DE102016011894A1

DE102016011894A1 - Electrically energy storage arrangement for a motor vehicle with two electrical energy storage

Info

Publication number: DE102016011894A1
Application number: DE102016011894.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Loewel; Rainer Falsett
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung (2) für einen Kraftwagen, mit zumindest zwei elektrischen Energiespeichern (10, 11) und zumindest einer Kühleinrichtung (20, 21) zum Kühlen der zumindest zwei elektrischen Energiespeicher (10, 11) und mit einer Trenneinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, die zumindest zwei elektrischen Energiespeicher (10, 11) für einen Ladevorgang der zumindest zwei elektrischen Energiespeicher (10, 11) in einer Ladekonfiguration elektrisch zu verbinden und zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers in einer Betriebskonfiguration elektrisch zu verbinden. Um die Kühlung der elektrischen Energiespeicher (10, 11) sowohl an der ersten Spannung als auch an der zweiten Spannung ohne Gleichstromwandler zu gewährleisten, ist die Energiespeicheranordnung (2) zumindest zwei Kühleinrichtungen (20, 21) aufweist und jedem der zumindest zwei elektrischen Energiespeicher (10, 11) eine jeweilige Kühleinrichtung (20, 21) zugeordnet ist.The invention relates to an energy storage arrangement (2) for a motor vehicle, having at least two electrical energy stores (10, 11) and at least one cooling device (20, 21) for cooling the at least two electrical energy stores (10, 11) and a separating device (3). which is designed to electrically connect the at least two electrical energy stores (10, 11) for a charging process of the at least two electrical energy stores (10, 11) in a charging configuration and to electrically connect them to supply an electrical load in an operating configuration. In order to ensure the cooling of the electrical energy store (10, 11) both at the first voltage and at the second voltage without DC converter, the energy storage device (2) has at least two cooling devices (20, 21) and each of the at least two electrical energy storage ( 10, 11) is associated with a respective cooling device (20, 21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention also relates to a method for operating an energy storage arrangement for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 5. The invention also relates to an energy storage arrangement for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Ein Kraftwagen mit einem elektrischen Antrieb, beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, umfasst ein Bordnetz sowie einen elektrischen Energiespeicher, um den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Der elektrische Energiespeicher sowie das Bordnetz können für eine Hochspannung, insbesondere eine Spannung über 80 Volt, vorzugsweise eine Spannung über 200 Volt, beispielsweise eine Spannung von 400 Volt, zur Versorgung des elektrischen Antriebs ausgebildet sein. Der elektrische Energiespeicher kann als Akkumulator oder als Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, ausgebildet sein.A motor vehicle with an electric drive, for example an electric vehicle or a hybrid vehicle, comprises a vehicle electrical system and an electrical energy store in order to supply the electric drive with electrical energy. The electrical energy store and the electrical system can be designed to supply the electric drive for a high voltage, in particular a voltage above 80 volts, preferably a voltage above 200 volts, for example a voltage of 400 volts. The electrical energy store can be designed as a rechargeable battery or as a battery, in particular a high-voltage battery.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, mehrere Energiespeicher in einem Kraftwagen vorzusehen, und diese abhängig von einem Betriebszustand des Kraftwagens unterschiedlich elektrisch zu verbinden. Die mehreren elektrischen Energiespeicher können beispielsweise räumlich getrennte und voneinander unabhängige elektrische Energiespeicher sein oder Teil einer einzigen Batterie beziehungsweise eines einzigen Akkumulators sein. Insbesondere ist es möglich, eine Vielzahl an Speicherzellen einer Batterie oder eines Akkumulators zu jeweiligen Gruppen zusammen zu schließen und elektrisch zu verbinden. Dann kann jede der Gruppen einen elektrischen Energiespeicher bilden.From the prior art it is known to provide a plurality of energy storage devices in a motor vehicle, and to electrically connect them differently depending on an operating state of the motor vehicle. The plurality of electrical energy storage devices may, for example, be spatially separate and mutually independent electrical energy stores or be part of a single battery or a single accumulator. In particular, it is possible to close together and electrically connect a plurality of memory cells of a battery or a rechargeable battery to respective groups. Then each of the groups can form an electrical energy store.

Die DE 10 2015 006 208 A1 offenbart eine Batterieanordnung für einen Kraftwagen mit zwei elektrischen Energiespeichern, einem Ladeanschluss, einem Versorgungsanschluss und einer elektrischen Trenneinrichtung, welche dazu ausgelegt ist die elektrischen Energiespeicher mit dem Ladeanschluss und/oder dem Versorgungsanschluss elektrisch zu verbinden. Die elektrische Trenneinrichtung ist dazu ausgebildet, zum Laden der elektrischen Energiespeicher über den Ladeanschluss die elektrischen Energiespeicher in einer Ladekonfiguration elektrisch zu verbinden und zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs über den Versorgungsanschluss die elektrischen Energiespeicher in einer Betriebskonfiguration elektrisch zu verbinden. Insbesondere sind die elektrischen Energiespeicher in der Ladekonfiguration in Reihe geschaltet und in der Betriebskonfiguration parallel geschaltet. Handelt es sich bei den elektrischen Energiespeichern um elektrische Energiespeicher mit einer Spannung von 400 Volt, so kann es dann ermöglicht sein, die elektrischen Energiespeicher in der Ladekonfiguration mit einer Spannung von 800 Volt zu laden und mittels der elektrischen Energiespeicher in der Betriebskonfiguration den elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs mittels einer Spannung von 400 Volt mit elektrischer Energie zu versorgen.The DE 10 2015 006 208 A1 discloses a battery assembly for a motor vehicle having two electrical energy storage devices, a charging connection, a supply connection and an electrical separation device, which is designed to electrically connect the electrical energy storage devices with the charging connection and / or the supply connection. The electrical isolating device is configured to electrically connect the electrical energy store in a charging configuration for charging the electrical energy store via the charging connection and to electrically connect the electrical energy store in an operating configuration for supplying an electrical load of the motor vehicle via the supply connection. In particular, the electrical energy storage in the charging configuration are connected in series and connected in parallel in the operating configuration. If the electrical energy storage devices are electrical energy storage devices with a voltage of 400 volts, then it may then be possible to charge the electrical energy storage devices in the charging configuration with a voltage of 800 volts and, by means of the electrical energy storage devices in the operating configuration, to charge the electrical consumers of the electric energy storage device Motor vehicle to supply by means of a voltage of 400 volts with electrical energy.

Während eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der elektrischen Energiespeicher entsteht eine hohe Wärmeleistung, welche über eine Kühleinrichtung des Kraftwagens abgeführt werden kann. Beim Laden des elektrischen Energiespeichers ist oft das Ziel eine möglichst hohe Ladeleistung bereitzustellen, um die Ladedauer zu verkürzen. Insbesondere das Laden mit einer Ladespannung von 800 Volt ist dazu ausgelegt den elektrischen Energiespeicher möglichst schnell, also mit einem hohen Ladestrom und mit einer hohen Ladeleistung, zu laden. Angestrebt werden C-Raten zwischen 2 und 6 C. Die C-Rate beschreibt die Ladegeschwindigkeit, bei einer C-Rate von 2 entspricht der Ladestrom in Ampere der doppelten Speicherkapazität in Amperestunden, im Falle einer C-Rate von 6 der sechsfachen Speicherkapazität. Bei einer C-Rate von 6 ist der elektrischen Energiespeicher demnach innerhalb von 10 Minuten aufladbar. Die im elektrischen Energiespeicher erzeugte Wärmeleistung kann im Bereich etlicher Kilowatt liegen. Die Kühleinrichtung muss eine dem angepasste Kühlleistung aufweisen. Die Kühleinrichtung muss sowohl beim Laden des Kraftwagens mit einer ersten Spannung, beispielsweise 800 Volt, als auch in einem Betrieb des Kraftwagens mit einer zweiten Spannung, beispielsweise 400 Volt, einsatzfähig sein.During a charging of the electrical energy storage or the electrical energy storage is a high heat output, which can be dissipated via a cooling device of the motor vehicle. When charging the electrical energy storage is often the goal to provide the highest possible charging power to shorten the charging time. In particular, charging with a charging voltage of 800 volts is designed to charge the electrical energy store as quickly as possible, ie with a high charging current and with a high charging power. The aim is to have C rates between 2 and 6 C. The C rate describes the charging speed, at a C rate of 2 the charging current in amperes equals twice the storage capacity in ampere hours, in the case of a C rate of 6 times six times the storage capacity. At a C-rate of 6, the electrical energy storage is therefore rechargeable within 10 minutes. The heat output generated in the electrical energy storage can be in the range of several kilowatts. The cooling device must have the adapted cooling capacity. The cooling device must be operational both when loading the motor vehicle with a first voltage, for example 800 volts, as well as in an operation of the motor vehicle with a second voltage, for example 400 volts.

Ist die Kühleinrichtung zum Betrieb mit der zweiten Spannung ausgebildet, welche im Betrieb des Kraftwagens vorgesehen ist, so muss während des Ladens des elektrischen Energiespeichers die erste Spannung auf die zweite Spannung transferiert werden. Hierfür ist ein Gleichstromwandler mit einer ausreichenden Leistungsfähigkeit von Nöten, um die Kühleinrichtung mit elektrischer Leistung zu versorgen. Ist die Kühleinrichtung zum Betrieb mit der ersten Spannung ausgebildet, so ist in einem Betrieb des Kraftwagens ein Transformieren der zweiten Spannung auf das Level der ersten Spannung nötig. Auch hierfür ist ein Gleichstromwandler, insbesondere ein Hochsetzsteller, nötig.If the cooling device is designed for operation with the second voltage, which is provided during operation of the motor vehicle, the first voltage must be transferred to the second voltage during the charging of the electrical energy store. For this purpose, a DC converter with sufficient performance is needed to provide the cooling device with electrical power. If the cooling device is designed to operate with the first voltage, then in an operation of the motor vehicle, a transformation of the second voltage to the level of the first voltage is necessary. Again, a DC-DC converter, in particular a boost converter, is necessary.

Der Stand der Technik besitzt somit den Nachteil, dass die Kühleinrichtung nicht ohne Gleichstromwandler sowohl an der ersten Spannung als auch an der zweiten Spannung betrieben werden kann.The prior art thus has the disadvantage that the cooling device can not be operated without DC converter both at the first voltage and at the second voltage.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kühlung der elektrischen Energiespeicher eines Kraftwagens bei unterschiedlichen Spannungsniveaus auf einfach und zuverlässige Weise zu gewährleisten.It is an object of the present invention to ensure the cooling of the electrical energy storage of a motor vehicle at different voltage levels in a simple and reliable manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energiespeicheranordnung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren. This object is achieved by an energy storage device for a motor vehicle with the features of claim 1. The object is also achieved by a method having the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are the subject of the dependent claims. Advantages of the energy storage arrangement according to the invention also apply analogously to the method according to the invention.

Um nun eine Energiespeicheranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Kühlung der elektrischen Energiespeicher sowohl an der ersten Spannung als auch an der zweiten Spannung ohne Gleichstromwandler zu gewährleistet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Energiespeicheranordnung zumindest zwei Kühleinrichtungen aufweist und jedem der zumindest zwei elektrischen Energiespeicher eine jeweilige Kühleinrichtung zugeordnet ist.In order to further develop an energy storage arrangement according to the preamble of patent claim 1 in that the cooling of the electrical energy store is ensured both at the first voltage and at the second voltage without DC converter, the invention provides that the energy storage arrangement has at least two cooling devices and each of at least two electrical energy storage is associated with a respective cooling device.

Die zumindest zwei elektrischen Energiespeicher werden im Folgenden zur Vereinfachung als die elektrischen Energiespeicher bezeichnet. Vorzugsweise ist jeder der elektrischen Energiespeicher fest mit der ihm zugeordneten jeweiligen Kühleinrichtung elektrisch verbunden. Die Trenneinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die zumindest zwei elektrischen Energiespeicher und die jeweiligen Kühleinrichtungen für einen Ladevorgang der zumindest zwei elektrischen Energiespeicher in einer Ladekonfiguration elektrisch zu verbinden und zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers in einer Betriebskonfiguration elektrisch zu verbinden. Vorzugsweise ist jeder der elektrischen Energiespeicher derart mit der jeweiligen zugeordneten Kühleinrichtung elektrisch verbunden, dass die Trenneinrichtung beim Verbinden der elektrischen Energiespeicher für die Ladekonfiguration beziehungsweise in der Betriebskonfiguration gleichzeitig auch die jeweiligen Kühleinrichtungen in der Ladekonfiguration beziehungsweise in der Betriebskonfiguration elektrisch verbindet. Insbesondere sind die jeweiligen Kühleinrichtungen in der Betriebskonfiguration in einer Parallelschaltung elektrisch verbunden und/oder direkt mit dem jeweiligen zugeordneten elektrischen Energiespeicher verbunden. Insbesondere sind die jeweiligen Kühleinrichtungen in der Ladekonfiguration in einer Reihenschaltung elektrisch verbunden.The at least two electrical energy stores are referred to below as simplification as the electrical energy storage. Each of the electrical energy stores is preferably electrically connected to the respective cooling device assigned to it. The separating device may be designed to electrically connect the at least two electrical energy stores and the respective cooling devices for a charging process of the at least two electrical energy stores in a charging configuration and to connect them electrically to supply an electrical load in an operating configuration. Each of the electrical energy stores is preferably electrically connected to the respective associated cooling device such that the connecting device simultaneously electrically connects the respective cooling devices in the charging configuration or in the operating configuration when connecting the electrical energy stores for the charging configuration or in the operating configuration. In particular, the respective cooling devices in the operating configuration are electrically connected in a parallel circuit and / or connected directly to the respective associated electrical energy store. In particular, the respective cooling devices in the charging configuration are electrically connected in series.

Die elektrischen Energiespeicher können als baulich getrennte, separate elektrische Energiespeicher ausgebildet sein. Die elektrischen Energiespeicher können durch Teilbereiche einer Speichereinrichtung des Kraftwagens gebildet sein. Beispielsweise ist die Speichereinrichtung eine Hochvoltbatterie mit mehreren Speicherzellen, wobei jeder der elektrischen Energiespeicher durch eine jeweilige Speicherzelle oder eine jeweilige Gruppe an Speicherzellen gebildet ist.The electrical energy storage can be designed as structurally separate, separate electrical energy storage. The electrical energy storage can be formed by subregions of a storage device of the motor vehicle. For example, the storage device is a high-voltage battery having a plurality of memory cells, each of the electrical energy stores being formed by a respective memory cell or a respective group of memory cells.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.

Dabei zeigt die Fig. ein Schaltbild einer Energiespeicheranordnung 2 für einen Kraftwagen, mit zwei elektrischen Energiespeichern 10, 11, welchen vorliegend Teil einer Hochvoltbatterie 1 sind. Die Hochvoltbatterie 1 ist vorliegend wieder aufladbar ausgebildet. Die Energiespeicheranordnung 2 ist in einem Kraftwagen einbaubar und kann dazu ausgebildet sein, den Kraftwagen, insbesondere eine elektrische Maschine des Kraftwagens, mit elektrischer Energie, insbesondere einem elektrischen Strom und einer elektrischen Spannung, zu versorgen. Zum Einspeisen der elektrischen Energie in ein Bordnetz des Kraftwagens weist die Energiespeicheranordnung 2 Bordnetzanschlüsse 42 auf.The figure shows a circuit diagram of an energy storage device 2 for a motor vehicle, with two electrical energy storage units 10 . 11 , which in this case part of a high-voltage battery 1 are. The high-voltage battery 1 is presently rechargeable trained. The energy storage arrangement 2 can be installed in a motor vehicle and can be designed to supply the motor vehicle, in particular an electric machine of the motor vehicle, with electrical energy, in particular an electric current and an electrical voltage. For feeding the electrical energy into a vehicle electrical system of the motor vehicle, the energy storage device 2 Board network connections 42 on.

Die Hochvoltbatterie 1 kann mehrere Speicherzellen 16, insbesondere Batteriezellen, aufweisen. Vorliegend weist die Hochvoltbatterie 1 acht Speicherzellen 16 auf. Die Speicherzellen 16 sind in zwei Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe vier Speicherzellen 16 umfasst. Die elektrischen Energiespeicher 10, 11 sind vorliegend jeweils durch eine der Gruppen an Speicherzellen 16 gebildet. Die elektrischen Energiespeicher 10, 11 weisen vorliegend jeweils Anschlüsse 12, 13 auf, wobei die Anschlüsse 12, 13 jeweils einen Pluspol und einen Minuspol umfassen können.The high-voltage battery 1 can have several memory cells 16 , in particular battery cells. In the present case, the high-voltage battery 1 eight memory cells 16 on. The memory cells 16 are arranged in two groups, each group having four memory cells 16 includes. The electrical energy storage 10 . 11 are present in each case by one of the groups of memory cells 16 educated. The electrical energy storage 10 . 11 have in the present case each connections 12 . 13 on, with the connections 12 . 13 each may include a positive pole and a negative pole.

Die Energiespeicheranordnung 2 weist vorliegend außerdem einen Ladeanschluss 40, insbesondere einen Schnellladeanschluss zum schnellen Gleichstromladen, auf. Außerdem weist die Energiespeicheranordnung 2 einen Wechselstromladeanschluss 44 mit einer Wechselstromladeeinrichtung 46, der insbesondere einen Gleichrichter und/oder einen Spannungswandler umfasst, beispielsweise zum Laden einer Haushaltssteckdose, auf.The energy storage arrangement 2 In this case also has a charging port 40 , in particular a fast charging connection for fast DC charging on. In addition, the energy storage device 2 an AC charging port 44 with an AC charging device 46 in particular comprising a rectifier and / or a voltage converter, for example for charging a household socket.

An den Anschlüssen 12, 13 kann jeweils eine Kühleinrichtung 20, 21 angeschlossen und mit elektrischer Energie versorgt sein. Die Kühleinrichtungen 20, 21 können einen Thermostaten 23, einen Wechselrichter 24, eine elektrische Maschine 25, sowie einen Klimakompressor 26 umfassen. Ein Betriebszustand beziehungsweise eine Kühlleistung der Kühleinrichtungen 20, 21 kann mittels des jeweiligen Thermostaten 23 gesteuert werden. Der Wechselrichter 24 kann die über die Anschlüsse 12, 13 erhaltene elektrische Energie in einen Wechselstrom, insbesondere einen Dreiphasenwechselstrom, umwandeln und die elektrische Maschine 25 mittels einer Drehstromverbindung 27 mit elektrischer Energie versorgen. Die elektrische Maschine 25 kann mittels einer Welle dem Klimakompressor 26 mit mechanischer Energie versorgen beziehungsweise antreiben. In einem Kühlbetrieb sind die elektrischen Energiespeicher 10, 11 beziehungsweise eine Hochvoltbatterie mittels der Kühleinrichtungen 20, 21 beziehungsweise mittels derer Klimakompressoren 26 gekühlt. Der Kühlbetrieb kann beim Laden der elektrischen Energiespeicher 10, 11 und/oder während einer Fahrt des Kraftwagen bei hoher Leistungsaufnahme durch den elektrischen Antrieb, beispielsweise beim schnellen Beschleunigen, vorgesehen sein.At the connections 12 . 13 can each have a cooling device 20 . 21 be connected and supplied with electrical energy. The cooling equipment 20 . 21 can use a thermostat 23 , an inverter 24 , an electric machine 25 , as well as an air conditioning compressor 26 include. One Operating state or a cooling capacity of the cooling devices 20 . 21 can by means of the respective thermostat 23 to be controlled. The inverter 24 can the over the connections 12 . 13 electrical energy obtained in an alternating current, in particular a three-phase alternating current, convert and the electric machine 25 by means of a three-phase connection 27 supply with electrical energy. The electric machine 25 can by means of a wave the air conditioning compressor 26 supply or drive with mechanical energy. In a cooling operation, the electrical energy storage 10 . 11 or a high-voltage battery by means of the cooling devices 20 . 21 or by means of which air compressors 26 cooled. The cooling mode can when charging the electrical energy storage 10 . 11 and / or during a drive of the motor vehicle with high power consumption by the electric drive, for example during rapid acceleration, be provided.

Die Kühleinrichtung 20 ist vorliegend dem elektrischen Energiespeicher 10 zugeordnet. Die Kühleinrichtung 20 ist vorliegend nämlich mittels der Anschlüsse 12 mit dem elektrischen Energiespeicher 10 elektrisch verbunden. Insbesondere befindet sich die Kühleinrichtung 20 mit dem elektrischen Energiespeicher 10 bezüglich des Bordnetzanschlusses 42 und des Ladeanschlusses 40 in einer Reihenschaltung. Dies gilt analog für die Kühleinrichtung 21, welche mittels der Anschlüsse 13 mit dem elektrischen Energiespeicher 11 elektrisch verbunden ist.The cooling device 20 is present the electrical energy storage 10 assigned. The cooling device 20 is present in fact by means of the connections 12 with the electrical energy storage 10 electrically connected. In particular, the cooling device is located 20 with the electrical energy storage 10 with regard to the vehicle electrical system connection 42 and the charging port 40 in a series connection. This applies analogously to the cooling device 21 , which by means of the connections 13 with the electrical energy storage 11 electrically connected.

Die Energiespeicheranordnung 2 kann mehrere Trennelemente 38 aufweisen, welche eine Trenneinrichtung 3 bilden und vorliegend als Schalter, insbesondere als Schütz oder Halbleiter, vorzugsweise als Transistor, ausgebildet sind. Vorliegend ist ein Reihenschalter 36 dazu ausgebildet, die elektrischen Energiespeicher 10, 11 in Reihe zu schalten. Vorliegend sind zwei Parallelschalter 34 dazu ausgebildet, die elektrischen Energiespeicher 10, 11 parallel zu schalten. Vorliegend sind weiterhin zwei Ladeschalter 30 dazu ausgebildet, die Energiespeicheranordnung 2 mit dem Ladeanschluss 40 elektrisch zu verbinden. Zwei Bordnetzschalter 32 sind vorliegend dazu ausgebildet, die Energiespeicheranordnung 2 mit dem Bordnetzanschluss 42 elektrisch zu verbinden.The energy storage arrangement 2 can have several dividers 38 having a separating device 3 form and in the present case as a switch, in particular as a contactor or semiconductor, preferably as a transistor, are formed. In the present case is a series switch 36 adapted to the electrical energy storage 10 . 11 to connect in series. In the present case are two parallel switches 34 adapted to the electrical energy storage 10 . 11 to switch in parallel. In the present case are still two charging switches 30 designed to the energy storage device 2 with the charging port 40 electrically connect. Two on-board power switches 32 are in the present case designed to the energy storage device 2 with the electrical system connection 42 electrically connect.

In einem Ladevorgang der elektrischen Energiespeicher 10, 11 beziehungsweise der Hochvoltbatterie 1 kann vorgesehen sein, dass die Ladeschalter 30 geschlossen sind, der Reihenschalter 36 geschlossen ist, die Parallelschalter 34 geöffnet sind und die Bordnetzschalter 32 geöffnet sind. Ein geöffneter Schalter bedeutet, dass keine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlüssen des Schalters besteht. Ein geschlossener Schalter bedeutet, dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen besteht. Die beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 sind dann bezüglich des Ladeanschlusses 40 in einer Ladekonfiguration elektrisch verbunden und insbesondere in Reihe geschaltet. In Reihe geschaltet hat eine äquivalente Bedeutung wie in Serie geschaltet.In a charging process of the electrical energy storage 10 . 11 or the high-voltage battery 1 can be provided that the charging switch 30 are closed, the series switch 36 closed, the parallel switch 34 are open and the on-board power switch 32 are open. An open switch means that there is no electrical connection between two terminals of the switch. A closed switch means that there is an electrical connection between the two terminals. The two electrical energy storage 10 . 11 are then relative to the charging port 40 electrically connected in a charging configuration and in particular connected in series. Connected in series has an equivalent meaning as connected in series.

Zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine, über dem Bordnetzanschluss 42 kann vorgesehen sein, dass der Reihenschalter 36 sowie die Ladeschalter 30 geöffnet sind und die Parallelschalter 34 sowie die Bordnetzschalter 32 geschlossen sind. Die beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 befinden sich dann in einer Parallelschaltung bezüglich des Bordnetzanschlusses 42. Der zumindest eine elektrische Verbraucher kann eine Leistungsaufnahme von mehr als 100 Watt und insbesondere mehr als 1000 Watt aufweisen.For supplying at least one electrical load, in particular an electrical machine, via the vehicle power supply connection 42 can be provided that the series switch 36 as well as the charging switch 30 are open and the parallel switch 34 as well as the on-board power switch 32 are closed. The two electrical energy storage 10 . 11 are then in a parallel connection with respect to the electrical system connection 42 , The at least one electrical load can have a power consumption of more than 100 watts and in particular more than 1000 watts.

Vorliegend sind die elektrischen Energiespeicher 10, 11 mittels der Anschlüsse 12, 13 jeweils parallel zu den Kühleinrichtungen 20, 21 geschaltet. Dadurch befinden sich die Kühleinrichtungen 20, 21 zueinander genau dann in einer Parallelschaltung wenn sich die elektrischen Energiespeicher 10, 11 zueinander in einer Parallelschaltung befinden und genau dann zueinander in einer Reihenschaltung, wenn sie die elektrischen Energiespeicher 10, 11 zueinander in einer Reihenschaltung befinden.In the present case are the electrical energy storage 10 . 11 by means of the connections 12 . 13 each parallel to the cooling devices 20 . 21 connected. As a result, the cooling devices are located 20 . 21 each other then in a parallel circuit when the electrical energy storage 10 . 11 to each other in a parallel circuit and then exactly to each other in a series connection, if they are the electrical energy storage 10 . 11 to each other in a series circuit.

Die elektrischen Energiespeicher 10, 11 sind jeweils zur Bereitstellung einer zweiten Spannung ausgebildet. Diese zweite Spannung kann beispielsweise 400 Volt betragen. Der Bordnetzanschluss 42 beziehungsweise der elektrische Verbraucher im Bordnetz kann dazu ausgebildet sein, mit der zweiten Spannung versorgt zu werden. Durch die Reihenschaltung der beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 wird im Bordnetz die zweite Spannung bereitgestellt, wenn sich die elektrischen Energiespeicher 10, 11 in der Betriebskonfiguration befinden.The electrical energy storage 10 . 11 are each designed to provide a second voltage. This second voltage can be for example 400 volts. The electrical system connection 42 or the electrical load in the electrical system can be designed to be supplied with the second voltage. By the series connection of the two electrical energy storage 10 . 11 the second voltage is provided in the electrical system when the electrical energy storage 10 . 11 in the operating configuration.

Durch die Reihenschaltung der elektrischen Energiespeicher 10, 11 summiert sich die durch die jeweiligen Energiespeicher 10, 11 bereitgestellte zweite Spannung auf. Durch die Reihenschaltung der beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 kann somit eine erste Spannung bereitgestellt werden, welche insbesondere doppelt so groß ist wie die zweite Spannung. Diese erste Spannung liegt insbesondere dann vor, wenn die beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 in der Ladekonfiguration elektrisch verbunden sind. Dadurch ist es ermöglicht, die beiden elektrischen Energiespeicher 10, 11 mit der höheren ersten Spannung aufzuladen. Hierdurch können dünnere Ladekabel verwendet werden, Ladeverluste verringert werden oder eine Ladeleistung erhöht und somit eine Ladedauer verringert werden.By the series connection of the electrical energy storage 10 . 11 adds up through the respective energy storage 10 . 11 provided second voltage. By the series connection of the two electrical energy storage 10 . 11 Thus, a first voltage can be provided, which is in particular twice as large as the second voltage. This first voltage is present in particular when the two electrical energy storage 10 . 11 are electrically connected in the charging configuration. This makes it possible, the two electrical energy storage 10 . 11 to charge with the higher first voltage. As a result, thinner charging cables can be used, charging losses can be reduced or charging power increased and thus a charging time can be reduced.

Da die Kühleinrichtungen 20, 21 mit den jeweiligen elektrischen Energiespeichern 10, 11 vorliegend parallel verbunden sind befinden sich auch diese bezüglich des Ladeanschlusses 40 in der Ladekonfiguration in einer Reihenschaltung. Die Reihenschaltung der Kühleinrichtungen 20, 21 kann dann wie ein Spannungsteiler wirken. Insbesondere liegt an jeder der Kühleinrichtungen 20, 21 die zweite Spannung an, wenn an der Reihenschaltung aus beiden Kühleinrichtungen 20, 21 die erste Spannung anliegt. Beispielsweise liegt an der Reihenschaltung der beiden Kühleinrichtungen 20, 21 eine Spannung von 800 Volt an, dann liegt an jedem einzelnen der Kühleinrichtungen 20, 21 eine Spannung von 400 Volt an. Insbesondere sind zu diesem Zweck Kühleinrichtungen 20, 21 mit gleichem elektrischen Widerstand, vorzugsweise jedoch gleiche Kühleinrichtungen 20, 21, vorzusehen. In der Betriebskonfiguration der elektrischen Energiespeicher 10, 11 versorgt vorliegend jeder der elektrischen Energiespeicher 10, 11 die jeweilige zugeordnete Kühleinrichtung 20, 21 direkt mit elektrischer Energie. Somit kann auch in der Betriebskonfiguration jede der Kühleinrichtungen 20, 21 mit der zweiten Spannung versorgt sein. Because the cooling facilities 20 . 21 with the respective electrical energy storage 10 . 11 in this case are connected in parallel, these are also with respect to the charging port 40 in the charging configuration in a series connection. The series connection of the cooling devices 20 . 21 can then act like a voltage divider. In particular, each of the cooling devices is located 20 . 21 the second voltage when at the series connection of both cooling devices 20 . 21 the first voltage is applied. For example, is the series connection of the two cooling devices 20 . 21 a voltage of 800 volts, then is at each one of the cooling devices 20 . 21 a voltage of 400 volts. In particular, cooling devices are for this purpose 20 . 21 with the same electrical resistance, but preferably the same cooling devices 20 . 21 to provide. In the operating configuration of the electrical energy storage 10 . 11 supplies each of the electrical energy storage in the present case 10 . 11 the respective associated cooling device 20 . 21 directly with electrical energy. Thus, also in the operating configuration, each of the cooling devices 20 . 21 be supplied with the second voltage.

Zum Steuern der Energiespeicheranordnung 2, insbesondere der Trennelemente 38 und/oder der elektrischen Energiespeicher 10, 11, kann ein Batteriemanagementsystem 18 vorgesehen sein.For controlling the energy storage device 2 , in particular the separating elements 38 and / or the electrical energy storage 10 . 11 , can be a battery management system 18 be provided.

Ein Gleichstromwandler zum Versorgen des Bordnetzes während des Ladevorgangs kann vorliegend entfallen, da dieser für die Versorgung für die Kühleinrichtungen 20, 21 nicht notwendig ist. Es kann dennoch ein Gleichstromwandler vorgesehen sein, beispielsweise um den Grundbedarf des Bordnetzes zu versorgen, beispielsweise um Bordnetzfunktionen zu überwachen oder eine Starterbatterie zu laden. Hierfür ist ein wesentlich geringere Leistung des Gleichstromwandlers gegenüber dem Stand der Technik nötig. Beispielsweise kann eine Leistung von 100 oder von 250 Watt ausreichend sein. Dadurch können Kosten und Gewicht eingespart werden.A DC-DC converter for supplying the electrical system during the charging process can be omitted in this case, since this for the supply of the cooling devices 20 . 21 is not necessary. It can still be provided a DC converter, for example, to supply the basic needs of the electrical system, for example, to monitor electrical system functions or to charge a starter battery. For this purpose, a much lower power of the DC-DC converter over the prior art is necessary. For example, a power of 100 or 250 watts may be sufficient. This can save costs and weight.

Die elektrischen Energiespeicher 10, 11 können ein Batteriegehäuse 19 aufweisen. Aus dem Batteriegehäuse 19 können die Anschlüsse 12, 13, welche jeweils einen Pluspol und einen Minuspol der jeweiligen elektrischen Energiespeicher 10, 11 beziehungsweise der Teilbatterien umfassen, herausgeführt sein. An diesen Anschlüssen kann dann eine jeweilige Kühleinrichtung 20, 21 derart angeschlossen werden, dass jeder der elektrischen Energiespeicher 10, 11 beziehungsweise jede Teilbatterie jeweils einer zugeordneten Kühleinrichtung 20, 21 eine Spannung, insbesondere die zweite Spannung, vorzugsweise 400 Volt, zur Verfügung stellt. Zusätzlich kann auf diese Art auch ein Heizelement zum Anwärmen der Batterie und/oder eines Fahrzeuginnenraumes an die Anschlüsse 12, 13 angeschlossen sein.The electrical energy storage 10 . 11 can be a battery case 19 exhibit. From the battery case 19 can the connections 12 . 13 , which each have a positive pole and a negative pole of the respective electrical energy storage 10 . 11 or the sub-batteries include, led out. At these connections can then be a respective cooling device 20 . 21 be connected such that each of the electrical energy storage 10 . 11 or each sub-battery in each case an associated cooling device 20 . 21 a voltage, in particular the second voltage, preferably 400 volts, provides. In addition, in this way, a heating element for heating the battery and / or a vehicle interior to the ports 12 . 13 be connected.

Die Kühleinrichtungen 20, 21, welche insbesondere als Kältemittelverdichter ausgebildet sind, können eine Isolation zwischen Hochspannungsanschlüssen, beispielsweise dem Ladeanschluss 40 oder dem Bordnetzanschluss 42, und dem Kühleinrichtungsgehäuse 29 aufweisen, wobei die Isolation für die höchste auftretende Spannung ausgelegt und entsprechend geprüft sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühleinrichtungsgehäuse 29 und/oder die Hochspannungsanschlüsse berührgeschützt mit einer Schutzisolierung nach Schutzklasse 2 ausgeführt sein. Vorteilhafterweise kann ein Isoliergehäuse die Kühleinrichtung 20, 21 und/oder die Heizelemente so umgeben, dass ein Berühren unmöglich ist und eine Anforderung an die Isolierung erfüllt wird.The cooling equipment 20 . 21 , which are designed in particular as a refrigerant compressor, an insulation between high-voltage terminals, such as the charging port 40 or the electrical system connection 42 , and the refrigerator housing 29 , wherein the insulation can be designed for the highest voltage occurring and tested accordingly. Alternatively or additionally, the cooler housing 29 and / or the high-voltage connections protected against contact with a protective insulation according to protection class 2 be executed. Advantageously, an insulating housing, the cooling device 20 . 21 and / or surrounding the heating elements so that touching is impossible and a requirement for insulation is met.

Es kann auch ein erweitertes Batteriegehäuse 17 vorgesehen sein, welches die elektrische Energiespeicher 10, 11 sowie das Heizelement und/oder die Kühleinrichtungen 20, 21 umfasst. Damit erübrigen sich, wie in der Fig. gezeigt, aus dem erweiterten Batteriegehäuse 17 herausgeführte Anschlüsse 12, 13 welche abgesichert und beidpolig abschaltbar ausgeführt sein müssten. Das Batteriegehäuse 19 kann dann Kältemitteldurchbrüche aufweisen. Kosten für notwendige elektrische Schaltelemente und Sicherungselemente und Steckverbinder und Leitungssätze können verringert werden. Einige Stromschienen und Isolierelemente im Inneren des Batteriegehäuses 19 beziehungsweise des erweiterten Batteriegehäuse 17 können dann hinreichend sein. Eine Zugänglichkeit beispielsweise für Wartungsarbeiten kann dann über Wartungsklappen bereitgestellt sein.It can also be an extended battery case 17 be provided, which is the electrical energy storage 10 . 11 and the heating element and / or the cooling devices 20 . 21 includes. This eliminates, as shown in the figure, from the extended battery case 17 led out connections 12 . 13 which must be secured and beidpolig switched off. The battery case 19 can then have refrigerant breakthroughs. Costs for necessary electrical switching elements and fuse elements and connectors and cable sets can be reduced. Some bus bars and insulating elements inside the battery case 19 or the extended battery case 17 can then be sufficient. Accessibility for maintenance, for example, can then be provided via maintenance flaps.

Es kann auch eine flanschartige Ausprägung an einer Seite des Batteriegehäuses 19 dazu ausgebildet sein, eine Aufnahme zur Festlegung des Kühleinrichtungsgehäuses 29 bereit zu stellen. Zur Festlegung mehrerer Kühleinrichtungsgehäuse 29 können mehrere derartige flanschartige Ausprägungen vorgesehen sein. Beim Festlegen beziehungsweise Andocken der Kühleinrichtungen 20, 21 beziehungsweise deren Kühleinrichtungsgehäuse 29 an das Batteriegehäuse 19 können Versorgungsanschlüsse, insbesondere für ein Kältemittel, sowie die Anschlüsse 12, 13 verbunden werden. Vorzugsweise sind in einem festgelegten Zustand des Kühleinrichtungsgehäuse 29 am Batteriegehäuse 19 beziehungsweise in einem endmontierten Zustand Versorgungsanschlüsse und die Anschlüsse 12, 13 nicht zugänglich. Dann können Schaltelemente, Sicherungselemente, Steckverbinder und/oder Leistungssätze entfallen.It can also be a flange-like expression on one side of the battery case 19 be adapted to a receptacle for fixing the cooling device housing 29 to provide. Defining multiple cooler housings 29 a plurality of such flange-like characteristics may be provided. When fixing or docking the cooling devices 20 . 21 or their cooling device housing 29 to the battery case 19 can supply connections, especially for a refrigerant, as well as the connections 12 . 13 get connected. Preferably, in a fixed state of the refrigerator housing 29 on the battery case 19 or in a final assembled state supply connections and the connections 12 . 13 inaccessible. Then switching elements, fuse elements, connectors and / or power kits can be omitted.

Bei einem Betrieb der Kühleinrichtungen 20, 21, beziehungsweise der Heizelemente ist vorzugsweise die aufgenommene Leistung der Kühleinrichtungen 20, 21 beziehungsweise der Heizelemente gleich groß, so dass die gleiche Spannung anliegt beziehungsweise die gleiche Spannung abfällt.In an operation of the cooling devices 20 . 21 , or the heating elements is preferably the absorbed power of the cooling devices 20 . 21 or the heating elements the same size, so that the same voltage is applied or the same voltage drops.

Um hohe Ausgleichsströme zwischen den elektrischen Energiespeichern 10, 11 beim Übergang von der Ladekonfiguration in die Betriebskonfiguration zu vermeiden, müssen die jeweiligen Spannungen der elektrischen Energiespeicher 10, 11 gut übereinstimmen, insbesondere muss der jeweilige Ladezustand der elektrischen Energiespeicher 10, 11 gut übereinstimmen. Abweichungen zwischen den elektrischen Energiespeichern 10, 11 können beispielsweise durch Alterung oder Temperatureinflüsse entstehen. Diese Unterschiede können durch gezielte Steuerung des Ladevorgangs, beispielsweise durch das Batteriemanagementsystem 18, rasch ausgeglichen werden.To high balancing currents between the electrical energy storage 10 . 11 To avoid the transition from the charging configuration in the operating configuration, the respective voltages of the electrical energy storage 10 . 11 agree well, in particular, the respective state of charge of the electrical energy storage 10 . 11 agree well. Deviations between the electrical energy stores 10 . 11 can be caused for example by aging or temperature influences. These differences can be achieved by targeted control of the charging process, for example by the battery management system 18 to be compensated quickly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: HochvoltbatterieHigh-voltage battery
22: EnergiespeicheranordnungEnergy storage device
33: Trenneinrichtungseparator
1010: elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1111: elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1212: Anschlüsseconnections
1313: Anschlüsseconnections
1616: Speicherzellememory cell
1717: erweitertes Batteriegehäuseextended battery case
1818: BatteriemanagementsystemBattery Management System
1919: Batteriegehäusebattery case
2020: Kühleinrichtungcooling device
2121: Kühleinrichtungcooling device
2323: Thermostatthermostat
2424: Wechselrichterinverter
2525: elektrische Maschineelectric machine
2626: Klimakompressorair compressor
2727: DrehstromverbindungThree-phase connection
2929: KühleinrichtungsgehäuseCooler housing
3030: Ladeschaltercharging switch
3232: BordnetzschalterBattery switch
3434: Parallelschalterparallel switch
3636: Reihenschalterseries switch
3838: Trennelementeseparators
4040: Ladeanschlusscharging port
4242: Bordanschlussboard connector
4444: WechselstromladeanschlussAC charging port
4646: WechselstromladeeinrichtungAC charger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015006208 A1 [0004]

Claims

Energy storage arrangement ( 2 ) for a motor vehicle, with at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) and at least one cooling device ( 20 . 21 ) for cooling the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) and with a separating device ( 3 ), which is adapted to the at least two electrical energy storage ( 10 . 11 ) for a charging process of the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) electrically connect in a charging configuration and electrically connect to supply an electrical load in an operating configuration, characterized in that the energy storage device ( 2 ) at least two cooling devices ( 20 . 21 ) and each of the at least two electrical energy storage ( 10 . 11 ) a respective cooling device ( 20 . 21 ) assigned.

Energy storage arrangement according to claim 1, characterized in that the separating device ( 3 ) is adapted to the at least two electrical energy storage ( 10 . 11 ) as well as the respective cooling devices ( 20 . 21 ) in the charging configuration in each case in series and in the operating configuration in each case in parallel.

Energy storage arrangement ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy storage arrangement ( 2 ) a battery ( 1 ) with a plurality of memory cells ( 16 ), wherein the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) each at least one memory cell ( 16 ).

Energy storage arrangement ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the charging configuration, a voltage level of 800 volts and in the operating configuration, a voltage level of 400 volts is provided.

Method for operating an energy storage device ( 2 ) for a motor vehicle, with at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) and at least one cooling device ( 20 . 21 ) for cooling the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ), wherein the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) by means of a separating device ( 3 ) for a charging process of the at least two electrical energy stores ( 10 . 11 ) are connected in a charging configuration and are electrically connected to supply an electrical load in an operating configuration, characterized in that the energy storage arrangement ( 2 ) at least two cooling devices ( 20 . 21 ) and each electrical energy store ( 10 . 11 ) a respective cooling device ( 20 . 21 ).