DE102016008265A1

DE102016008265A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem umschaltbaren elektrischen Energiespeicher und entsprechende Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102016008265A1
Application number: DE102016008265.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dörsam; Andreas Eichinger; Rainer Falsett; Heiko Hachtel; Frieder Herb; Oliver Lehmann; Christian Ohms
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher (11), welcher zumindest zwei elektrisch miteinander seriell oder parallel verschaltbare Energiespeichermodule umfasst, durch in einer Normalbetriebsart: Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer ersten Modulanordnung, unmittelbares Versorgen von jeweils zumindest einer an einem Hochvolt-Bordnetz (13) des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher (11), und in einer Ladebetriebsart: Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer von der ersten Modulanordnung verschiedenen zweiten Modulanordnung, und Koppeln der Energiespeichermodule mit einer Ladevorrichtung (14) zum Aufladen des Energiespeichers (11). Das Verfahren umfasst in der Ladebetriebsart Versorgen der zumindest einen nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mittels eines leistungselektronischen Energiewandlers (15, 17, 19, 21) ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes (13) zu dem Energiespeicher (11). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Schaltungsanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Elektrisch betreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen einen elektrischen Energiespeicher auf, aus dem in einem Fahrbetrieb die Energie für den elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bezogen wird. Ein derartiger Energiespeicher wird üblicherweise als Hochvolt-Batterie ausgebildet, der aus einer Vielzahl von zumindest teilweise elektrisch in Serie verschalteten Energiespeicherzellen gebildet wird. Bei den Energiespeicherzellen kann es sich beispielsweise um wiederaufladbare elektrochemische Zellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen handeln. Prinzipiell können auch Kondensatorzellen eingesetzt werden, beispielsweise in Form von sogenannten Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren.
Die elektrische Verschaltung der Energiespeicherzellen wird hierbei in Abhängigkeit von der Auslegung des elektrischen Antriebsystems des Elektrofahrzeugs bestimmt. Eine derartige Dimensionierung des elektrischen Energiespeichers, das heißt seine elektrische Verschaltung, ist jedoch nicht immer geeignet für eine zur Verfügung stehende Ladeinfrastruktur. Insbesondere kann beispielsweise intern zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ein Hochvolt-Bordnetz mit einer deutlich höheren Spannung eingesetzt werden, als beispielsweise als Ladespannung an einer Ladestation zur Verfügung steht. Hier kann insbesondere die maximal übertragbare Spannung mit Rücksicht auf Isolationsanforderungen, die im Hinblick auf Sicherheit und Berührschutz entsprechenden Vorgaben genügen, begrenzt sein.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2015 006 208 A1 eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem ersten elektrischen Energiespeicher, mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher, mit einem Ladeanschluss, mit einem Versorgungsanschluss und mit einer elektrischen Trenneinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher mit dem Ladeanschluss und/oder dem Versorgungsanschluss elektrisch zu verbinden, wobei die elektrische Trenneinrichtung dazu ausgelegt ist, zum Laden des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers mittels einer Ladestation über den Ladeanschluss den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher in einer Ladekonfiguration elektrisch zu verbinden und zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs mittels des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers über den Versorgungsanschluss den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher in einer Betriebskonfiguration elektrisch zu verbinden.
Des Weiteren zeigt die DE 10 2013 102 576 A1 ein Verfahren zum Laden mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, nämlich mindestens einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens zwei elektrische Ladeschnittstellen aufweist, über die das Kraftfahrzeug an stationäre, elektrische Ladestationen aufweisend elektrische Anschlüsse ankoppelbar ist, wobei der oder jeder elektrische Energiespeicher gleichzeitig über mindestens zwei elektrische Ladeschnittstellen und damit gleichzeitig über mindestens zwei elektrische Anschlüsse aufgeladen wird.
Wenn mithilfe einer umschaltbaren Batterie eine von der Bordnetzspannung verschiedene Ladespannung realisiert wird, kann während des Ladevorgangs der Energiespeicher eine Spannungslage aufweisen, welche deutlich, beispielsweise Faktor 2, von der dimensionierten Spannung des Hochvolt-Bordnetzes abweicht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche die Funktionalität eines Kraftfahrzeugs während eines Ladebetriebs mit einer umschaltbaren Batterie möglichst wenig einschränken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, welcher zumindest zwei elektrisch miteinander seriell oder parallel verschaltbare Energiespeichermodule umfasst. Das Verfahren ist definiert durch in einer Normalbetriebsart: Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer ersten Modulanordnung, unmittelbares Versorgen von jeweils zumindest einer an einem Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher, und in einer Ladebetriebsart: Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer von der ersten Modulanordnung verschiedenen zweiten Modulanordnung, und Koppeln der Energiespeichermodule mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers. Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch in der Ladebetriebsart Versorgen der zumindest einen nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mittels eines leistungselektronischen Energiewandlers ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes zu dem Energiespeicher. Unter einem Hochvolt-Bordnetz wird hierbei ein Bordnetz mit einer Gleichspannung größer gleich 60 Volt verstanden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht alle Hochvolt-Komponenten, welche an dem Hochvolt-Bordnetz angeschlossen und bedarfsweise an dem Hochvolt-Bordnetz betreibbar sind, nicht nur in der Normalbetriebsart, in der sich das Kraftfahrzeug in einem Fahrbereitschaftszustand befindet, sondern gegebenenfalls auch in der Ladebetriebsart verfügbar sein müssen. Zu den fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponenten gehört insbesondere ein elektrisches Antriebssystem des Kraftfahrzeugs in Form einer elektrischen Maschine mit zugehörigem Antriebsstromrichter. Nichtfahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponenten sind solche Hochvolt-Komponenten, deren Funktion unabhängig von einer jeweiligen Fahrbetriebsbereitschaft in einer Normalbetriebsart ist und die vielmehr unabhängig von einer Fahrbetriebsbereitschaft des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen müssen. Somit müssen die übrigen Hochvolt-Komponenten, deren Funktionsbereitschaft auch in der Ladebetriebsart benötigt wird, anderweitig versorgt werden. Bei einer solchen nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente kann es sich beispielsweise um ein Kühlaggregat zur Kühlung des Energiespeichers handeln. Eine Versorgung dieser Hochvolt-Komponente während des Ladens ist zwingend erforderlich, um die Kühlung des Energiespeichers, beispielsweise in Form einer Batterie, sicherzustellen. Ein weiterer Bedarf an einer nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente kann darin bestehen, das Fahrzeug zu klimatisieren. Somit kann es sich um eine an dem Hochvolt-Bordnetz betreibbare Klimatisierungsvorrichtung handeln. Das Versorgen der zumindest einen nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mittels eines leistungselektronischen Energiewandlers ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes zu dem Energiespeicher erfolgt somit in der Ladebetriebsart über einen zweiten Energieeinspeisepfad, welcher von einem ersten Energieeinspeisepfad über eine direkte elektrische Verbindung der Energiespeichermodule zu dem Hochvolt-Bordnetz in der Normalbetriebsart verschieden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nichtfahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus der Ladevorrichtung versorgt wird. Dabei kann das Einbringen eines zusätzlichen Spannungswandlers vorgesehen sein, um aus der Ladespannung der Ladevorrichtung die für die Versorgung der Hochvolt-Komponente benötigte Spannung zu erzeugen. Bevorzugt ist die an dem Anschluss der Ladevorrichtung bereitstellbare Leistung so groß, dass sowohl eine angeforderte Leistung zum Laden des Energiespeichers als auch die von den Hochvolt-Komponenten über den leistungselektronischen Energiewandler angeforderte Leistung bereitgestellt werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch die Ladevorrichtung die elektrische Energie in einem DC-Ladebetrieb bereitgestellt wird, das heißt die elektrische Energie über eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nichtfahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus einem Bordnetz mit einer Gleichspannung kleiner oder gleich 48 Volt versorgt wird. Dadurch kann die Nutzung eines bestehenden Spannungswandlers erfolgen, um aus einem weiteren, von dem Hochvolt-Bordnetz verschiedenen Bordnetz mit einer niedrigeren Spannung, beispielsweise 12 Volt oder 48 Volt, die benötigte Spannung zur Versorgung der Hochvolt-Komponenten zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus einer weiteren Ladevorrichtung versorgt wird. Die weitere Ladevorrichtung kann über einen separaten Anschluss, der von dem Anschluss der Ladevorrichtung verschieden ist, mit dem Kraftfahrzeug verbunden werden. Unabhängig davon können die Ladevorrichtung und die weitere Ladevorrichtung Teil einer gemeinsamen Ladestation sein. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die elektrische Energie aus der Ladevorrichtung und die elektrische Energie aus der weiteren Ladevorrichtung über einen gemeinsamen Steckeranschluss als kombinierte Ladeschnittstelle bereitgestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass durch die weitere Ladevorrichtung die elektrische Energie in einem AC-Ladebetrieb bereitgestellt wird. Bei einer Nutzung des Ladestandards des sogenannten Combined Charging System (CCS), dessen Steckervarianten und Ladeverfahren Teil 3 der IEC 62196 (DIN EN 62196) genormt sind, ist die Schnittstelle einer AC-Ladevorrichtung in demselben Stecker wie die Schnittstelle einer DC-Ladevorrichtung integriert und kann daher ohne weiteren Steckaufwand genutzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass durch die weitere Ladevorrichtung die elektrische Energie drahtlos mittels induktivem Laden bereitgestellt wird. Dadurch entfällt zumindest für die Kontaktierung der weiteren Ladevorrichtung das Anstecken und Abstecken eines Ladesteckers.
Die Erfindung geht des Weiteren aus von einer Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, welcher zumindest zwei elektrisch miteinander seriell oder parallel verschaltbare Energiespeichermodule umfasst, einem Hochvolt-Bordnetz mit jeweils zumindest einer an dem Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente und einer Verschaltungseinrichtung. Die Verschaltungseinrichtung ist dazu ausgelegt, in einer Normalbetriebsart die zumindest zwei Energiespeichermodule in einer ersten Modulanordnung zum unmittelbaren Versorgen der jeweils zumindest einen an dem Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponenten mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher zu verschalten; wobei die Verschaltungseinheit dazu ausgelegt ist, in einer Ladebetriebsart die zumindest zwei Energiespeichermodule in einer von der ersten Modulanordnung verschiedenen zweiten Modulanordnung zu verschalten und die Energiespeichermodule mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers zu koppeln. Erfindungsgemäß wird die Schaltungsanordnung weitergebildet durch einen leistungselektronischen Energiewandler, welcher dazu ausgelegt ist, in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes zu dem Energiespeicher zu versorgen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellten Ausführungsformen und Vorteile gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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.
Dabei zeigt die einzige Fig. in vereinfachter schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit unterschiedlichen Versorgungspfaden für ein Hochvolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs in einer Ladebetriebsart entsprechend jeweils einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. zeigt eine Schaltungsanordnung 10 umfassend eine Batterie 11, ein Hochvolt-Bordnetz 13 sowie in einer zusammenfassenden Gesamtübersicht einen ersten leistungselektronischen Energiewandler 15, einen zweiten leistungselektronischen Energiewandler 17, einen dritten leistungselektronischen Energiewandler 19 und einen vierten leistungselektronischen Energiewandler 21.
Entsprechend jeweils einer von vier bevorzugten Ausführungsformen (a, b1, b2, c) ist jeweils genau einer der vier leistungselektronischen Energiewandler 15, 17, 19, 21 vorgesehen. Mit anderen Worten umfasst ein bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel den ersten leistungselektronischen Energiewandler 15, ein bevorzugtes zweites Ausführungsbeispiel den zweiten leistungselektronischen Energiewandler 17, ein bevorzugtes drittes Ausführungsbeispiel den dritten leistungselektronischen Energiewandler 19 sowie ein bevorzugtes viertes Ausführungsbeispiel den vierten leistungselektronischen Energiewandler 21.
Die Schaltungsanordnung 10 umfasst des Weiteren eine Zell-Verschaltungseinrichtung 12, welche dazu ausgelegt ist, die zumindest zwei Batteriemodule umfassende Batterie 11 wahlweise zwischen einer ersten Modulanordnung und einer zweiten Modulanordnung umzuschalten. Die einzelnen Batteriemodule sind hierbei aus einer jeweils vorgebbaren Anzahl von einzelnen Batteriezellen aufgebaut, wobei die einzelnen Batteriemodule bevorzugt jeweils identisch mit derselben Anzahl von Batteriezellen, insbesondere baugleicher Batteriezellen, aufgebaut sind.
Bevorzugt sind zwei Batteriemodule in einer Normalbetriebsart elektrisch miteinander seriell verschaltet, und in einer Ladebetriebsart elektrisch miteinander parallel verschaltet. Auf diese Weise ergibt sich in der Normalbetriebsart eine höhere Spannung, welche an das Hochvolt-Bordnetz 13 bereitgestellt werden kann, wohingegen in der Ladebetriebsart eine niedrigere Spannung an einem Ladespannungsnetz 14a anliegt, welches insbesondere die Hälfte der Spannung bei Serienschaltung der Batteriemodule beträgt. Dabei ist vorgesehen, dass in der Ladebetriebsart die Batterie 11 mittels einer Trennvorrichtung 12a von dem Hochvolt-Bordnetz 13a getrennt wird. Auf diese Weise wird die unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes 13 zu der Batterie 11 unterbrochen.
Nicht dargestellt in der Fig. sind die an dem Hochvolt-Bordnetz 13 des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nichtfahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponenten, wozu insbesondere ein elektrisches Antriebssystem des Kraftfahrzeugs (fahrbetriebsrelevant) und eine Kühlungseinrichtung für die Batterie 11 (nicht fahrbetriebsrelevant), wobei nämlich die Kühlungseinrichtung der Batterie unabhängig von der jeweiligen Betriebsart sowohl in einer Normalbetriebsart (Fahrbetrieb) als auch in einer Ladebetriebsart, in der ein Fahrbetrieb durch eine entsprechende logische Verriegelung verhindert wird, benötigt wird. Eine weitere nicht fahrbetriebsrelevanter Hochvolt-Komponente kann beispielsweise durch eine Klimatisierungseinrichtung für das Kraftfahrzeug gegeben sein, welche insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn das Kraftfahrzeug beim Laden der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und ansonsten der Fahrzeuginnenraum des dadurch aufgeheizten Kraftfahrzeugs nach Beendigung des Ladevorgangs erst wieder heruntergekühlt werden müsste.
Gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Hochvolt-Bordnetz 13 in der Ladebetriebsart aus einer ersten Ladevorrichtung 14 in Form einer DC-Ladevorrichtung versorgt wird. Durch die erste Ladevorrichtung 14 wird somit einerseits elektrische Energie in ein Ladespannungsnetz 14a der Schaltungsanordnung 10 eingespeist, aus welchem die Batterie 11 geladen wird. Anderseits dient der erste leistungselektronische Energiewandler 15 zur Versorgung des Hochvolt-Bordnetzes 13 in der Ladebetriebsart, in der die Batterie 11 von dem Hochvolt-Bordnetz 13 durch die Trennvorrichtung 12a getrennt ist.
Gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Versorgung des Hochvolt-Bordnetzes 13 in der Ladebetriebsart mittels einer zweiten Ladevorrichtung 16 in Form einer AC-Ladevorrichtung bereitgestellt wird. Die Übertragung der elektrischen Energie erfolgt hierbei über den zweiten elektronischen Energiewandler 17. Die elektrische Kontaktierung der ersten Ladevorrichtung 14 und der zweiten Ladevorrichtung 16 kann hierbei durch eine gemeinsame Steckverbindung realisiert werden, beispielsweise bei Nutzung des CCS-Ladestandards, bei dem die AC-Ladeschnittstelle im selben Stecker wie die DC-Schnittstelle integriert ist und somit ohne weiteren Steckaufwand genutzt werden kann. Durch die Nutzung der weiteren Ladeschnittstelle, welche durch die zweite Ladevorrichtung 16 bereitgestellt wird, erfolgt kein Laden der Batterie 11, das heißt die Batterie 11 wird ausschließlich aus der ersten Ladevorrichtung 14 geladen.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist anstelle der zweiten Ladevorrichtung 16 eine dritte Ladevorrichtung 18 vorgesehen, die über den dritten leistungselektronischen Energiewandler 19 eine drahtlose Energieübertragung an das Hochvolt-Bordnetz 13 bereitstellt.
Gemäß der bevorzugten vierten Ausführungsform wird das Hochvolt-Bordnetz 13 in der Ladebetriebsart aus einem Bordnetz mit einer Gleichspannung kleiner oder gleich 48 Volt versorgt. Im Gegensatz zu einem Hochvolt-Netz für ein Kraftfahrzeug, welches nach allgemeinem Verständnis in der Ausführung als Gleichspannungs-Netz ein Spannungsniveau von größer gleich 60 Volt aufweist, existiert für Bordnetze mit 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt keine verbindliche Bezeichnung. Im Folgenden wird dieses Bordnetz daher als Low-Voltage-Bordnetz 20 bezeichnet. Das Low-Voltage-Bordnetz 20 ist über den vierten leistungselektronischen Energiewandler 21 an das Hochvolt-Bordnetz 13 angeschlossen. Somit kann ein bestehender Spannungswandler, nämlich der vierte leistungselektronische Energiewandler 21 genutzt werden, um aus einer Low-Voltage-Spannung (12 Volt, 48 Volt) die benötigte Spannung für das Hochvolt-Bordnetz 13 zu erzeugen.
Darüber hinaus sind weitere bevorzugte Ausführungsformen denkbar, welche die Merkmale der voranstehend dargestellten bevorzugten Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombinieren. Dadurch kann beispielsweise eine Redundanz für Anwendungsfälle geschaffen werden, in der die jeweils zur Verfügung stehende Ladeinfrastruktur für eine jeweils aus technischen Gründen bevorzugte Variante nicht geeignet ist.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Somit kann die Aufteilung der Batterie 11 in einzelne Batteriemodule und die jeweilige Modulanordnung in der Normalbetriebsart und/oder in der Ladebetriebsart beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Somit wurden voranstehend unterschiedliche Varianten eines Verfahrens beziehungsweise einer Schaltungsanordnung 10 zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugbordnetzes in Form des Hochvolt-Bordnetzes 13 während des Ladevorgangs bei Nutzung einer umschaltbaren Batterie 11 aufgezeigt.
Bezugszeichenliste

10: Schaltungsanordnung
11: Batterie
12: Zell-Verschaltungseinrichtung
12a: Trennvorrichtung
13: Hochvolt-Bordnetz
14: erste Ladevorrichtung
14a: Ladespannungsnetz
15: erster leistungselektronischer Energiewandler
16: zweite Ladevorrichtung
17: zweiter leistungselektronischer Energiewandler
18: dritte Ladevorrichtung
19: dritter leistungselektronischer Energiewandler
20: Low-Voltage-Bordnetz
21: vierter leistungselektronischer Energiewandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015006208 A1 [0004]
DE 102013102576 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 62196 [0015]
DIN EN 62196 [0015]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher (11), welcher zumindest zwei elektrisch miteinander seriell oder parallel verschaltbare Energiespeichermodule umfasst, durch in einer Normalbetriebsart: – Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer ersten Modulanordnung, – unmittelbares Versorgen von jeweils zumindest einer an einem Hochvolt-Bordnetz (13) des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher (11), und in einer Ladebetriebsart: – Verschalten der zumindest zwei Energiespeichermodule in einer von der ersten Modulanordnung verschiedenen zweiten Modulanordnung, und – Koppeln der Energiespeichermodule mit einer Ladevorrichtung (14) zum Aufladen des Energiespeichers (11), gekennzeichnet durch – in der Ladebetriebsart Versorgen der zumindest einen nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mittels eines leistungselektronischen Energiewandlers (15, 17, 19, 21) ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes (13) zu dem Energiespeicher (11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus der Ladevorrichtung (14) versorgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ladevorrichtung (14) die elektrische Energie in einem DC-Ladebetrieb bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus einem Bordnetz (20) mit einer Gleichspannung kleiner oder gleich 48 Volt versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus einer weiteren Ladevorrichtung (16, 18) versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die weitere Ladevorrichtung (16, 18) die elektrische Energie in einem AC-Ladebetrieb bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die weitere Ladevorrichtung (16, 18) die elektrische Energie drahtlos mittels induktivem Laden bereitgestellt wird.
Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug mit – einem elektrischen Energiespeicher (11), welcher zumindest zwei elektrisch miteinander seriell oder parallel verschaltbare Energiespeichermodule umfasst, – einem Hochvolt-Bordnetz (13) mit jeweils zumindest einer an dem Hochvolt-Bordnetz (13) des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente, – einer Verschaltungseinrichtung (12), welche dazu ausgelegt ist, in einer Normalbetriebsart die zumindest zwei Energiespeichermodule in einer ersten Modulanordnung zum unmittelbaren Versorgen der jeweils zumindest einen an dem Hochvolt-Bordnetz (13) des Kraftfahrzeugs angeschlossenen fahrbetriebsrelevanten und nicht fahrbetriebsrelevanten Hochvolt-Komponente mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher (11) zu verschalten; wobei die Verschaltungseinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, in einer Ladebetriebsart die zumindest zwei Energiespeichermodule in einer von der ersten Modulanordnung verschiedenen zweiten Modulanordnung zu verschalten und die Energiespeichermodule mit einer Ladevorrichtung (14) zum Aufladen des Energiespeichers (11) zu koppeln, gekennzeichnet durch – einen leistungselektronischen Energiewandler (15, 17, 19, 21), welcher dazu ausgelegt ist, in der Ladebetriebsart die zumindest eine nicht fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Komponente ohne unmittelbare elektrische Verbindung des Hochvolt-Bordnetzes (13) zu dem Energiespeicher (11) zu versorgen.