Semiconductor Field Effect Transistor), einen IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor), einen GTO (Gate Turn Off Thyristor) oder dergleichen gebildet sein. Diese Anordnung erlaubt es ferner, je nach Bedarf den ersten und/oder den zweiten Zellenblock zu deaktivieren. Dabei berücksichtigt diese Ausgestaltung, dass der erste Zellenblock von beiden Bordnetzen genutzt werden kann. Ist deshalb zum Beispiel ein Schutz des ersten Zellenblocks erforderlich, werden vorzugsweise beide Schaltelemente betätigt. Ist hingegen lediglich der zweite Zellenblock betroffen, kann der erste Zellenblock unabhängig davon durch entsprechende Einstellung der elektrischen Schaltelemente weiterbetrieben werden. Die elektrischen Schaltelemente sind vorzugsweise im Gehäuse des Akkumulators integriert angeordnet. Sie können an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung angeschlossen sein.Another embodiment of the invention proposes that the first accumulator connection to the first cell block and the second and / or the third accumulator connection via a respective electrical switching element to the respective cell block are connected. This makes it possible to protect the accumulator, in particular its galvanic cells, as needed from overloading. The electrical switching element may be, for example, an electromechanical switching element in the form of a contactor or the like. In addition, however, the electrical switching element can also be formed by a semiconductor switch, for example a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), an IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor), a GTO (Gate Turn-Off Thyristor) or the like. This arrangement also makes it possible to deactivate the first and / or the second cell block as needed. In this case, this embodiment takes into account that the first cell block can be used by both on-board networks. Therefore, if, for example, protection of the first cell block is required, both switching elements are preferably actuated. If, however, only the second cell block is affected, the first cell block can be operated independently by appropriate adjustment of the electrical switching elements. The electrical switching elements are preferably arranged integrated in the housing of the accumulator. They can be connected to a higher-level vehicle control.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn jeder der beiden Zellenblöcke eine eigene Zellenblock-Managementeinheit zum Kontrollieren und/oder Steuern eines jeweiligen Ladungszustands aufweist. Vorzugsweise sind die Zellenblock-Managementeinheiten in dem Gehäuse des Akkumulators integriert angeordnet. Mittels der Zellenblock-Managementeinheiten kann ein Ladungszustand des jeweiligen Zellenblocks eingestellt beziehungsweise geregelt werden. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die jeweilige Zellenblock-Managementeinheit auch weitere Zustandsgrößen des jeweiligen zugeordneten Zellenblocks überwacht, beispielsweise Zellenblockspannung, Spannung der jeweiligen galvanischen Zellen des Zellenblocks, eine Temperatur des Zellenblocks und/oder der jeweiligen galvanischen Zellen des Zellenblocks, eine Elektrolytzusammensetzung der dem Zellenblock angehörenden galvanischen Zellen und/oder dergleichen. Darüber hinaus kann mittels der Zellenblock-Managementeinheit auch ein entsprechendes Steuern des elektrischen Schaltelements vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Zellenblock-Managementeinheiten miteinander kommunizieren, um auf diese Weise ein gemeinsames Ansteuern der elektrischen Schaltelemente zu ermöglichen. Auf diese Weise kann das Schalten der elektrischen Schaltelemente in Abhängigkeit von Zustandsgrößen beider Zellenblöcke realisiert sein. Die Zellenblock-Managementeinheiten können alternativ oder ergänzend auch an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung angeschlossen sein.Furthermore, it proves to be advantageous if each of the two cell blocks has its own cell block management unit for controlling and / or controlling a respective state of charge. Preferably, the cell block management units are in the housing of the accumulator integrated arranged. By means of the cell block management units, a charge state of the respective cell block can be set or regulated. In addition, it can of course be provided that the respective cell block management unit also monitors other state variables of the respective associated cell block, for example cell block voltage, voltage of the respective galvanic cells of the cell block, a temperature of the cell block and / or the respective galvanic cells of the cell block, an electrolyte composition of cell cells belonging galvanic cells and / or the like. In addition, by means of the cell block management unit, a corresponding control of the electrical switching element can also be provided. For this purpose, moreover, it can be provided that the cell block management units communicate with one another, in order to enable in this way a common activation of the electrical switching elements. In this way, the switching of the electrical switching elements in dependence on state variables of both cell blocks can be realized. The cell block management units may alternatively or additionally also be connected to a higher-level vehicle control.

Verfahrensseitig wird insbesondere ferner vorgeschlagen, dass außerhalb eines bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs ein Ladungszustand des ersten Zellenblocks höher als ein Ladungszustand des zweiten Zellenblocks eingestellt wird. Dadurch kann auch ein Innenwiderstand des ersten Zellenblocks weiter reduziert werden, weil der Innenwiderstand unter anderem auch abhängig vom Ladungszustand des jeweiligen Zellenblocks sein kann. Dadurch kann der Betrieb des jeweiligen Bordnetzes, insbesondere das Bordnetz, das durch den ersten Zellenblock allein bereitgestellt wird, bei tiefen Temperaturen verbessert werden.In terms of the method, it is also proposed, in particular, that a charge state of the first cell block be set higher than a charge state of the second cell block outside of an intended driving operation of the motor vehicle. As a result, an internal resistance of the first cell block can be further reduced because, among other things, the internal resistance can also be dependent on the state of charge of the respective cell block. Thereby, the operation of the respective electrical system, in particular the electrical system, which is provided by the first cell block alone, be improved at low temperatures.

Die zuvor beschriebenen Vorteile und Merkmale ergeben sich gleichermaßen für das Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages and features described above arise equally for the motor vehicle according to the invention and for the method according to the invention.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments. In the figures, like reference numerals designate like features and functions.

Es zeigen:Show it:

1 in schematischer Schaltbilddarstellung eine elektrische Anlage eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs mit zwei Bordnetzen und jeweils einem Akkumulator für jedes der beiden Bordnetze, 1 in schematic diagram representation of an electrical system of a motor vehicle not shown with two electrical systems and in each case an accumulator for each of the two electrical systems,

2 eine schematische Schaltbilddarstellung einer elektrischen Anlage eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs mit zwei Bordnetzen und mit einem Akkumulator gemäß der Erfindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 1 is a schematic diagram of an electrical system of a motor vehicle, not shown further, with two on-board networks and with an accumulator according to the invention, according to a first exemplary embodiment,

3 eine schematische Schnittdarstellung durch den Akkumulator basierend auf 2, 3 a schematic sectional view through the accumulator based on 2 .

4 eine perspektivische Darstellung für ein in einem Gehäuse angeordneten Akkumulator gemäß 3, 4 a perspective view of a arranged in a housing accumulator according to 3 .

5 eine Tabelle mit Betriebswerten des Akkumulators nach 4, und 5 a table with operating values of the accumulator after 4 , and

6 eine schematische Schaltbilddarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer elektrischen Anlage eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs, die eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Akkumulators aufweist. 6 a schematic diagram of a further embodiment with an electrical system of a motor vehicle not shown, which has a further embodiment of an accumulator according to the invention.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung einen Ausschnitt einer elektrischen Anlage eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Die elektrische Anlage umfasst ein erstes Bordnetz 70, welches für eine Betriebsgleichspannung von 12 V ausgelegt ist. Darüber hinaus umfasst die elektrische Anlage ein zweites Bordnetz 72, welches für eine Betriebsgleichspannung von 48 V ausgelegt ist. Das erste Bordnetz 70 weist einen Akkumulator 62 auf, der vorliegend als Blei-Säure-Akkumulator ausgebildet ist. Am ersten Bordnetz 70 ist ferner ein schaltbarer Verbraucher 64 sowie ein Starter 66 für eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Am zweiten Bordnetz 72 ist ein zweiter Akkumulator 60 angeschlossen, der vorliegend als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist. Darüber hinaus sind am zweiten Bordnetz 72 ein schaltbarer Verbraucher 58 sowie eine elektrische Maschine 68 angeschlossen. Die elektrische Maschine 68 ist Teil einer nicht weiter dargestellten Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs. Dadurch ist das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar. Mit der elektrischen Maschine kann während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs elektrische Energie erzeugt und dem Akkumulator 60 zugeführt werden. Darüber hinaus kann umgekehrt auch elektrische Energie aus dem Akkumulator 60 zur Unterstützung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine 68 bereitgestellt werden. Die Verbraucher 58, 64 stehen stellvertretend für elektrische Einrichtungen, die aus den jeweiligen Bordnetzen 70, 72 mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus ist das erste Bordnetz 70 über einen DC/DC-Wandler 56 mit dem zweiten Bordnetz 72 elektrisch gekoppelt. Dadurch ist es möglich, zwischen den Bordnetzen 70, 72 elektrische Energie auszutauschen. Die elektrische Kopplung ist somit bidirektional. Auch wenn sich dieser Aufbau der elektrischen Anlage bewährt hat, so erweist es sich dennoch als nachteilig, dass zwei separate Akkumulatoren 60, 62 vorzusehen sind. 1 shows in a schematic diagram representation of a section of an electrical system of a motor vehicle not shown in accordance with the prior art. The electrical system includes a first electrical system 70 , which is designed for a DC operating voltage of 12 V. In addition, the electrical system includes a second electrical system 72 , which is designed for a DC operating voltage of 48 V. The first electrical system 70 has an accumulator 62 on, which in the present case is designed as a lead-acid accumulator. On the first electrical system 70 is also a switchable consumer 64 as well as a starter 66 connected for an internal combustion engine of the motor vehicle. On the second electrical system 72 is a second accumulator 60 connected, which in the present case is designed as a lithium-ion battery. In addition, on the second electrical system 72 a switchable consumer 58 as well as an electric machine 68 connected. The electric machine 68 is part of a not shown drive unit of the motor vehicle. As a result, the motor vehicle is electrically driven. With the electric machine, electrical energy can be generated during the intended driving operation and the accumulator 60 be supplied. In addition, conversely, electrical energy from the accumulator 60 for supporting the driving operation of the motor vehicle by means of the electric machine 68 to be provided. The consumers 58 . 64 are representative of electrical equipment that comes from the respective on-board networks 70 . 72 be supplied with electrical energy. In addition, the first wiring system 70 via a DC / DC converter 56 with the second electrical system 72 electrically coupled. This makes it possible between the on-board networks 70 . 72 to exchange electrical energy. The electrical coupling is thus bidirectional. Even if this structure of the has proved successful electrical system, it proves to be disadvantageous that two separate batteries 60 . 62 to be provided.

2 zeigt nun eine Ausgestaltung gemäß der Erfindung, basierend auf der elektrischen Anlage gemäß 1, wobei nunmehr die beiden Akkumulatoren 60, 62 der Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik, wie er in 1 dargestellt ist, durch einen einzigen Akkumulator 54 gemäß der Erfindung ersetzt ist. Die elektrische Anlage weist neben dem Akkumulator 54 die Einheiten auf, die bereits zuvor zur 1 erläutert worden sind, weshalb diesbezüglich auf diese Beschreibung zur 1 verwiesen wird. 2 now shows an embodiment according to the invention, based on the electrical system according to 1 , where now the two accumulators 60 . 62 the embodiment according to the prior art, as in 1 is represented by a single accumulator 54 is replaced according to the invention. The electrical system points next to the accumulator 54 the units that were previously used to 1 why, in this regard, this description of 1 is referenced.

Im Unterschied zur 1 ist bei der elektrischen Anlage gemäß 2 nunmehr lediglich noch ein einziger Akkumulator, nämlich der Akkumulator 54, vorgesehen. Dieser weist vorliegend zwei Zellenblöcke 36, 38 auf, die jeweils galvanische Zellen 22 umfassen. Die galvanischen Zellen 22 sind vorliegend als Lithium-Titanat-basierte galvanische Zellen ausgebildet und sind als standardisierte Bauteile bereitgestellt. Im Zellenblock 38 sind dreizehn galvanische Zellen in Reihe geschaltet. Im Zellenblock 36 sind zwölf galvanische Zellen 22 vorgesehen, von denen jeweils sechs in Reihe geschaltet sind. Die beiden hierdurch gebildeten Reihenschaltungen sind innerhalb des Zellenblocks 36 noch einmal parallelgeschaltet. Beide Zellenblöcke 34, 36 nutzen also den gleichen Typ von galvanischen Zellen 22. Die beiden Zellenblöcke 36, 38 sind an einem elektrischen Verbindungspunkt 44 miteinander elektrisch gekoppelt. Dadurch sind die beiden Zellenblöcke 38, 36 in Reihe geschaltet.In contrast to 1 is in the electrical system according to 2 now only a single accumulator, namely the accumulator 54 , intended. This has in the present case two cell blocks 36 . 38 on, each galvanic cells 22 include. The galvanic cells 22 are presently designed as lithium titanate-based galvanic cells and are provided as standardized components. In the cell block 38 Thirteen galvanic cells are connected in series. In the cell block 36 are twelve galvanic cells 22 six of which are connected in series. The two series circuits formed thereby are within the cell block 36 once again in parallel. Both cell blocks 34 . 36 So use the same type of galvanic cells 22 , The two cell blocks 36 . 38 are at an electrical connection point 44 electrically coupled together. This causes the two cell blocks 38 . 36 connected in series.

Die in Reihe geschalteten Zellenblöcke 36, 38 sind an den Akkumulatoranschlüssen 28, 32 angeschlossen. Hierdurch wird eine erste Akkumulatorspannung 40 in Höhe von etwa 48 V bereitgestellt. Die elektrische Verbindung 44 ist dagegen an den dritten Akkumulatoranschluss 30 angeschlossen. Dadurch wird zwischen dem ersten Akkumulatoranschluss 28 und dem dritten Akkumulatoranschluss 30 eine zweite Akkumulatorspannung 42 bereitgestellt, die vorliegend etwa 12 V beträgt. Dadurch stellt der Akkumulator 54 die Akkumulatorspannungen 12 V und 48 V mit einer einzigen Baueinheit gegenüber dem Stand der Technik, wie er in 1 dargestellt ist, bereit.The series cell blocks 36 . 38 are at the accumulator connections 28 . 32 connected. This will cause a first battery voltage 40 provided at the rate of about 48V. The electrical connection 44 is on the other hand to the third accumulator port 30 connected. This is between the first accumulator port 28 and the third accumulator port 30 a second accumulator voltage 42 provided, which in the present case is about 12 V. This puts the accumulator 54 the accumulator voltages 12 V and 48 V with a single unit compared to the prior art, as in 1 is shown, ready.

Vorliegend ist vorgesehen, dass jede der galvanischen Zellen 22 eine Ladungsspeicherkapazität von etwa 10 Ah aufweist. Dadurch ergibt sich, dass auch der zweite Zellenblock 38 eine Ladungsspeicherkapazität von 10 Ah aufweist. Da beim ersten Zellenblock 36 eine Parallelschaltung vorliegt, hat dieser vorliegend eine Ladungsspeicherkapazität von etwa 20 Ah. Dadurch ist die Ladungsspeicherkapazität des ersten Zellenblocks 36 größer als die Ladungsspeicherkapazität des zweiten Zellenblocks 38.In the present case it is provided that each of the galvanic cells 22 has a charge storage capacity of about 10 Ah. This results in that also the second cell block 38 has a charge storage capacity of 10 Ah. Because at the first cell block 36 a parallel circuit is present, this has a charge storage capacity of about 20 Ah. This is the charge storage capacity of the first cell block 36 greater than the charge storage capacity of the second cell block 38 ,

Der Akkumulator 54 weist ferner ein Gehäuse 34 (3, 4) auf, an dem drei Akkumulatoranschlüsse 28, 30, 32 angeordnet sind, um den Akkumulator 54 elektrisch an die elektrische Anlage anschließen zu können.The accumulator 54 also has a housing 34 ( 3 . 4 ) on which three accumulator connections 28 . 30 . 32 are arranged to the accumulator 54 to connect electrically to the electrical system.

In dem Gehäuse 34 sind alle galvanischen Zellen 22 der beiden Zellenblöcke 36, 38 angeordnet. 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch einen Akkumulator 54, wie er bei der Ausgestaltung gemäß 2 zum Einsatz kommt. Aus 2 ist ferner ersichtlich, dass der zweite Akkumulatoranschluss 32 über ein elektromechanisches Schaltelement 48, vorliegend ein Relais, an den zweiten Zellenblock 38 angeschlossen ist. Ebenso ist der dritte Akkumulatoranschluss 30 über ein weiteres elektrisches Schaltelement 46, vorliegend ein monostabiles Relais, an die elektrische Verbindung 44 angeschlossen.In the case 34 are all galvanic cells 22 the two cell blocks 36 . 38 arranged. 3 shows a corresponding section through an accumulator 54 as he according to the embodiment 2 is used. Out 2 It can also be seen that the second accumulator port 32 via an electromechanical switching element 48 , in this case a relay, to the second cell block 38 connected. Likewise, the third accumulator port 30 via another electrical switching element 46 , in this case a monostable relay, to the electrical connection 44 connected.

Aus 3 ist ersichtlich, dass die galvanischen Zellen 22 im ersten Zellenblock paarweise parallelgeschaltet und dann in Reihe geschaltet sind, und zwar unter Verbindung durch elektrische Verbindungselemente 76. Im zweiten Zellenblock 38 sind die galvanischen Zellen 22 hingegen mittels elektrischer Verbindungselemente 74 lediglich in Reihe geschaltet. Dadurch kann im ersten Zellenblock 36 eine erhöhte Ladungsspeicherkapazität als im zweiten Zellenblock 38 bereitgestellt werden. Dies erlaubt es, die galvanischen Zellen 22 zu standardisieren und den Akkumulator 54 nahezu individuell durch Zusammenstellung einer entsprechenden Anzahl und entsprechender Verschaltung der galvanischen Zellen 22 im Gehäuse 34 herzustellen. 4 zeigt eine Ausgestaltung des Gehäuses 34 für den Akkumulator gemäß 3. Zu erkennen ist, dass neben den Akkumulatoranschlüssen 28, 30, 32 ergänzend ein Fahrzeugverbindungsstecker 78 vorgesehen ist, mittels dem der Akkumulator an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann.Out 3 it can be seen that the galvanic cells 22 paired in parallel in the first cell block and then connected in series, with connection by electrical connection elements 76 , In the second cell block 38 are the galvanic cells 22 however, by means of electrical connection elements 74 just connected in series. This can be done in the first cell block 36 an increased charge storage capacity than in the second cell block 38 to be provided. This allows the galvanic cells 22 to standardize and the accumulator 54 almost individually by compilation of a corresponding number and appropriate interconnection of the galvanic cells 22 in the case 34 manufacture. 4 shows an embodiment of the housing 34 for the accumulator according to 3 , It can be seen that in addition to the accumulator connections 28 . 30 . 32 in addition a vehicle connector 78 is provided, by means of which the accumulator can be connected to a higher-level vehicle control of the motor vehicle.

5 zeigt nun in einer tabellarischen Darstellung einige Betriebswerte des Akkumulators gemäß 4. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass durch die Erfindung der Innenwiderstand reduziert ist, wodurch eine sehr hohe Belastbarkeit auch bei tiefen Temperaturen erreicht werden kann. 5 shows now in a tabular representation of some operating values of the accumulator according to 4 , From the table it can be seen that the internal resistance is reduced by the invention, whereby a very high load capacity can be achieved even at low temperatures.

6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Akkumulators 20 der Erfindung, angeordnet in einer elektrischen Anlage, wie sie bereits zu den 1 und 2 erläutert worden ist, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Die elektrische Anlage gemäß 6 umfasst anstelle des Akkumulators 54 der 2 nunmehr den Akkumulator 20. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung der elektrischen Anlage dem, was bereits zuvor erläutert wurde. 6 shows a further embodiment of a rechargeable battery 20 of the invention, arranged in an electrical system, as already mentioned in the 1 and 2 has been explained, which is why reference is additionally made to the relevant remarks. The electrical system according to 6 includes in place of the accumulator 54 of the 2 now the accumulator 20 , Otherwise corresponds to the embodiment of electrical system to what has already been explained before.

Der Akkumulator 20 weist ebenfalls ein Gehäuse 34 auf, in dem ein erster und ein zweiter Zellenblock 36, 38 an einer elektrischen Verbindung 44 miteinander elektrisch verbunden sind. Die hierdurch gebildete Reihenschaltung ist wiederum an die ersten und zweiten Akkumulatoranschlüsse 28, 32 angeschlossen, wobei die elektrische Verbindung 44 an dem dritten Akkumulatoranschluss 30 angeschlossen ist. Auch hier sind wiederum elektrische Schaltelemente 46, 48 vorgesehen, wie sie bereits zu 2 erläutert wurden.The accumulator 20 also has a housing 34 in which a first and a second cell block 36 . 38 on an electrical connection 44 are electrically connected to each other. The series circuit formed thereby is in turn connected to the first and second accumulator terminals 28 . 32 connected, the electrical connection 44 at the third accumulator port 30 connected. Again, in turn, electrical switching elements 46 . 48 provided as they already did 2 were explained.

Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 umfasst dieser Akkumulator für jeden der Zellenblöcke 36, 38 ein jeweils zugeordnetes Batteriemanagementsystem 50, 52. Die Batteriemanagementsysteme 50, 52 erfassen Ladungszustände der jeweiligen galvanischen Zellen 24, 26 der Zellenblöcke 36, 38 und steuern diese. Darüber hinaus sind die Batteriemanagementsysteme 50, 52 vorliegend über den Fahrzeugverbindungsstecker 78 an die übergeordnete Fahrzeugssteuerung angeschlossen. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 ist vorliegend vorgesehen, dass sowohl der erste Zellenblock 36 als auch der zweite Zellenblock 38 jeweils ausschließlich galvanische Zellen in Reihe geschaltet umfasst. Zu diesem Zweck umfasst der erste Zellenblock 36 galvanische Zellen 24, vorliegend Lithium-Titanat-basierte galvanische Zellen, wobei jede der galvanischen Zellen 24 eine Kapazität von etwa 20 Ah aufweist. Darüber hinaus umfasst der zweite Zellenblock 38 galvanische Zellen 26, die ebenfalls vorliegend als Lithium-Titanat-basierte galvanische Zellen ausgebildet sind und die eine Ladungsspeicherkapazität von etwa 10 Ah aufweisen. Dadurch entfällt gegenüber der Ausgestaltung gemäß 2 die interne Parallelschaltung von galvanischen Zellen innerhalb des ersten Zellenblocks 36. Dem Grunde nach können mit dem Akkumulator 20 jedoch in etwa die gleichen Eigenschaften wie mit dem Akkumulator 54 erreicht werden.In contrast to the embodiment according to 2 includes this accumulator for each of the cell blocks 36 . 38 a respective associated battery management system 50 . 52 , The battery management systems 50 . 52 detect charge states of the respective galvanic cells 24 . 26 the cell blocks 36 . 38 and control these. In addition, the battery management systems 50 . 52 in this case via the vehicle connector 78 connected to the parent vehicle control. In contrast to the embodiment according to 2 is presently provided that both the first cell block 36 as well as the second cell block 38 in each case exclusively galvanic cells connected in series. For this purpose, the first cell block comprises 36 galvanic cells 24 , in this case lithium titanate-based galvanic cells, wherein each of the galvanic cells 24 has a capacity of about 20 Ah. In addition, the second cell block includes 38 galvanic cells 26 , which are also present in the form of lithium titanate-based galvanic cells and have a charge storage capacity of about 10 Ah. This eliminates the configuration according to 2 the internal parallel connection of galvanic cells within the first cell block 36 , Basically, with the accumulator 20 but in about the same characteristics as with the accumulator 54 be achieved.

Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass mit den Batteriemanagementsystemen 50, 52 der Ladungszustand des ersten Zellenblocks 36 außerhalb eines bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs höher als der Ladungszustand des zweiten Zellenblocks 38 eingestellt wird. Vorliegend ist vorgesehen, dass der Ladungszustand (SOC, State of Charge) des ersten Zellenblocks auf etwa 70 Prozent eingestellt wird. Der Ladungszustand des zweiten Zellenblocks 38 ist geringer eingestellt, je nach verfügbarer Gesamtladung auf etwa 50 Prozent oder weniger.In the present case, it is further provided that with the battery management systems 50 . 52 the state of charge of the first cell block 36 outside a normal driving operation of the motor vehicle higher than the state of charge of the second cell block 38 is set. In the present case, it is provided that the state of charge (SOC) of the first cell block is set to approximately 70 percent. The charge state of the second cell block 38 is set lower, depending on the total available charge, to about 50 percent or less.

Die für die Erfindung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten sowohl für den erfindungsgemäßen Akkumulator als auch für das mit dem erfindungsgemäßen Akkumulator ausgerüstete Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren. Entsprechend können für Vorrichtungsmerkmale auch entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The advantages and features and embodiments described for the invention apply both to the accumulator according to the invention and to the motor vehicle equipped with the accumulator according to the invention and to the method according to the invention. Accordingly, corresponding device features and vice versa can be provided for device features. The embodiments are only illustrative of the invention and are not limiting for these.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10100888 A1 [0007]
DE 10304764 B3 [0008]
DE 102012017674 A1 [0008]
DE 10144017 A1 [0008]
DE 102012206772 A1 [0008]

Claims

Accumulator ( 20 . 54 ) for the reversible electrochemical storage of electrical charge by means of a plurality of galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ), with a first, a second and a third accumulator connection ( 28 . 30 . 32 ) and with a first and a second cell block ( 36 . 38 ), whereby the cell blocks ( 36 . 38 ) at least one of the galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ) and connected in series to the first and the second accumulator terminal ( 28 . 32 ) are connected between the first and the second accumulator connection ( 28 . 32 ) a first accumulator voltage ( 40 ), and wherein an electrical connection ( 44 ) of the first cell block ( 36 ) with the second cell block ( 38 ) to the third accumulator port ( 30 ) is connected between the first and the third accumulator connection ( 28 . 30 ) a second accumulator voltage ( 42 ), characterized in that a charge storage capacity of the first cell block ( 36 ) greater than a charge storage capacity of the second cell block ( 38 ).

Accumulator according to claim 1, characterized by a housing ( 34 ) at which the accumulator connections ( 28 . 30 . 32 ) are arranged and in which all galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ) of the first and second cell blocks ( 36 . 38 ) are arranged.

Accumulator according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ) is a lithium-ion-based galvanic cell, in particular a lithium titanate-based galvanic cell.

Accumulator according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the first cell block ( 36 ) a plurality of galvanic cells connected in series ( 22 . 24 ) having.

Accumulator according to claim 4, characterized in that at least in the first cell block ( 36 ) galvanic cells ( 22 ) are also connected in parallel.

Accumulator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first accumulator terminal ( 28 ) at the first cell block ( 36 ) and the second and / or the third accumulator terminal ( 30 . 32 ) via a respective electrical switching element ( 46 . 48 ) to the respective cell block ( 36 . 38 ) connected.

Accumulator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that each of the two cell blocks ( 36 . 38 ) a separate cell block management unit ( 50 . 52 ) for controlling and / or controlling a respective charge state of the cell blocks ( 36 . 38 ) having.

Motor vehicle with an electrical system, characterized in that the electrical system is an accumulator ( 20 . 54 ) according to one of the preceding claims.

Method for operating an electrical system of a motor vehicle with an accumulator ( 20 . 54 ), in which a plurality of galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ) reversibly electrochemically stores electrical charge, wherein between a first and a second accumulator terminal ( 28 . 32 ) by means of a series connection of a first and a second in each case at least one of the galvanic cells ( 22 . 24 . 26 ) have cell block ( 36 . 38 ) a first accumulator voltage ( 40 ) and between the first and one at an electrical connection ( 44 ) of the first cell block ( 36 ) with the second cell block ( 38 ) connected third battery terminal ( 28 . 30 ) a second accumulator voltage ( 42 ), characterized in that by the first cell block ( 36 ) a larger charge storage capacity than by the second cell block ( 38 ) provided.

A method according to claim 9, characterized in that outside a normal driving operation of the motor vehicle, a charge state of the first cell block ( 36 ) higher than a charge state of the second cell block ( 38 ) is set.