DE102018207263A1 - Elektrisches Bordsystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Teilnetzen - Google Patents

Elektrisches Bordsystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Teilnetzen Download PDF

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Bastian Hartmann
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Abstract

Das elektrische Bordnetzsystem eines Kraftfahrzeugs verfügt über ein erstes Teilnetz, das eine kleinere erste Spannung U1 und mindestens einen für diese erste Spannung U1 ausgelegten ersten Verbraucher (20) aufweist und über ein zweites Teilnetz, das eine im Vergleich zur ersten Spannung U1 um den Faktor n mit n nicht kleiner als 2 höhere zweite Spannung U2 und mindestens einen für diese zweite Spannung U2 ausgelegten zweiten Verbraucher (26) und eine für diese zweite Spannung U2 ausgelegte Batterie (24) aufweist. Die Batterie (24) hat eine Anzahl m von in Reihe geschalteten Zellen (32), einen mit dem freien Pol einer ersten Zelle 1 verbundenen Minusanschluss (28) und einen mit dem freien Pol einer letzten Zelle m verbundenen Plusanschluss (30) und mindestens einen Abgriff, der so gewählt ist, dass die Spannung der Batterie (24) zwischen dem Minusanschluss (28) und dem diesem nächstliegenden Abgriff, zwischen zwei benachbarten Abgriffen (34, 36) und zwischen dem Plusanschluss (20) und dem diesem nächstliegenden Abgriff (34, 36) jeweils der ersten Spannung U1 entspricht. Eine Schaltereinheit (38) ist eingangsseitig mit dem Minusanschluss (28), dem mindestens einen Abgriff (34, 36) und dem Plusanschluss (30) und ausgangsseitig mit dem ersten Teilnetz verbunden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bordsystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Teilnetzen. Kraftfahrzeuge nach dem Stand der Technik, beispielsweise Hybridelektrofahrzeuge mit einer tieferen Spannung von zumeist 12 V und einer hohen Spannung für den elektrischen Antriebsmotor, oder auch milde Hybrids mit dieser tieferen Spannung von 12 V und einer höheren Spannung von 48 V haben zwei separate Energiespeichersysteme, nämlich zwei separate Batterien. Unter Batterie wird dabei ein Akkumulator verstanden. Für jedes Teilnetz ist eine eigene Batterie vorgesehen. Die beiden Teilnetze sind durch einen Gleichspannungs- Gleichspannungs Konverter, im folgenden DCDC-Konverter genannt, miteinander verbunden.
  • Die Hauptfunktion der Batterie für das erste Teilnetz mit niedriger Spannung von zum Beispiel 12 V liegt darin, alle Verbraucher mit Spannung versorgen zu können, die während des ausgeschalteten Zustands des Fahrzeugs (key off) mit Spannung versorgt werden sollen oder müssen und das zweite Teilnetz mit der höheren Spannung beim Starten des Fahrzeugs einzuschalten. Die Funktionen des ersten Teilnetzes auf die Spannung des zweiten Teilnetzes zu verlagern und dessen einzelne Verbraucher entsprechend für die höhere Spannung auszulegen, ist wirtschaftlich nicht sinnvoll. Zudem hat der DCDC-Konverter einen recht schlechten Wirkungsgrad, wenn er bei geringer Leistung betrieben wird.
  • Die Batterie für das erste Teilnetz hat jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Kosten, den Bauraum und das Gewicht des Kraftfahrzeugs. Es wäre vorteilhaft, wenn diese Batterie entfallen könnte.
  • Aus US 8 957 610 B2 ist eine umkonfigurierbare Multiport-Batterie bekannt. Sie hat mindestens eine Bank von statisch verbundenen, in Reihe geschalteten Batteriezellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Pol aufweisen, die über Schalter mit entsprechenden Ausgangsverbindungen an mindestens einem Anschluss verbunden sind. Prozessorgesteuerte Schalter rekonfigurieren die einzelnen Zellen, um Strom für elektrische Verbraucher an einem oder mehreren Ports bereitzustellen, und liefern gleichzeitig Ladevorgänge an einem oder mehreren anderen Ports. Eine alternative Konfiguration unterteilt Gruppen von in Reihe geschalteten Zellen in getrennte Batteriebänke, die andere Konfigurationen erlauben. Ports sind so konfigurierbar, dass sie sich eine gemeinsame Verbindung mit anderen Ports teilen, was eine vereinfachte Konfiguration ermöglicht (mehrfach umkonfigurierbare Batterie). Zu den Anwendungen gehören wählbare Motorgeschwindigkeitssteuerungs- und Batterieregenerationsschemata, die an die Motorleistung angepasst sind, und ein- oder mehrphasige Wechselstromleistung bei wählbaren Frequenzen zur Verwendung als unterbrechungsfreie Stromversorgung. Die Batterie wird auch als eine Energiequelle für ein Zwangsluftansaugsystem (z. B. elektrisch angetriebener Turbolader) für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen.
  • Aus der DE 10 2016 008 052 A1 ist eine Energiespeichereinrichtung für einen Kraftwagen mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, mit einem Ladeanschluss zum Laden der Energiespeicher, mit einem Betriebsanschluss zum Betrieb eines Verbrauchers an der Energiespeichereinrichtung und mit einer Schalteinrichtung, die mehrere Schaltelemente (S1-S7) aufweist und mittels welcher die Energiespeicher wahlweise in Serie oder parallel schaltbar sind, wobei ein fünftes Schaltelement der Schalteinrichtung dauerhaft mit den elektrischen Polen entgegengesetzter Polarität von den Energiespeichern elektrisch gekoppelt ist und mit dem fünften Schaltelement die Energiespeicher unabhängig von den weiteren Schaltelementen (S1-S4, S6, S7) der Schalteinrichtung in Serie schaltbar sind, um eine Energiespeichereinrichtung in einem Kraftwagen bereitzustellen, die auf effiziente Weise mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden kann und welche insbesondere einschlägige Sicherheitsvorschriften für den Betrieb einer Energiespeichereinrichtung in einem Kraftwagen erfüllt.
  • Aus der DE 10 2016 008 263 A1 ist eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten elektrischen Energiespeicher und zumindest einem zweiten elektrischen Energiespeicher, einem Ladeanschluss und einem Versorgungsanschluss, einem ersten Schalter, mittels welchem ein positiver Pol des ersten elektrischen Energiespeichers mit einem positiven Pol des Versorgungsanschlusses verbindbar ist, einem dritten Schalter, mittels welchem ein positiver Pol des zweiten elektrischen Energiespeichers mit dem positiven Pol des Versorgungsanschlusses verbindbar ist, einem vierten Schalter, mittels welchem ein negativer Pol des zweiten elektrischen Energiespeichers mit einem negativen Pol des Versorgungsanschlusses verbindbar ist; und einem fünften Schalter bekannt, mittels welchem der positiver Pol des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem negativen Pol des zweiten elektrischen Energiespeichers verbindbar ist. Dabei weist die Batterieanordnung einen zweiten Schalter auf, mittels welchem ein negativer Pol des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem negativen Pol des Versorgungsanschlusses verbindbar ist. Die Batterieanordnung weist einen sechsten Schalter auf, mittels welchem der negative Pol des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem negativen Pol des Ladeanschlusses verbindbar ist. Die Batterieanordnung hat einen siebten Schalter, mittels welchem der positive Pol des zweiten elektrischen Energiespeichers mit dem positiven Pol des Ladeanschlusses verbindbar ist.
  • Sowohl die DE 10 2016 008 263 A1 als auch die DE 10 2016 008 052 A1 beziehen sich auf alternative Ladevorrichtungen für Hochvoltbatterien in Plug In und Elektrofahrzeugen. Die Schalteranordnungen ermöglichen eine Parallel- oder Serienschaltung von zwei Energiespeichern.
  • Eine Möglichkeit, um die Batterie für das erste Teilnetz einzusparen, vielmehr sie in diejenige des zweiten Teilnetzes zu integrieren, besteht darin, einen Abgriff bei einer bestimmten Anzahl von Zellen der Batterie des zweiten Teilnetzes vorzusehen, nämlich bei der Spannung, die für das erste Teilnetz benötigt wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass die betreffenden, für das erste Teilnetz genutzten Zellen doppelt genutzt und damit deutlich stärker in Anspruch genommen werden. Sie altern daher auch schneller als die restlichen Zellen. Wenn die zweifach genutzten Zellen jedoch nicht mehr ausreichend zur Energiespeicherung beitragen, muss die komplette, relativ teure Batterie für das zweite Teilnetz ausgetauscht werden, obwohl einige Zellen noch gut arbeiten. Dies ist ein erheblicher Kostenfaktor und Nachteil.
  • Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hatte sich zur Aufgabe gemacht, auf eine Batterie für das erste Teilnetz zu verzichten und die für das erste Teilnetz benötigte Spannung aus der Batterie für das zweite Teilnetz abzuleiten. Dabei soll die Belastung der einzelnen Zellen der Batterie für das zweite Teilnetz auf Dauer möglichst ausgeglichen sein, so das einzelne Zellen im Mittel nicht stärker beansprucht werden als andere. Auch soll der Aufwand für das Schalten von Zellen der Batterie deutlich geringer sein als zum Beispiel bei der US 8 957 610 B2 .
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Bordnetzsystem eines Kraftfahrzeugs, das
    ein erstes Teilnetz, das eine kleinere erste Spannung U1 und mindestens einen für diese erste Spannung ausgelegten ersten Verbraucher aufweist und ein zweites Teilnetz, das eine im Vergleich zur ersten Spannung um den Faktor n, mit n nicht kleiner als 2, höhere zweite Spannung U2 und mindestens einen für diese zweite Spannung U2 ausgelegten zweiten Verbraucher, insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs, und eine für diese zweite Spannung U2 ausgelegte Batterie aufweist, welche Batterie eine Anzahl m von in Reihe geschalteten Zellen, einen mit dem freien Pol einer ersten Zelle 1 verbundenen Plusanschluss und einen mit dem freien Pol einer letzten Zelle m verbundenen Minusanschluss aufweist, wobei die Batterie mindestens einen Abgriff aufweist, sich jeder Abgriff zwischen der ersten Zelle 1 und einer letzten Zelle m befindet und so gewählt ist, dass die Spannung der Batterie zwischen dem Minusanschluss und dem diesem nächstliegenden Abgriff, zwischen zwei benachbarten Abgriffen und zwischen dem Plusanschluss und dem diesem nächstliegenden Abgriff jeweils der ersten Spannung entspricht, und eine Schaltereinheit vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Minusanschluss, dem mindestens einen Abgriff und dem Plusanschluss verbunden ist und ausgangsseitig mit dem ersten Teilnetz verbunden ist.
  • Die Erfindung ermöglicht eine gleichmäßige Nutzung aller m Zellen der für die zweite Spannung U2 ausgelegten Batterie. Es wird nur eine einzige Batterie benötigt, nämlich die für die zweite Spannung U2 ausgelegte Batterie. Eine separate Batterie für das erste Teilnetz entfällt. Vorzugsweise muss die Batterie nur n-1 Abgriffe aufweisen. Zwischen dem Minusanschluss und dem diesem nächstliegenden Abgriff, zwischen zwei benachbarten Abgriffen, und zwischen dem Plusanschluss und dem diesem nächstliegenden Abgriff befindet sich vorzugsweise jeweils die gleiche Anzahl von Zellen. Dadurch vereinfacht sich die Aufteilung der Energieentnahme aus der Batterie auf die einzelnen Zellen und vereinfacht sich die Schaltereinheit. Es werden jeweils Blöcke von Zellen für die erste Spannung U1 herangezogen. Diese Blöcke bleiben fest zusammenhängend. Sie können durch separate, einzelne Batterien realisiert sein. Sie haben beispielsweise eine Anzahl von 6 Zellen. Andere Anzahlen von Zellen pro Block sind möglich. Vorzugsweise haben alle Blöcke die gleiche Anzahl von Zellen. Die zweite Spannung U2 hat den Wert n·U1. Es ist bevorzugt, wenn n eine natürliche Zahl ist, ausgewählt aus n = 2, 3, 4, 5, 6.... ..
  • Vorzugsweise hat die Spannung jeder einzelnen Zelle der Batterie den Wert Z, der Betrag der ersten kleineren Spannung hat den Wert U1 = Z.m/n, und die Anzahl der Abgriffe hat den
    Wert n-1. Vorzugsweise hat das Bordnetzsystem weiterhin einen bidirektionalen Gleichspannungs-Gleichspannungs Konverter, der eingangsseitig an das zweite Teilnetz und ausgangsseitig an das erste Teilnetz angeschlossen ist. Vorzugsweise hat die Schaltereinheit einen Minusausgang und einen Plusausgang. Vorzugsweise ist der Schaltereinheit eine Steuervorrichtung zugeordnet, die die Schaltereinheit so ansteuert, dass entweder der Minusanschluss und der diesem nächstliegende Abgriff, oder zwei benachbarte Abgriffe, oder der Plusanschluss und der diesem nächstliegende Abgriff mit dem zweiten Teilnetz verbunden ist, wobei die Polung zu beachten ist. Die Polung soll so sein, dass die korrekte Polung am Ausgang der Schaltereinheit, nämlich minus am Minusausgang und plus am Plusausgang, erreicht ist.
  • Vorzugsweise erfasst die Steuervorrichtung für jeden Schaltzustand der Schaltereinheit jeweils die Menge der aus dem betroffenen Zellen der Batterie pro Zeiteinheit entnommenen elektrischen Stroms und steuert die Schaltereinheit so, dass alle Zellen möglichst gleich belastet werden. Dies bedeutet, dass über einen Zeitbereich, zum Beispiel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ladezyklen der Batterie, allen Zellen die gleiche elektrische Energiemenge entnommen wird, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %.
    Da die Entnahme elektrischer Energie aus den einzelnen Zellen sich möglichst wenig von Zelle zu Zelle unterscheidet, werden einzelne Zellen nicht stärker beansprucht als andere. Vorzugsweise sind die Zellen der Batterie baugleich.
  • Nur in einer Schalterstellung der Schaltereinheit ist der Minusanschluss der Batterie mit dem Minusausgang der Schaltereinheit verbunden. Entsprechendes gilt für den Plusanschluss der Batterie und den Plusausgang der Schaltereinheit in einer anderen Schalterstellung der Schaltereinheit. Es ist lediglich möglich, entweder einen Anschluss der Batterie oder einen Ausgang der Schaltereinheit auf Masse zu legen. Wenn man sich beispielsweise entschließt, den Minusanschluss der Batterie auf Masse zu legen, liegen der Minusausgang der Schaltereinheit und damit das gesamte erste Teilnetz je nach Schalterstellung auf unterschiedlichem, mit der Schalterstellung wechselndem Potenzial gegenüber Masse. Es ist nicht möglich, bei dieser Auswahl auch das erste Teilnetz auf Masse zu legen. Das erste Teilnetz schwimmt elektrisch.
  • Wenn man eine andere Auswahl trifft und das erste Teilnetz auf Masse legt, schwimmt das zweite Teilnetz. Diese Probleme mit dem Potenzial muss man beachten, sie sind aber beherrschbar. Es ist vorteilhaft, einen Anschluss der Batterie auf Masse zu legen. Dies führt zu einer Minimierung der auftretenden Potenzialdifferenzen. Es ist aber auch möglich, einen Ausgang der Schaltereinheit auf Masse zu legen. Dies ermöglicht es, die Karosserie als Leiter für beispielsweise Lampen, Blinker usw., also für Verbraucher im ersten Teilnetz, zu nutzen. Mindestens ein Teilnetz muss elektrisch von Masse getrennt und insgesamt isoliert ausgebildet sein.
  • Mit einer separaten Batterie für das erste Teilnetz werden auch die üblicherweise dieser im Stand der Technik vorgesehenen Batterie des ersten Teilnetzes zugeordneten Baueinheiten eingespart, beispielsweise eine Lichtmaschine für die erste Spannung U1, ein Regler usw.. Es ist nur notwendig, die einzige Batterie des Bordnetzsystems zu laden, nur für diese müssen Ladeeinrichtungen usw. bereitgehalten werden. Alle Aufwendungen für das Laden einer zusätzlichen Batterie für das erste Teilnetz entfallen.
  • Aufgrund der abgegriffenen ersten Spannung U1 wirkt die für die zweite Spannung U2 ausgelegte einzige Batterie als eine Art Spannungsteiler. Es kann dann ohne DCDC Konverter gearbeitet werden. Insbesondere kann ein Konverter, der in der Richtung von der ersten Spannung U1 zur zweiten Spannung U2 arbeitet, eingespart werden.
  • Vorzugsweise erfasst und speichert die Steuervorrichtung zudem für jede einzelne Zelle oder für jeden einzelnen Block von Zellen die entnommene und eingeleitete Strommenge über eine Zeitdauer, die mindestens fünfmal so groß ist wie die Zeiteinheit. In dieser längeren Zeitdauer auftretende Abweichungen werden bei künftigen Einsätzen der Zellen bzw. Blöcke ausgeglichen. Dies hat den Vorteil, dass die Nutzung der Zellen bzw. Blöcke noch ausgeglichener ist. Wenn zum Beispiel ein Nutzer das Kraftfahrzeug in einem Zustand abschaltet, in dem ein Block belastet wurde, aber noch nicht so sehr, dass ein umschalten auf einen anderen Block erfolgen musste, wird diese Belastung gespeichert und bei einer späteren Verwendung der Batterie wieder ausgeglichen.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben, sie dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung. Sie sind nicht einschränkend zu verstehen. In der Zeichnung zeigen die einzelnen Figuren folgendes:
    • 1 ein prinzipielles Schaltbild eines elektrischen Bordnetzsystems eines (hier nicht dargestellten) Fahrzeugs in einer ersten Ausbildung,
    • 2 ein Detail aus 1, nämlich eine Schaltereinheit in näherer Darstellung ihrer einzelnen Schalter, und
    • 3 ein prinzipielles Schaltbild wie 1, jedoch nun in einer zweiten Ausbildung, ohne Konverter.
  • Das elektrische Bordnetzsystem arbeitet in einem ersten Teilnetz mit einer kleineren, ersten Spannung U1, im Ausführungsbeispiel beträgt sie 12 V. Zu diesem ersten Teilnetz gehört ein für die erste Spannung ausgelegter erster Verbraucher 20, zum Beispiel ein Frontscheinwerfer, eine Blinkleuchte oder ein Informationssystem mit Autoradio. Zu diesem ersten Teilnetz gehört weiterhin ein Kondensator 22, der bei den noch zu erläuternden Schaltvorgängen dafür sorgt, dass die Spannung des ersten Teilnetzes während eines Schaltvorgangs im Wesentlichen aufrechterhalten bleibt. Das erste Teilnetz hat keine eigene Batterie.
  • Das elektrische Bordnetzsystem hat weiterhin ein zweites Teilnetz. Es arbeitet bei einer verglichen mit der ersten Spannung U1 dreifach höheren Spannung, nämlich der höheren zweiten Spannung U2. Sie liegt zwischen A und B an. Der Faktor n liegt damit bei n=3. Es gilt U2 = 3 U1. Nur dieses zweite Teilnetz hat eine Batterie 24. Sie ist ausgelegt für die Spannung U2. Das zweite Teilnetz hat weiterhin einen für die zweite Spannung U2 ausgelegten zweiten Verbraucher 26, beispielsweise ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs.
  • Die Batterie 24 hat einen Minusanschluss 28 und einen Plusanschluss 30. Diese sind über einen Schalter mit dem zweiten Verbraucher 26 verbunden. Die Batterie 24 hat insgesamt zwölf baugleiche Zellen 32, sie sind durchnummeriert mit 1 bis 12. Jeweils vier Zellen sind zu einem Block zusammengefasst, es gibt insgesamt drei Blöcke, nämlich einen oberen Block mit den Zellen 1 bis 4, einen mittleren Block mit den Zellen 5-8 und einen unteren Block mit den Zellen 9-12. Zwischen dem oberen Block und dem mittleren Block befindet sich ein oberer Abgriff 34, zwischen dem mittleren Block und dem unteren Block befindet sich ein unterer Abgriff 36.
  • Die beiden Abgriffe 34, 36, der Minusanschluss 28 und der Plusanschluss 30 sind mit einer Schaltereinheit 38 eingangsseitig verbunden. Ausgangsseitig hat diese Schaltereinheit 38 einen Minusausgang 40 und einen Plusausgang 42. Das Innenleben dieser Schaltereinheit 38 ist aus 2 ersichtlich, dort sind die einzelnen Schalter S1 bis S6 der Schaltereinheit 38 eingezeichnet. Für die drei möglichen Schaltzustände gilt die folgende Tab. 1 Tabelle 1
    oberer Block mittlerer Block unterer Block
    S1 offen offen geschlossen
    S2 offen geschlossen offen
    S3 offen offen geschlossen
    S4 geschlossen offen offen
    S5 offen geschlossen offen
    S6 geschlossen offen offen
  • Beim Schalten von einem Zustand zu einem anderen öffnen zunächst die bislang geschlossenen Schalter bevor die für den neuen Schaltzustand zu schließenden Schalter geschlossen werden. Dadurch werden Kurzschlüsse vermieden. Es treten allerdings kurze Pausen ein, in denen das erste Teilnetz nicht mit Spannung versorgt wird. Diese Unterbrechungen gleicht der Kondensator 22 aus.
  • Die Schaltereinheit 38 schaltet stets so, dass der positive Pol des jeweils eingeschalteten Blocks mit dem Plusausgang 42 verbunden ist.
  • Die Schaltereinheit 38 weist eine Steuervorrichtung 44 auf. In ihr werden die elektrischen Ströme erfasst und aufgezeichnet, die aus jedem einzelnen Block in das erste Teilnetz abfließen. Es wird auch die Zeitdauer erfasst und aufgezeichnet. Auf diese Weise liegt in der Steuervorrichtung 44 eine Information darüber vor, welche Mengen an Strom aus jedem einzelnen Block innerhalb einer gewissen Zeitspanne, beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ladezyklen der Batterie 24, entnommen wurden. Die Steuervorrichtung 44 schaltet in einen anderen Schaltzustand der Schaltereinheit 38, wenn ein Block verglichen mit den anderen Blöcken eine um einen Schwellenwert höhere elektrische Leistung abgegeben hat, zum Beispiel mehr als 20 % oder zumindest mehr als 10 %. Dann wird stattdessen derjenige Block für die Versorgung des ersten Teilnetzes eingeschaltet, der bislang noch den höchsten Ladezustand hat. Auf diese Weise wird innerhalb einer Zeitspanne erreicht, dass im Mittel alle Blöcke gleichmäßig belastet werden. Entsprechend kann auch bei der Aufladung der Batterie 24 vorgegangen werden. Es ist möglich, die Batterie 24 entweder mit einer der zweiten Spannung U2 entsprechenden Ladespannung zu laden oder aber die einzelnen Blöcke nacheinander oder gegebenenfalls auch in Parallelschaltung mit einer der ersten Spannung U1 entsprechenden Ladespannung zu laden. Bei Ladung nacheinander wird wie oben bei der Entnahme verfahren. Auch hier kann die Steuervorrichtung 44 verwendet werden, um die Stromflüsse in die Batterie 24 zu steuern.
  • Das Bordnetzsystem weist einen bidirektionalen DCDC Konverter 46 auf. Er ist eingangsseitig mit dem zweiten Teilnetz und ausgangsseitig mit dem ersten Teilnetz verbunden.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der negative Pol des ersten Teilnetzes auf Masse gelegt siehe Masseanschluss 48 dieser ist mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden. Damit schwimmt das zweite Teilnetz elektrisch, es ist floating.
  • 3 zeigt die bislang beschriebene Anordnung, jedoch nun ohne den Konverter 46. weiterhin ist der negative Pol des zweiten Teilnetzes auf Masse gelegt siehe Masseanschluss 48. Die einzelnen Schaltstellungen der Schaltereinheit 38 sind für beide Ausführungsbeispiele gleich. Zum Ausführungsbeispiel nach 3 passt die Schaltereinheit gemäß 2.
  • Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.
  • In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 20
    erster Verbraucher
    22
    Kondensator
    24
    Batterie
    26
    zweiter Verbraucher
    28
    Minusanschluss
    30
    Plusanschluss
    32
    Zelle
    34
    oberer Abgriff
    36
    unterer Abgriff
    38
    Schaltereinheit
    40
    Minusausgang
    42
    Plusausgang
    44
    Steuervorrichtung
    46
    Konverter
    48
    Masseanschluss
    U1
    erste Spannung
    U2
    zweite Spannung
    UZ
    Zellenspannung
    m
    Anzahl der Zellen
    n
    Verhältnis zwischen U2 und U1
  • 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
    • US 8957610 B2 [0004, 0009]
    • DE 102016008052 A1 [0005, 0007]
    • DE 102016008263 A1 [0006, 0007]

Claims (14)

  1. Elektrisches Bordnetzsystem eines Kraftfahrzeugs, das ein erstes Teilnetz, das eine kleinere erste Spannung U1 und mindestens einen für diese erste Spannung U1 ausgelegten ersten Verbraucher (20) aufweist und ein zweites Teilnetz, das eine im Vergleich zur ersten Spannung U1 um den Faktor n mit n nicht kleiner als 2 höhere zweite Spannung U2 und mindestens einen für diese zweite Spannung U2 ausgelegten zweiten Verbraucher (26), insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs, und eine für diese zweite Spannung U2 ausgelegte Batterie (24) aufweist, welche Batterie (24) eine Anzahl m von in Reihe geschalteten Zellen (32), einen mit dem freien Pol einer ersten Zelle 1 verbundenen Plusanschluss (30) und einen mit dem freien Pol einer letzten Zelle m verbundenen Minusanschluss (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (24) mindestens einen Abgriff (34, 36) aufweist, dass sich jeder Abgriff (34, 36) zwischen dem Plusanschluss (30) und dem Minusanschluss (28 befindet und so gewählt ist, dass die Spannung der Batterie (24) zwischen dem Minusanschluss (28) und dem diesem nächstliegenden Abgriff (34, 36), zwischen zwei benachbarten Abgriffen (34, 36) und zwischen dem Plusanschluss (20) und dem diesem nächstliegenden Abgriff (34, 36) jeweils der ersten Spannung U1 entspricht, dass eine Schaltereinheit (38) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Minusanschluss (28), dem mindestens einen Abgriff (34, 36) und dem Plusanschluss (30) verbunden ist und ausgangsseitig mit dem ersten Teilnetz verbunden ist.
  2. Elektrisches Bordnetzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung UZ jeder einzelnen Zelle (32) der Batterie (24) den Wert Z hat, dass der Betrag der ersten kleineren Spannung U1 den Wert Z·m/n hat, und dass die Anzahl der Abgriffe (34, 36) den Wert n-1 hat.
  3. Elektrisches Bordnetzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass n eine natürliche Zahl ist.
  4. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen bidirektionalen Gleichspannungs-Gleichspannungs Konverter (46) aufweist, der eingangsseitig an das zweite Teilnetz und ausgangsseitig an das erste Teilnetz angeschlossen ist.
  5. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltereinheit (38) eine Steuervorrichtung (44) zugeordnet ist, die die Schaltereinheit (38) so ansteuert, dass entweder der Minusanschluss (28) und der diesem nächstliegende Abgriff, oder zwei benachbarte Abgriffe (34, 36), oder der Plusanschluss (30) und der diesem nächstliegende Abgriff (34, 36) mit dem zweiten Teilnetz verbunden ist, wobei die Polung zu beachten ist.
  6. Elektrisches Bordnetzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (44) für jeden Schaltzustand der Schaltereinheit (38) jeweils die Menge der aus den betroffenen Zellen (32) der Batterie (24) entnommenen elektrischen Energie erfasst und die Schaltereinheit (38) so steuert, dass alle Zellen (32) in einer Zeiteinheit möglichst gleich belastet werden.
  7. Elektrisches Bordnetzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme elektrischer Energie aus den einzelnen Zellen (32) sich um weniger als 20 %, insbesondere um weniger als 10 % von Zelle zu Zelle unterscheidet.
  8. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (32) der Batterie (24) baugleich sind.
  9. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Minusanschluss (28) und dem diesem nächstliegenden Abgriff, zwischen zwei benachbarten Abgriffen (34, 36) und zwischen dem Plusanschluss (30) und dem diesem nächstliegenden Abgriff (34, 36) jeweils mindestens zwei Zellen, vorzugsweise mindestens sechs Zellen befinden.
  10. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Minusanschluss (28) und dem diesem nächstliegenden Abgriff, zwischen zwei benachbarten Abgriffen (34, 36) und zwischen dem Plusanschluss (30) und dem diesem nächstliegenden Abgriff (34, 36) jeweils die gleiche Anzahl von Zellen (m) befinden.
  11. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltereinheit (38) einen Minusausgang (40) und einen Plusausgang (42) aufweist.
  12. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Abgriff (34, 36) gilt, dass zwischen diesem Abgriff (34, 36) und den beiden unmittelbar benachbarten Abgriffen (34, 36) stets die erste Spannung U1 vorliegt, wobei es sich bei einem benachbarten Abgriff (34, 36) um den Plusanschluss (30) und/oder bei dem anderen benachbarten Abgriff (34, 36) um den Minusanschluss (30) handeln kann.
  13. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Abgriff (34, 36) in einer Schaltposition der Schaltereinheit (38) mit dem Minusausgang (40) und in einer anderen Schaltpositionen der Schaltereinheit (38) mit dem Plusausgang (42) verbunden ist.
  14. Elektrisches Bordnetzsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (44) zudem für jede einzelne Zelle oder für jeden einzelnen Block die entnommene und eingeleitete Strommenge über eine Zeitdauer speichert, die mindestens fünfmal so groß ist wie die Zeiteinheit und in dieser längeren Zeitdauer auftretende Abweichungen bei künftigen Einsätzen der Zellen bzw. der Blöcke ausgleicht.
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