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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrspannungsbatterievorrichtung und ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, mit einer Mehrspannungsbatterievorrichtung.
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Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
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Mehrspannungsbatterievorrichtungen zum Bereitstellen von verschiedenen Nenn- bzw. Betriebsspannungen für Mehrspannungsbordnetze von Kraftfahrzeugen, insb. Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, sind bekannt.
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Bedingt durch die beschränkt zur Verfügung stehende Ladekapazität können die Mehrspannungsbatterievorrichtungen bspw. im Falle einer langen Standzeit der Kraftfahrzeuge bis unter deren kritischen Ladezustand entladen (Tiefentladung), wodurch einzelne Batteriezellen beschädigt werden können. Dies kann wiederum zu Störungen in den Mehrspannungsbordnetzen führen.
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Aufgrund der physikalischen Beschaffenheit weisen die Batteriezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtungen eine begrenzte maximale Ladeleistung auf, bei deren Überschreitung die Batteriezellen ebenfalls beschädigt werden können. Dies kann ebenfalls zu Störungen in den Mehrspannungsbordnetzen führen.
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DE 10 2016 207 033 A1 zeigt eine elektrische Energiespeichervorrichtung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend: eine erste elektrische Energiespeichereinheit zum Bereitstellen eines ersten Laststromes für eine erste Last; eine zweite elektrische Energiespeichereinheit zum Bereitstellen eines zweiten Laststromes für eine zweite Last; einen Gleichspannungswandler, welcher mit der ersten und der zweiten Energiespeichereinheit elektrisch verbunden ist; eine Messanordnung zum Ermitteln von Zuständen der ersten und der zweiten Energiespeichereinheit; eine Steueranordnung, welche signaleingangsseitig mit der Messanordnung und signalausgangsseitig mit dem Gleichspannungswandler elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, abhängig von den ermittelten Zuständen der ersten und der zweiten Energiespeichereinheit den Gleichspannungswandler zu steuern.
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DE 10 2015 219 589 A1 zeigt eine Fahrzeugbatterievorrichtung umfassend: einen ersten Akkumulator, der einen Zwischenabgriff aufweist, einen zweiten Akkumulator, der einen Pluspol aufweist, sowie einen ersten und einen zweiten positiven Anschluss. Der Pluspol des zweiten Akkumulators ist mit dem Zwischenabgriff des ersten Akkumulators verbunden.
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DE 10 2012 017 674 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, welches ein einen ersten elektrischen Energiespeicher aufweisendes Niedrigspannungsnetz mit einer ersten Spannung und ein einen zweiten elektrischen Energiespeicher aufweisendes Hochspannungsnetz mit einer zweiten Spannung, die höher als die erste Spannung ist, aufweist.
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Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Mehrspannungsbatterievorrichtungen und somit auch die Mehrspannungsbordnetze von Kraftfahrzeugen vor Störungen durch Beschädigung bei den Batteriezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtungen zuverlässig geschützt werden können.
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Beschreibung der Erfindung:
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Mehrspannungsbatterievorrichtung für ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst einen ersten Stromanschluss und einen Massestromanschluss zum Bereitstellen einer ersten Nennspannung, bspw. einer ersten Bordnetzspannung für das Mehrspannungsbordnetz.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner einen zweiten Stromanschluss, der mit dem Massestromanschluss zum Bereitstellen einer zweiten Nennspannung, bspw. einer zweiten Bordnetzspannung für das Mehrspannungsbordnetz, sowie zum Anschließen der Mehrspannungsbatterievorrichtung an eine externe Stromquelle dient.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner eine erste Batteriezellengruppe, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst zudem eine zweite Batteriezellengruppe, die zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst außerdem einen Gleichspannungswandler, der eingangsspannungsseitig zwischen dem zweiten Stromanschluss und der zweiten Batteriezellengruppe, sowie ausgangsspannungsseitig zwischen dem ersten Stromanschluss und der ersten Batteriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, eine am zweiten Stromanschluss (bzw. zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss) anliegende Eingangsspannung in eine Ladespannung zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe umzuwandeln.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst zudem eine Batteriemanagementanordnung zum Betreiben der Mehrspannungsbatterievorrichtung, die eingerichtet ist, bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe diese mit einer von der externen Stromquelle am zweiten Stromanschluss (bzw. zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss) bereitgestellten Eingangsleistung (bzw. einen von der Stromquelle zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss bereitgestellten Strom) aufzuladen.
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Die Batteriemanagementanordnung ist ferner eingerichtet, im Falle, dass die am zweiten Stromanschluss bereitgestellte Eingangsleistung eine von der zweiten Batteriezellengruppe (maximal) aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, den Gleichspannungswandler derart zu betreiben, dass dieser die erste Batteriezellengruppe mit einer Leistung auflädt, die der Leistungsdifferenz zwischen der Eingangsleistung und der Ladeleistung der zweiten Batteriezellengruppe entspricht.
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Damit ist eine Mehrspannungsbatterievorrichtung mit zwei Batteriezellengruppen bereitgestellt, die verschiedene Nennspannungen bzw. Bordnetzspannungen für verschiedene Bordnetzzweige eines Mehrspannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Mit der Batteriemanagementanordnung kann die Mehrspannungsbatterievorrichtung den Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe überwachen und bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (bzw. bei drohender Tiefentladung) diese mit der von der externen Stromquelle am zweiten Stromanschluss bereitgestellten Eingangsleistung aufladen. Dadurch können die zweite Batteriezellengruppe und somit die die Mehrspannungsbatterievorrichtung vor Beschädigung durch Tiefentladung geschützt werden.
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Mit dem Gleichspannungswandler kann die Mehrspannungsbatterievorrichtung im Falle, dass die von der externen Stromquelle bereitgestellte Eingangsleistung die von der zweiten Batteriezellengruppe maximal aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, die überschüssige Eingangsleistung an die erste Batteriezellengruppe weiterleiten und somit die zweite Batteriezellengruppe vor Beschädigung durch überhöhte Ladeleistung schützen. Die überschüssige Eingangsleistung wird dann mithilfe des Gleichspannungswandlers für späteren Verbrauch in der ersten Batteriezellengruppe gespeichert.
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Da die erste Batteriezellengruppe zum Zeitpunkt, in dem das Kraftfahrzeug in den Ruhemodus übergeht, durch den Stromverbrauch während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs vor dem Ruhemodus in der Regel bereits teilweise entladen ist, kann diese ohne weiteres mit der oben genannten Leistungsdifferenz (bzw. der überschüssigen Eingangsleistung) aufgeladen werden. Darüber hinaus wird der Ladevorgang der ersten Batteriezellengruppe mit der Leistungsdifferenz von der Batteriemanagementanordnung auch nur solange aufrechterhalten, bis diese vollständig aufgeladen ist.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung kann bspw. mit der zweiten Batteriezellengruppe auch während eines Ruhemodus des Kraftfahrzeugs, in dem das Kraftfahrzeug (nach Ende eines Fahrbetriebs) abgestellt ist und in dem nur sicherheitsrelevante und sonstige relevante Funktionen des Fahrzeugs durchgeführt werden, einen Mindeststrom zum Durchführen der relevanten Funktionen bereitstellen. Eine drohende Tiefentladung der zweiten Batteriezellengruppe wird von der Batteriemanagementanordnung rechtzeitig erkannt und durch Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe mit dem von der externen Stromquelle am zweiten Stromanschluss (bzw. zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss) bereitgestellten Strom abgewendet.
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Dank der Batteriemanagementanordnung kann die zweite Batteriezellengruppe von verschiedenen externen Stromquellen mit unterschiedliche Nennausgangsleistungen aufgeladen werden, da die überschüssige Eingangsleistung, die von der externen Stromquelle bereitgestellt wird und über die von der zweiten Batteriezellengruppe maximal aufnehmbare Ladeleistung liegt, von der Batteriemanagementanordnung gesteuert an die erste Batteriezellengruppe abgeführt wird.
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Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine Mehrspannungsbatterievorrichtung und somit auch ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs vor Störungen durch eine Beschädigung bei der Mehrspannungsbatterievorrichtung bzw. bei den Batteriezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtung zuverlässig geschützt werden können.
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Als die externe Stromquelle kann eine am Fahrzeugbord befindliche Notstromquelle, wie z. B eine Notstrombatterie oder ein (Notstrom-)Generator, verwendet werden, die bei Bedarf zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch angeschlossen werden kann. Alternativ kann eine fahrzeugexterne, insb. stationäre, Notstromquelle, wie z. B. eine Stromanschlussstelle zu einem öffentlichen Stromnetz oder eine On-Board-Batterie eines anderen Fahrzeugs als die externe Stromquelle verwendet werden, an die die zweite Batteriezellengruppe zum Aufladen elektrisch angeschlossen werden kann.
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Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen ersten steuerbaren Schalter, der zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss und somit seriell zu der ersten Batteriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist. Der erste Schalter verbindet somit die erste Batteriezellengruppe mit der zweiten Batteriezellengruppe schaltbar in Serie. Damit kann die Mehrspannungsbatterievorrichtung zwischen dem ersten Stromanschluss und dem Massestromanschluss die erste Nennspannung mit einer Spannungshöhe bereitstellen, die der Summe der Nennspannungen der beiden Batteriezellengruppen entspricht.
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Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen zweiten steuerbaren Schalter, der zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss und somit seriell zu der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist. Der zweite Schalter dient dazu, je nach Bedarf die elektrische Verbindung von der zweiten Batteriezellengruppe zu dem zweiten Stromanschluss bzw. dem Massestromanschluss herzustellen oder zu unterbrechen.
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Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den zweiten Schalter, insb. auch den ersten Schalter, zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe oder der beiden Batteriezellengruppen zu schließen bzw. im geschlossen leitenden Schaltzustand zu halten.
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Bspw. sind der erste und/oder der zweite Schalter jeweils als ein Relais ausgebildet.
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Bspw. ist der Gleichspannungswandler als ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet und ferner eingerichtet, je nach Bedarf mit Strom der zweiten Batteriezellengruppe die erste Batteriezellengruppe und/oder mit Strom der ersten Batteriezellengruppe die zweite Batteriezellengruppe aufzuladen.
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Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den Gleichspannungswandler derart zu betreiben, dass dieser die zweite Batteriezellengruppe mit dem Strom der ersten Batteriezellengruppe aufzuladen.
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Der zuvor genannte kritische Ladezustand der ersten und/oder der zweiten Batteriezellengruppe liegt bspw. bei unter 30%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5% oder 3%. Dabei hängt der kritische Ladezustand unter andrem insb. von verwendeten Materialien bzw. Zellenchemie sowie von Zellentemperaturen und/oder sonstigen physikalischen Zuständen der Batteriezellen der ersten bzw. der zweiten Batteriezellengruppe ab.
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Bspw. liegt die erste Nennspannung bei 48 Volt. Bspw. liegt die zweite Nennspannung bei 12 Volt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. für ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt.
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Das Mehrspannungsbordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung und einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung. Das Mehrspannungsbordnetz umfasst ferner eine zuvor beschriebene Mehrspannungsbatterievorrichtung, die über den ersten Stromanschluss (und den Massestromanschluss) am ersten Bordnetzzweig und über den zweiten Stromanschluss (und den Massestromanschluss) am zweiten Bordnetzzweig elektrisch angeschlossen ist.
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Bspw. umfasst das Mehrspannungsbordnetz die (zuvor genannte externe) Stromquelle, die im zweiten Bordnetzzweig zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
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Bspw. weist die Stromquelle einen Innenwiderstand auf, der zum Beschränken der Nennausgangsspannung der Stromquelle auf die Höhe der zweiten Bordnetzspannung dient.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Mehrspannungsbatterievorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Mehrspannungsbordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Mehrspannungsbordnetzes anzusehen.
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Beschreibung der Zeichnung:
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung ein Mehrspannungsbordnetz BN eines Hybridelektrofahrzeugs mit einer Mehrspannungsbatterievorrichtung MB gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Das Mehrspannungsbordnetz BN ist in der Figur in einem Hybridelektrofahrzeug mit einem 48 Volt Mildhybrid-Antrieb verbaut, der einen Verbrennungsmotor und einen Startergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors umfasst.
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Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1, in dem eine erste Bordnetzspannung U1 in Höhe von 48 Volt vorliegt. In dem ersten Bordnetzzweig BZ1 sind Stromverbraucher mit 48 Volt Betriebsspannung elektrisch angeschlossen, die beim Betrieb viel elektrische Leistung verbrauchen. Zu diesen Stromverbrauchern gehören bspw. der Startergenerator und eine elektrische Heizung zum Heizen vom Fahrzeuginnenraum.
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Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst ferner einen zweiten Bordnetzzweig BZ2, in dem eine zweite Bordnetzspannung U2 in Höhe von 12 Volt vorliegt. In dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 sind Stromverbraucher mit 12 Volt Betriebsspannung elektrisch angeschlossen, die zum Teil auch nach Abstellen des Fahrzeugs und somit im Ruhemodus des Fahrzeugs weiterhin im Betrieb aufrechterhalten werden müssen. Zu diesen Stromverbrauchern gehören bspw. ein Fahrzeugdiagnosesystem und diverse Sensoren.
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In dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA kann eine Notstromquelle SQ wie z. B. in Form von einer 12 Volt Generatoranordnung elektrisch angeschlossen sein. Dabei kann die Notstromquelle SQ bzw. die Generatoranordnung einen Innenwiderstand R aufweisen, der die Nennausgangsspannung der Notstromquelle SQ bzw. der Generatoranordnung auf die Höhe der zweiten Bordnetzspannung U2 von 12 Volt beschränkt.
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Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst außerdem eine Mehrspannungsbatterievorrichtung MB zum Bereitstellen bzw. zum Aufrechterhalten der beiden Bordnetzspannungen U1, U2.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB wird als eine so genannte AES Batterie, also eine 48 Volt Batterie mit einem 12 Volt Abgriff und einem integrierten Gleichspannungswandler GW, gebildet.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromausgangsseitig einen ersten Stromanschluss A1 und einen Massestromanschluss MA, über die die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch angeschlossen ist. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine erste Nennspannung die erste Bordnetzspannung U1 bereit, die zwischen dem ersten Stromanschluss A1 und dem Massestromanschluss MA anliegt.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromausgangsseitig ferner einen zweiten Stromanschluss A2 und ist über den zweiten Stromanschluss A2 und den Massestromanschluss MA an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 elektrisch angeschlossen. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine zweite Nennspannung die zweite Bordnetzspannung U2 bereit, die zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA anliegt.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zwischen dem ersten Stromanschluss A1 und dem zweiten Stromanschluss A2 eine erste Serienschaltung von einer ersten Schmelzsicherung FS1, einem ersten Relais RL1 als einem ersten steuerbaren Schalter sowie einer ersten Batteriezellengruppe ZG1. Dabei ist die erste Batteriezellengruppe ZG1 über ihren Pluspol PP1 (und ferner über das erste Relais RL1 und die erste Schmelzsicherung FS1) mit dem ersten Stromanschluss A1 und über ihren Minuspol NP1 mit dem zweiten Stromanschluss A2 elektrisch verbunden.
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Die erste Batteriezellengruppe ZG1 weist eine Nennausgangsspannung in Höhe von 36 Volt auf und stellt somit einen Teil der ersten Bordnetzspannung U1 (von 48 Volt) bereit. Damit bildet die erste Serienschaltung mit der ersten Batteriezellengruppe ZG1 einen ersten Teil der Strom-/Spannungsquelle für den ersten Bordnetzzweig BZ1.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst ferner zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA eine zweite Serienschaltung von einer zweiten Batteriezellengruppe ZG2, einer zweiten Schmelzsicherung FS2 sowie einem zweiten Relais RL2 als einem zweiten steuerbaren Schalter. Dabei ist die zweite Batteriezellengruppe ZG2 über ihren Pluspol PP2 mit dem zweiten Stromanschluss A2 (und somit mit dem Minuspol NP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1) und über ihren Minuspol NP2 (und über die zweite Schmelzsicherung FS2 und das zweite Relais RL2) mit dem Massestromanschluss MA elektrisch verbunden.
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Die zweite Batteriezellengruppe ZG2 weist eine Nennausgangsspannung in Höhe von 12 Volt auf und stellt die zweite Bordnetzspannung U2 (12 Volt) bereit. Damit bildet die zweite Serienschaltung mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 die Strom-/Spannungsquelle für den zweiten Bordnetzzweig BZ2.
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Darüber hinaus stellt die zweite Batteriezellengruppe ZG2 (mit der 12 Volt Nennausgangsspannung) (beim geschlossen Schaltzustand der beiden Relais RL1, RL2) mit der ersten Batteriezellengruppe ZG1 (mit der 36 Volt Nennausgangsspannung) in Serie die erste Bordnetzspannung U1 von 48 Volt bereit. Damit bildet die zweite Serienschaltung mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 einen zweiten Teil der Strom-/Spannungsquelle für den ersten Bordnetzzweig BZ1.
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Die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 sind aus gleichen Li-Ionen Batteriezellen ausgebildet, die in einem Zellenpack mit einer Gesamt-Nennausgangsspannung von 48 Volt zusammengebaut sind. Dabei weist das Zellenpack einen Mittelabgriff auf, der die gesamten Batteriezellen in ihrer Anzahl drei zu eins bzw. in die erste und die zweite Batteriezellengruppe ZG1, ZG2 mit jeweils einer Nennausgangsspannung von 36 Volt bzw. 12 Volt aufteilt. Dieser Mittelabgriff bildet zugleich das Minuspol NP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 und das Pluspol PP2 der zweiten Batteriezellengruppe ZG2, und ist mit dem zweiten Stromanschluss A2 elektrisch verbunden.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst außerdem einen bidirektionalen Gleichspannungswandler GW, der eingangsspannungsseitig an dem oben genannten Mittelabgriff und somit an dem zweiten Stromanschluss A2 und ausgangsspannungsseitig am ersten Stromanschluss A1 und somit (über die erste Schmelzsicherung FS1 und das erste Relais RL1) am Pluspol PP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 elektrisch angeschlossen ist.
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Der Gleichspannungswandler GW ist eingerichtet, bei Bedarf (bzw. bei einem kritischen Ladezustand bei der zweiten Batteriezellengruppen ZG2 oder bei den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2) die zweite Batteriezellengruppe ZG2 bzw. die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 mit einem von der Stromquelle SQ bereitgestellten Strom aufzuladen. Der Gleichspannungswandler GW ist ferner eingerichtet, bei Bedarf (bzw. bei einem kritischen Ladezustand bei einer der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2) die jeweilige Batteriezellengruppe ZG1 oder ZG2 mit dem kritischen Ladezustand mit Strom von der jeweils anderen Batteriezellengruppe ZG2 bzw. ZG1 aufzuladen.
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Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zudem eine Batteriemanagementanordnung BM zum Betreiben bzw. zum Steuern oder zum Regeln der Mehrspannungsbatterievorrichtung MB.
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Die Batteriemanagementanordnung BM ist über ihre Versorgungsstromanschlüsse VA1, VA2 zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA und somit parallel zu der zweiten Serienschaltung bzw. zu der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 und dem zweiten Relais RL2 elektrisch angeschlossen. Damit wird die Batteriemanagementanordnung BM (sofern das zweite Relais RL2 geschlossen ist) von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 mit Strom versorgt.
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Die Batteriemanagementanordnung BM ist signaleingangsseitig über zwei Messsignalanschlüsse MA1, MA2 mit den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 messtechnisch verbunden und überwacht über diese Messsignalanschlüsse MA1, MA2 in einer dem Fachmann bekannten Weise die Ladezustände (auf Englisch „State of Charge, SoC“), die Alterungszustände (auf Englisch „State of Health, SoH“) und sonstige Eigenschaften, wie z. B. Temperaturen, der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2.
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Die Batteriemanagementanordnung BM ist signalausgangsseitig über drei Steuersignalanschlüsse SA1, SA2, SA3 mit dem Gleichspannungswandler GW, dem ersten und dem zweiten Relais RL1, RL2 bzw. mit jeweiligen Steuersignalanschlüssen dieser Komponenten signaltechnisch verbunden.
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Die Batteriemanagementanordnung BM ist eingerichtet, in einer dem Fachmann bekannten Weise die Ladezustände der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 zu überwachen und bei kritischen Ladezuständen der jeweiligen Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 den Gleichspannungswandler GW, die beiden Relais RL1, RL2 derart zu steuern oder zu regeln, sodass die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 jeweils mit dem Strom von der jeweils anderen Batteriezellengruppe ZG2, ZG1 aufgeladen werden und somit vor Beschädigungen durch Tiefentladung geschützt werden.
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Wird das Kraftfahrzeug nach Ende eines Fahrbetriebs abgestellt und geht in ein Ruhemodus, so werden nur sicherheitsrelevante und sonstige für das Ruhemodus relevante Funktionen des Fahrzeugs weiterhin durchgeführt. Entsprechend verbrauchen elektrische Systeme bzw. Komponenten, wie z. B. Sensoren, Bussysteme und Steuergeräte, die diese relevanten Funktionen durchführen, weiterhin Strom.
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In der Regel weisen diese Systeme bzw. Komponenten eine Nennspannung von 12 Volt (12 Volt Verbraucher) auf und sind daher in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 angeschlossen und werden folglich von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 - auch während des Ruhemodus des Fahrzeugs - mit Strom versorgt.
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Im Ruhemodus des Fahrzeugs werden das erste Relais RL1 in der Regel von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert geöffnet und die erste Batteriezellengruppe ZG1 von dem Mehrspannungsbordnetz BN und somit von Stromverbrauchern in dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch getrennt.
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Das zweite Relais RL2 bleibt jedoch von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert (weiterhin) geschlossen, um zunächst eine weiterführende Stromversorgung für die zuvor genannten 12 Volt Verbraucher, also die Systeme bzw. Komponenten, die während des Ruhemodus des Fahrzeugs die sicherheitsrelevanten und sonstige relevanten Funktionen durchführen, sicherzustellen.
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Die meisten dieser 12 Volt Verbraucher befinden sich währen des Ruhemodus des Fahrzeugs entsprechend in einem Stromsparmodus und haben somit einen deutlich reduzierten Stromverbrauch.
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Sofern die zweite Batteriezellengruppe ZG2 zum Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug in das Ruhemodus übergeht, ausreichend aufgeladen ist, kann diese die 12 Volt Verbraucher über eine Zeitdauer von mehreren Tagen oder Wochen mit Strom versorgen, in der sich das Fahrzeug durchgehend im Ruhemodus befindet.
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Hierzu schließt die Batteriemanagementanordnung BM das zweite Relais RL2 bzw. hält dies in dem geschlossenen Schalzustand, sodass die Stromversorgung für die 12 Volt Verbraucher durch die zweite Batteriezellengruppe ZG2 für die genannte Zeitdauer gewährleistet ist.
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Sind die Li-Ionen Batteriezellen der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 (bspw. nach der genannten Zeitdauer) bis zu einem kritischen Ladezustand von bspw. 5% entladen, so droht den Batteriezellen eine irreversible Beschädigung durch eine Tiefentladung.
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Diese drohende Tiefentladung wird von der Batteriemanagementanordnung BM durch das Ermitteln des Ladezustandes der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 und durch das Vergleichen des ermittelten Ladezustandes mit einem vorgegebenen Mindest-Ladezustand von bspw. 5% (und Berücksichtigung von restlichen zuvor genannten Batterieeigenschaften) erkannt. Ferner überprüft die Batteriemanagementanordnung BM anhand von den restlichen Batterieeigenschaften, ob die Batteriezellen der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 irreversibel beschädigt sind.
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Wird eine drohende Tiefentladung erkannt und sind die Batteriezellen nicht irreversibel beschädigt, so veranlasst die Batteriemanagementanordnung BM beim geschlossenen zweiten Relais RL2, die zweite Batteriezellengruppe ZG2 mit dem von der Stromquelle SQ zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA bereitgestellten Strom aufzuladen.
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Dabei vergleicht die Batteriemanagementanordnung BM die von der Stromquelle SQ am zweiten Stromanschluss A2 bereitgestellte Eingangsleistung mit der von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 (maximal) aufnehmbaren Ladeleistung. Im Falle, dass die Eingangsleistung die (maximal) aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, steuert und regelt die Batteriemanagementanordnung BM den Gleichspannungswandler GW derart, dass dieser die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit einer elektrischen Leistung auflädt, die der Leistungsdifferenz zwischen der Eingangsleistung und der Ladeleistung der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 entspricht.
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Dadurch wird der Strom, der von der externen Stromquelle SQ zum Aufladen bereitgestellt wird, von der Batteriemanagementanordnung BM mithilfe von dem Gleichspannungswandler GW aufgeteilt und den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 zugeführt. Hierzu schließt die Batteriemanagementanordnung BM das erste Relais RL1 ebenfalls und hält dies im geschlossenen Schaltzustand, sodass der Stromfluss von dem zweiten Stromanschluss A2 über den Gleichspannungswandler GW zu der ersten Batteriezellengruppe ZG1 ermöglicht wird.
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Alternativ überprüft die Batteriemanagementanordnung BM im Falle der drohenden Tiefentladung bei der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 den Ladezustand der ersten Batteriezellengruppe ZG1.
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Weist die erste Batteriezellengruppe ZG1 einen ausreichenden Ladezustand, so hält die Batteriemanagementanordnung BM das zweite Relais RL2 geschlossen und schließt zusätzlich das erste Relais RL1, das beim Übergang in den Ruhemodus des Kraftfahrzeugs von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert geöffnet wurde.
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Ferner steuert bzw. regelt die Batteriemanagementanordnung BM den Gleichspannungswandler GW derart, dass dieser die zweite Batteriezellengruppe ZG2 mit dem Strom von der ersten Batteriezellengruppe ZG1 auflädt. Dadurch wird die zweite Batteriezellengruppe ZG2 von der drohenden Tiefentladung geschützt. Zusätzlich werden die 12 Volt Verbraucher weiterhin mit Strom von der ersten Batteriezellengruppe ZG1 versorgt und somit weiterhin im Betrieb gehalten.
