DE102019123403A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie, Steuereinrichtung, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie, Steuereinrichtung, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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Werner Seliger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Versorgung zumindest eines Verbrauchers (4), wobei die Hochvoltbatterie (2) zwei Batterieeinheiten (2a, 2b), einen Ladeanschluss (L1, L2) zum Verbinden mit einer Ladestation und einen Versorgungsanschluss (E1, E2) zum Verbinden mit einem Antrieb (3) aufweist, mit den Schritten:- Anschließen des zumindest einen Verbrauchers (4) an eine erste Batterieeinheit (2a);- Bereitstellen einer ersten Phase zum Laden der Batterieeinheiten (2a, 2b), in welcher die zwei Batterieeinheiten (2a, 2b) seriell verschaltet und an den Ladeanschluss (L1, L2) angeschlossen werden;- Bereitstellen einer zweiten Phase, in welcher nur die erste Batterieeinheit (2a) an den Ladeanschluss (L1, L2) geschaltet wird oder in welcher nur die zweite Batterieeinheit (2b) an den Versorgungsanschluss geschaltet wird; und- Bereitstellen einer dritten Phase, in welcher die Batterieeinheiten (2a, 2) parallel verschaltet und an den Ladeanschluss (L1, L2) oder den Versorgungsanschluss (E2) geschaltet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Versorgung zumindest eines Verbrauchers des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung, ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf das Laden von Hochvoltbatterien bzw. Energiespeicher für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, welche elektrische Antriebsleistung für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Solche Hochvoltbatterien können eine Spannungslage von mehr als 800 V aufweisen, wodurch diese Hochvoltbatterien über fahrzeugexterne Ladestationen schnellladbar sind. Solche schnellladefähigen Ladestationen können beispielsweise Schnellladesäulen, beispielsweise 920 V-Ladesäulen, sein, welche eine Ladeleistung von mehreren 100 kW bereitstellen können.
  • Daneben existieren aber auch „herkömmliche“, nicht schnellladefähige Ladestationen, bei welchen die Ladeleistung insbesondere auf unter 100 kW begrenzt ist. Um Hochvoltbatterien an solchen „herkömmlichen“ Ladestationen laden zu können, ist es aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2014 004 790 A1 bekannt, die Hochvoltbatterie in zwei Batterieeinheiten aufzuteilen, welche, je nach Bedarf, parallel oder seriell miteinander verschaltet werden können. So können die Batterieeinheiten beispielsweise zum Laden an einer Schellladesäule in Serie geschaltet werden und zum Laden an einer herkömmlichen Ladesäule oder zum Versorgen des Antriebs des Kraftfahrzeugs parallel zueinander geschaltet werden.
  • Probleme ergeben sich jedoch, wenn während des Ladens der Serienschaltung aus Batterieeinheiten an einer Schnellladesäule ein Verbraucher, beispielsweise eine Klimaanlage, aus einer der Batterieeinheiten versorgt werden muss. Dies führt zu ungleichen Ladezuständen der Batterieeinheiten am Ende des Ladevorgangs. Aufgrund dieser ungleichen Ladezustände fließen hohe Ausgleichsströme zwischen den Batterieeinheiten, sobald diese wieder parallel geschaltet werden. Die DE 10 2014 004 790 A1 schlägt hierzu vor, die Verbraucher während des Ladevorgangs von der Hochvoltbatterie zu trennen. Dies kann jedoch unkomfortabel für einen Kunden des Kraftfahrzeugs sein.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kundenfreundliche Lösung zum Betreiben von Hochvoltbatterien elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung, ein Bordnetz und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Hochvoltbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Versorgung zumindest eines Verbrauchers des Kraftfahrzeugs. Die Hochvoltbatterie weist zwei Batterieeinheiten, einen Ladeanschluss zum elektrischen Verbinden mit einer fahrzeugexternen Ladestation und einen Versorgungsanschluss zum elektrischen Verbinden mit einem Antrieb des Kraftfahrzeugs auf. Bei dem Verfahren wird der zumindest eine Verbraucher an eine erste der Batterieeinheiten angeschlossen. Es wird eine erste Phase zum Laden der Batterieeinheiten bereitgestellt, in welcher die zwei Batterieeinheiten zu einer Serienschaltung verschaltet werden und die Serienschaltung an den Ladeanschluss angeschlossen wird. In einer zweiten Phase zum Angleichen von Ladezuständen der Batterieeinheiten wird nur die erste, den Verbraucher versorgende Batterieeinheit an den Ladeanschluss zum Erhöhen eines ersten Ladezustands der ersten Batterieeinheit geschaltet oder nur die zweite, den Verbraucher nicht versorgende Batterieeinheit an den Versorgungsanschluss zum Verringern eines zweiten Ladezustands der zweiten Batterieeinheit geschaltet. Dann wird eine dritte Phase bereitgestellt, in welcher die Batterieeinheiten zu einer Parallelschaltung verschaltet werden und die Parallelschaltung an den Ladeanschluss oder den Versorgungsanschluss geschaltet wird.
  • Das Verfahren kann beispielsweise von einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, welches die Hochvoltbatterie, den zumindest einen Verbraucher und den Antrieb umfasst, durchgeführt werden. Der Antrieb kann beispielsweise einen Inverter sowie eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen, wobei der Inverter mit der elektrischen Antriebsmaschine und dem Versorgungsanschluss der Hochvoltbatterie elektrisch verschaltet ist. Die Hochvoltbatterie bzw. der Hochvoltspeicher umfasst die zwei Batterieeinheiten bzw. Speicherhälften, welche insbesondere beide die gleiche Spannungslage, vorzugsweise zumindest 400 V, aufweisen. Die Spannungslage kann aber auch kleiner als 400 V sein. Die Batterieeinheiten können wiederum eine Verschaltung von Batterieuntereinheiten, beispielsweise Batteriemodulen und/oder Batteriezellen, aufweisen. Die Batterieeinheiten können in einem gemeinsamen Gehäuse der Hochvoltbatterie angeordnet sein.
  • Die Batterieeinheiten können miteinander, mit dem Ladeanschluss und mit dem Versorgungsanschluss bzw. Entladeanschluss verschaltet werden. Dazu weist die Hochvoltbatterie eine Umschaltmatrix bestehend aus einer Vielzahl von Schalteinheiten auf. Jede Schalteinheit weist insbesondere zumindest ein Schaltelement auf. Die Schaltelemente können als mechanische Schalter mit galvanischer Trennung, beispielsweise Relais oder Schütze, und/oder als elektronische Schalter bzw. Halbleiterschalter, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, ausgebildet sein.
  • Um die Hochvoltbatterie an einer fahrzeugexterner Ladestation, insbesondere in Form von einer Schnellladesäule, laden zu können, werden die Batterieeinheiten seriell verschaltet und die Serienschaltung der Batterieeinheiten wird während der ersten Phase an den Ladeanschluss angeschlossen. Der Ladeanschluss weist einen ersten, beispielsweise positiven, Ladeanschlusspunkt und einen zweiten, beispielsweise negativen, Ladeanschlusspunkt auf. Diese Ladeanschlusspunkte können, beispielsweise über eine Steckverbindung, mit der fahrzeugexternen Ladestation elektrisch verbunden werden. Durch das Laden der Batterieeinheiten werden die Ladezustände der Batterieeinheiten erhöht. Um während des Ladens zumindest einen Verbraucher, beispielsweise ein Niedervoltbordnetz oder einen Hochvoltverbraucher wie eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, betreiben zu können, ist eine der beiden Batterieeinheiten, welche als die erste Batterieeinheit bezeichnet wird, elektrisch mit dem zumindest einen Verbraucher verbunden und versorgt diesen Verbraucher mit elektrischer Energie. Durch das Versorgen des zumindest einen Verbrauchers wird die erste Batterieeinheit aber auch entladen, sodass am Ende der ersten Phase der erste Ladezustand der ersten Batterieeinheit geringer ist als der zweite Ladezustand der zweiten Batterieeinheit.
  • Würde nun zeitlich anschließend an die erste Phase die dritte Phase durchgeführt und die Batterieeinheiten mit den unterschiedlichen Ladezuständen parallel geschaltet, so würden hohe Ausgleichsströme zwischen den Batterieeinheiten fließen, welche insbesondere die Schalteinheiten belasten und auf Dauer schädigen würden. Daher wird zwischen der ersten Phase und der dritten Phase die zweite Phase durchgeführt, in welcher die Ladezustände der Batterieeinheiten aneinander angeglichen werden. Dabei wird entweder die zweite Batterieeinheit mit dem höheren zweiten Ladezustand entladen, indem sie an den Versorgungsanschluss angeschlossen wird und den Antrieb mit Energie versorgt, oder die erste Batterieeinheit mit dem niedrigeren ersten Ladezustand wird geladen, indem sie an den Ladeanschluss angeschlossen wird und von der fahrzeugexternen Ladestation mit Energie versorgt wird. Die jeweils andere Batterieeinheit wird in dieser zweiten Phase weder entladen noch geladen. Die jeweils andere Batterieeinheit ist also sowohl von dem Ladeanschluss als auch von dem Versorgungsanschluss getrennt. Sobald die Ladezustände ausgeglichen sind, können die Schalteinheiten zum Parallelschalten der Batterieeinheiten nahezu stromlos geschaltet werden und somit besonders schonend betrieben werden.
  • Durch das Durchführen der drei Phasen kann somit in vorteilhafter Weise ein besonders schonender Betrieb der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden, während gleichzeitig Kundenanforderungen, nämlich der Betrieb des zumindest einen Verbrauchers, erfüllt werden können.
  • In einer Ausführungsform werden die drei Phasen in Form von drei Ladestufen während eines Ladevorgangs der Hochvoltbatterie bereitgestellt. Während einer mit der ersten Phase korrespondierenden ersten Ladestufe wird die Serienschaltung zum Laden an den Ladeanschluss geschaltet. Während einer mit der zweiten Phase korrespondierenden zweiten Ladestufe wird nur die erste Batterieeinheit an den Ladeanschluss geschaltet, um den ersten Ladezustand auf den im Vergleich zum ersten Ladezustand höheren zweiten Ladezustand der zweiten Batterieeinheit anzuheben. Eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Batterieeinheit und dem Ladeanschluss wird getrennt. Während einer mit der dritten Phase korrespondierenden dritten Ladestufe werden die Batterieeinheiten parallel geschaltet und die Parallelschaltung wird zum Laden an den Ladeanschluss geschaltet. Die drei Phasen werden also während des Ladevorgangs durchgeführt, indem während des Ladevorgangs von einem seriellen Betrieb der Hochvoltbatterie auf einen parallelen Betrieb der Hochvoltbatterie umgeschaltet wird. Bevor jedoch die beiden Batterieeinheiten parallel geschaltet werden, wird diejenige Batterieeinheit, welche mit dem zumindest einen Verbraucher belastet ist, geladen, bis ihr Ladezustand dem Ladezustand der unbelasteten Batterieeinheit entspricht.
  • Vorzugsweise wird die erste Ladestufe bereitgestellt, bis ein Ladezustand der Hochvoltbatterie einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat. Dieser Schwellwert entspricht beispielsweise einem Ladezustand von zumindest 60%. Aber diesem Ladezustand der einzelnen Batterieeinheiten bzw. der Serienschaltung weist das Schnellladen, z.B. mit 800 V Ladespannung, keinen Vorteil mehr auf und es kann auf herkömmliches Laden, z.B. mit 400 V Ladespannung, umgestellt werden. Bevor jedoch beide Batterieeinheiten parallel geschaltet und mit 400 V geladen werden, wird jedoch die aufgrund des zumindest einen Verbrauchers stärker entladene erste Batterieeinheit geladen. Beispielsweise kann am Ende der ersten Ladestufe der zweite Ladezustand der zweiten Batterieeinheit erfasst werden und die zweite Ladestufe so lange bereitgestellt werden, bis der erste Ladezustand dem zweiten Ladezustand entspricht.
  • In einer anderen Ausführungsform wird als die erste Phase ein Ladevorgang der Hochvoltbatterie bereitgestellt und als die zweite Phase und dritte Phase werden Entladestufen der Hochvoltbatterie zum Bereitstellen eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Während einer mit der zweiten Phase korrespondierenden ersten Entladestufe wird nur die zweite Batterieeinheit zum Versorgen des Antriebs an den Versorgungsanschluss angeschlossen, um den zweiten Ladezustand der zweiten Batterieeinheit auf den im Vergleich zum zweiten Ladezustand niedrigeren ersten Ladezustand der ersten Batterieeinheit abzusenken. Während einer mit der dritten Phase korrespondierenden zweiten Entladestufe wird die Parallelschaltung zur Versorgung des Antriebs an den Versorgungsanschluss angeschlossen. Hier wird also zu Beginn des Fahrens von dem seriellen Betrieb der Hochvoltbatterie auf den parallelen Betrieb der Hochvoltbatterie umgeschaltet wird.
  • Die Hochvoltbatterie wird also an der schnellladefähigen Ladestation geladen, indem die Serienschaltung an den Ladeanschluss angeschlossen wird. Um nach dem Ladevorgang, in welchem nur die erste Batterieeinheit den zumindest einen Verbraucher versorgt hat, wieder anfahren zu können, wird der Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie aus der Hochvoltbatterie versorgt. Der Antrieb wird dabei jedoch zunächst nur durch die zweite Batterieeinheit mit dem höheren zweiten Ladezustand versorgt, bis dieser auf den ersten Ladezustand abgesunken ist. Beispielsweise kann am Ende des Ladevorgangs der erste Ladezustand der ersten Batterieeinheit erfasst werden und die erste Entladestufe so lange bereitgestellt werden, bis der zweite Ladezustand dem ersten Ladezustand entspricht. Sobald die Ladezustände ausgeglichen sind, werden beide Batterieeinheiten parallel zueinander an den Versorgungsanschluss geschaltet und versorgen den Antrieb und den zumindest einen Verbraucher des Kraftfahrzeugs gemeinsam mit elektrischer Energie.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die Hochvoltbatterie als Traktionsbatterie auf.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
    • 2 das Bordnetz in einer ersten Phase zum Betreiben der Hochvoltbatterie;
    • 3 das Bordnetz in einer ersten Ausführungsform für eine zweite Phase zum Betreiben der Hochvoltbatterie;
    • 4 das Bordnetz in einer ersten Ausführungsform für eine dritte Phase zum Betreiben der Hochvoltbatterie;
    • 5 das Bordnetz in einer zweiten Ausführungsform für eine zweite Phase zum Betreiben der Hochvoltbatterie;
    • 6 das Bordnetz in einer zweiten Ausführungsform für eine dritte Phase zum Betreiben der Hochvoltbatterie.
  • In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Bordnetz 1 für ein hier nicht gezeigtes, elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Bordnetz 1 weist eine Hochvoltbatterie 2 auf, welche zwei Batterieeinheit 2a, 2b aufweist. Außerdem weist das Bordnetz 1 einen Antrieb 3 sowie zumindest einen zu dem Antrieb 3 unterschiedlichen Verbraucher 4, beispielsweise ein Niedervoltbordnetz, auf. Jede Batterieeinheit 2a, 2b weist eine Verschaltung von Batterieuntereinheiten auf, welche als Batteriezellen oder Batteriemodule ausgebildet sein können. Jede Batterieeinheit 2a, 2b weist einen ersten Pol P1a, P1b und einen zweiten Pol P2a, P2b auf. Die Batterieeinheiten 2a, 2b sind über eine erste Schalteinheit S1 seriell miteinander verschaltbar. Dazu ist die erste Schalteinheit S1 mit dem zweiten Pol P2a der ersten Batterieeinheit 2a und dem ersten Pol P1b der zweiten Batterieeinheit 2b elektrisch verbunden. Außerdem weist die Hochvoltbatterie 2 einen Ladeanschluss mit zwei Ladeanschlusspunkten L1, L2 auf, welche zum Laden mit einer hier nicht gezeigten, fahrzeugexternen Ladestation elektrisch verbunden werden können. Der erste Pol P1a der ersten Batterieeinheit 2a ist über eine zweite Schalteinheit S2 mit dem ersten Ladeanschlusspunkt L1 elektrisch verbunden und der zweite Pol P2a der ersten Batterieeinheit 2a ist über eine dritte Schalteinheit S3 und eine vierte Schalteinheit S4 mit dem zweiten Ladeanschlusspunkt L2 elektrisch verbunden. Der erste Pol P1b der zweiten Batterieeinheit 2b ist über eine fünfte Schalteinheit S5, eine sechste Schalteinheit S6 und die zweite Schalteinheit S2 mit dem ersten Ladeanschlusspunkt L1 elektrisch verbunden und der zweite Pol P2b der zweiten Batterieeinheit 2b ist über eine siebte Schalteinheit S7 und die vierte Schalteinheit S4 mit dem zweiten Ladeanschlusspunkt L2 elektrisch verbunden.
  • Außerdem weist die Hochvoltbatterie 2 einen Versorgungsanschluss mit zwei Versorgungsanschlusspunkten E1, E2 auf, welche zum Versorgen des elektrischen Antriebs 3 mit dem elektrischen Antrieb 3 elektrisch verbunden sind. Der erste Pol P1a der ersten Batterieeinheit 2a ist über die sechste Schalteinheit S6 mit dem ersten Versorgungsanschlusspunkt E1 elektrisch verbunden und der zweite Pol P2a der ersten Batterieeinheit 2a ist über die dritte Schalteinheit S3 mit dem zweiten Versorgungsanschlusspunkt E2 elektrisch verbunden. Der erste Pol P1b der zweiten Batterieeinheit 2b ist über die fünfte Schalteinheit S5 mit dem ersten Versorgungsanschlusspunkt E1 elektrisch verbunden und der zweite Pol P2b der zweiten Batterieeinheit 2b ist über die siebte Schalteinheit S7 mit dem zweiten Versorgungsanschlusspunkt E2 elektrisch verbunden. Der zumindest eine Verbraucher 4 ist hier an die obere erste Batterieeinheit 2a angeschlossen und wird von der ersten Batterieeinheit 2a mit Energie versorgt. Der Verbraucher 4 könnte aber auch an die untere zweite Batterieeinheit 2b angeschlossen werden. Die Schalteinheiten S1 bis S7 können von einer Steuereinrichtung 5 des Bordnetzes 1 angesteuert und dadurch geöffnet und geschlossen werden.
  • In 2 ist eine erste Phase gezeigt, in welcher die Hochvoltbatterie 2 von einer hier nicht gezeigten fahrzeugexternen Ladestation geladen wird und gleichzeitig der Verbraucher 4 mit Energie versorgt wird. Die Hochvoltbatterie 2 wird geladen, indem die Batterieeinheiten 2a, 2b durch Schließen der ersten Schalteinheit S1 seriell verschaltet werden und die Serienschaltung durch Schließen der zweiten Schalteinheit S2, der siebten Schalteinheit S7 und der vierten Schalteinheit S4 an den Ladeanschluss L1, L2 geschaltet wird. Durch das Anschließen der Batterieeinheit 2a, 2b an die mit der Ladestation verbundenen Ladeanschlusspunkte L1, L2 werden die Ladezustände der Batterieeinheiten 2a, 2b erhöht. Gleichzeitig wird jedoch die erste Batterieeinheit 2a durch den angeschlossenen Verbraucher 4 entladen, sodass am Ende der ersten Phase die ersten Batterieeinheit 2a einen geringeren Ladezustand aufweist als die zweite Batterieeinheit 2b.
  • Zum Angleichen der beiden Ladezustände ist in 3 eine erste Möglichkeit für eine zweite Phase gezeigt, welche an die in 2 gezeigte erste Phase anschließt. Dabei entsprechen bei der ersten Möglichkeit die erste Phase einer ersten Ladestufe des Ladevorgangs und die zweite Phase einer zweiten Ladestufe des Ladevorgangs. Die Serienschaltung der Batterieeinheiten 2a, 2b wird unterbrochen, indem die erste Schalteinheit S1 geöffnet wird. Außerdem wird nur die erste Batterieeinheit 2a, die nach wie vor den Verbraucher 4 versorgt, an den Ladeanschluss L1, L2 geschaltet. Dazu bleiben die zweite Schalteinheit S2 und die vierte Schalteinheit S4 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 wird geschlossen. Die zweite Batterieeinheit 2b wird von dem Ladeanschluss L1, L2 getrennt, indem die siebte Schalteinheit S7 geöffnet wird. Die erste Batterieeinheit 2a wird nun nachgeladen, um ihren Ladezustand auf den Ladezustand der zweiten Batterieeinheit 2b anzuheben.
  • In 4 ist eine dritte Phase gezeigt, die an die in 3 gezeigte zweite Phase anschließt und einer dritten Stufe des Ladevorgangs entspricht. In der dritten Phase wird die zweite Batterieeinheit 2b parallel zur ersten Batterieeinheit 2a an die Ladeanschlusspunkte L1, L2 angeschlossen. Dazu werden oder bleiben alle Schalteinheiten S2, S3, S4, S5, S6, S7 bis auf die erste Schalteinheit S1 geschlossen. Die Parallelschaltung aus beiden Batterieeinheiten 2a, 2b, welche aufgrund der zweiten Phase dieselben Ladezustände aufweisen, ist nun an den Ladeanschluss L1, L2 angeschlossen und wird dadurch geladen. Außerdem versorgt die Parallelschaltung den Verbraucher 4.
  • Zum Angleichen der beiden Ladezustände ist in 5 eine zweite Möglichkeit für eine zweite Phase gezeigt, welche an die in 2 gezeigte erste Phase anschließt. Die erste Phase entspricht bei der zweiten Möglichkeit dem kompletten Ladevorgang. Die zweite Phase entspricht hier einer ersten Entladestufe beim Anfahren des Kraftfahrzeugs, also wenn das Kraftfahrzeug von der Ladestation wegfährt. Die Serienschaltung wird durch Öffnen der zweiten Schalteinheit S2 und der vierten Schalteinheit S4 von dem Ladeanschluss L1, L2 weggeschaltet. Außerdem wird die Serienschaltung der Batterieeinheiten 2a, 2b unterbrochen, indem die erste Schalteinheit S1 wieder geöffnet wird. Außerdem wird in der zweiten Phase zum Ladezustandsausgleich nur die zweite Batterieeinheit 2b an den Versorgungsanschluss E1, E2 angeschlossen. Dazu werden die fünfte Schalteinheit S5 und die siebte Schalteinheit S7 geschlossen. Die sechste Schalteinheit S6 und die dritte Schalteinheit S3 bleiben geöffnet, wodurch die erste Batterieeinheit 2a nicht mit dem Versorgungsanschluss E1, E2 verbunden ist. Durch das Anschließen der zweiten Batterieeinheit 2b an den Versorgungsanschluss E1, E2 wird der Antrieb 3 zum Anfahren mit Energie versorgt, indem die zweite Batterieeinheit 2b über den Antrieb 3 entladen wird. Dabei verringert sich ihr Ladezustand. Sobald der Ladezustand der zweiten Batterieeinheit 2b auf den Ladezustand der ersten Batterieeinheit 2a, welche den Verbraucher 4 versorgt, abgesunken ist, wird eine dritte Phase, die in 6 gezeigt ist, gestartet.
  • Die dritte Phase entspricht einer zweiten Entladestufe. In dieser dritten Phase wird die erste Batterieeinheit 2a parallel zur zweiten Batterieeinheit 2b an die Versorgungsanschlusspunkte E1, E2 angeschlossen. Dazu werden zusätzlich die sechste Schalteinheit S6 und die dritte Schalteinheit S3 geschlossen. Die Parallelschaltung aus beiden Batterieeinheiten 2a, 2b, welche dieselben Ladezustände aufweisen, versorgt nun den Verbraucher 4 und den Antrieb 3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014004790 A1 [0003, 0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie (2) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Versorgung zumindest eines Verbrauchers (4) des Kraftfahrzeugs, wobei die Hochvoltbatterie (2) zwei Batterieeinheiten (2a, 2b), einen Ladeanschluss (L1, L2) zum elektrischen Verbinden mit einer fahrzeugexternen Ladestation und einen Versorgungsanschluss (E1, E2) zum elektrischen Verbinden mit einem Antrieb (3) des Kraftfahrzeugs aufweist, mit den Schritten: - Anschließen des zumindest einen Verbrauchers (4) an eine erste der Batterieeinheiten (2a); - Bereitstellen einer ersten Phase zum Laden der Batterieeinheiten (2a, 2b), in welcher die zwei Batterieeinheiten (2a, 2b) zu einer Serienschaltung verschaltet werden und die Serienschaltung an den Ladeanschluss (L1, L2) angeschlossen wird; - Bereitstellen einer zweiten Phase zum Angleichen von Ladezuständen der Batterieeinheiten (2a, 2b), in welcher nur die erste, den zumindest einen Verbraucher (4) versorgende Batterieeinheit (2a) an den Ladeanschluss (L1, L2) zum Erhöhen eines ersten Ladezustands der ersten Batterieeinheit (2a) geschaltet wird oder in welcher nur die zweite, den zumindest einen Verbraucher (4) nicht versorgende Batterieeinheit (2b) an den Versorgungsanschluss (E1, E2) zum Verringern eines zweiten Ladezustands der zweiten Batterieeinheit (2b) geschaltet wird; und - Bereitstellen einer dritten Phase, in welcher die Batterieeinheiten (2a, 2) zu einer Parallelschaltung verschaltet werden und die Parallelschaltung an den Ladeanschluss (L1, L2) oder den Versorgungsanschluss (E2) geschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Phasen in Form von drei Ladestufen während eines Ladevorgangs der Hochvoltbatterie (2) bereitgestellt werden, wobei - während einer mit der ersten Phase korrespondierenden ersten Ladestufe die Serienschaltung zum Laden an den Ladeanschluss (L1, L2) geschaltet wird, - während einer mit der zweiten Phase korrespondierenden zweiten Ladestufe nur die erste Batterieeinheit (2a) an den Ladeanschluss (L1, L2) geschaltet wird, um den ersten Ladezustand auf den im Vergleich zum ersten Ladezustand höheren zweiten Ladezustand der zweiten Batterieeinheit (2b) anzuheben, und - während einer mit der dritten Phase korrespondierenden dritten Ladestufe die Parallelschaltung zum Laden an den Ladeanschluss (L1, L2) geschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladestufe bereitgestellt wird, bis ein Ladezustand der Hochvoltbatterie (2) einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der ersten Ladestufe der zweite Ladezustand der zweiten Batterieeinheit (2b) erfasst wird und die zweite Ladestufe so lange bereitgestellt wird, bis der erste Ladezustand dem zweiten Ladezustand entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die erste Phase ein Ladevorgang der Hochvoltbatterie (2) bereitgestellt wird und als die zweite Phase und dritte Phase Entladestufen der Hochvoltbatterie (2) zum Bereitstellen eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, wobei - während einer mit der zweiten Phase korrespondierenden ersten Entladestufe nur die zweite Batterieeinheit (2b) zum Versorgen des Antriebs (3) an den Versorgungsanschluss (E1, E2) angeschlossen wird, um den zweiten Ladezustand der zweiten Batterieeinheit (2b) auf den im Vergleich zum zweiten Ladezustand niedrigeren ersten Ladezustand der ersten Batterieeinheit (2a) abzusenken, und - während einer mit der dritten Phase korrespondierenden zweiten Entladestufe die Parallelschaltung zur Versorgung des Antriebs (3) an den Versorgungsanschluss (E1, E2) angeschlossen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten (2a, 2b) über Schalteinrichtungen (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) miteinander und/oder dem Ladeanschluss (L1, L2) und/oder dem Versorgungsanschluss (E1, E2) elektrisch verschaltet werden.
  7. Steuereinrichtung (5) für ein Bordnetz (1) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  8. Bordnetz (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit - einem Antrieb (3), - einer Hochvoltbatterie (2), welche zwei Batterieeinheiten (2a, 2b), einen Ladeanschluss (L1, L2) zum elektrischen Verbinden mit einer fahrzeugexternen Ladestation und einen Versorgungsanschluss (E1, E2) zum elektrischen Verbinden mit dem Antrieb (3) aufweist, - zumindest einen Verbraucher (4) und - eine Steuereinrichtung (5) nach Anspruch 7.
  9. Bordnetz (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten(2a, 2b) jeweils eine Spannungslage von zumindest 400 V aufweisen.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz (1) nach Anspruch 8 oder 9.
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