DE102019134213B4 - Energy storage for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Energiespeicher (1) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit zumindest zwei parallel geschalteten Speichersträngen (10, 20, 30, 40), wobei der Energiespeicher eine erste Schnittstelle (61) und eine zweite Schnittstelle (62) aufweist, wobei die erste Schnittstelle (61) mit den Speichersträngen (10, 20, 30, 40) gekoppelt ist, wobei der Energiespeicher (1) einen Gleichspannungswandler (71) umfasst, wobei die zweite Schnittstelle (62-64) mit dem Gleichspannungswandler (71) gekoppelt ist, wobei die Speicherstränge (10, 20, 30, 40) und der Gleichspannungswandler (71) in einem gemeinsamen Gehäuse (85) angeordnet sind, wobei der Energiespeicher (1) aktivierbare Sicherheitstrennelemente (P1, P2) aufweist und die aktivierbaren Sicherheitstrennelemente (P1, P2) eingerichtet sind, um bei einem definierten Ereignis die erste Schnittstelle (61) von den Speichersträngen (10, 20, 30, 40) zu trennen, ohne die Energieversorgung an der zweiten Schnittstelle (62-64) zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstränge (10, 20, 30, 40) Hochvolt-Speicherstränge sind und jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Teilspeicherstrang (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) mit einem zwischenliegenden Mittelabgriff (13, 23, 33, 43) umfassen, wobei jeder Teilspeicherstrang zumindest eine Hochvolt-Gleichspannungsquelle umfasst und die Hochvolt-Gleichspannungsquelle eine Potenzialdifferenz von mindestens 60 Volt aufweist, wobei die ersten Teilspeicherstränge (11, 21, 31, 41) jeweils ein in Reihenschaltung angeordnetes schaltbares Trennelement (14, 24, 34, 44) aufweisen, und jeweils zwei der Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) an den Mittelabgriffen (13, 23, 33, 43) über ein Schaltelement (51, 52, 53) elektrisch koppelbar sind, wobei die erste Schnittstelle (61) eine Hochvolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Hochvolt-Bordnetzes ist, wobei die zweite Schnittstelle (62-64) eine Niedervolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Niedervolt-Bordnetzes ist, wobei der Gleichspannungswandler (71) ein Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler ist und aus einem der ersten Teilspeicherstränge (11, 21, 31, 41) gespeist wird.Energy store (1) for an electrically drivable vehicle, with at least two parallel-connected storage strands (10, 20, 30, 40), wherein the energy store has a first interface (61) and a second interface (62), the first interface (61 ) is coupled to the storage strings (10, 20, 30, 40), wherein the energy storage device (1) comprises a DC-DC converter (71), wherein the second interface (62-64) is coupled to the DC-DC converter (71), the storage strings (10, 20, 30, 40) and the DC-DC converter (71) are arranged in a common housing (85), the energy store (1) having activatable safety isolating elements (P1, P2) and the activatable safety isolating elements (P1, P2) being set up To separate the first interface (61) from the storage strands (10, 20, 30, 40) at a defined event without interrupting the power supply at the second interface (62-64), thereby marked This means that the storage strings (10, 20, 30, 40) are high-voltage storage strings and each have at least one first and one second partial storage string (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) with an intermediate center tap (13, 23, 33, 43), each partial storage string containing at least one high-voltage DC voltage source and the high-voltage direct voltage source having a potential difference of at least 60 volts, the first partial storage strings (11, 21, 31, 41) each have a switchable isolating element (14, 24, 34, 44) arranged in series, and two of the high-voltage storage strands (10, 20, 30, 40) each at the center taps (13, 23, 33, 43) can be electrically coupled via a switching element (51, 52, 53), the first interface (61) being a high-voltage interface for supplying energy to a high-voltage vehicle electrical system, the second interface (62-64) being a low-voltage interface for supplying energy to a low-voltage -On-board electrical system, the DC-DC converter (71) being a high-voltage/low-voltage DC-DC converter and being fed from one of the first partial storage strings (11, 21, 31, 41).

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug und ein elektrisch antreibbares Fahrzeug.The invention relates to an energy store for an electrically driven vehicle and an electrically driven vehicle.

Elektrisch antreibbare Fahrzeuge rücken zunehmend in das Interesse der Menschen. Als elektrisch antreibbare Fahrzeuge sollen insbesondere Landfahrzeuge, nämlich unter Anderem Gelände- und Straßenfahrzeuge wie Personenkraftwagen, Busse, Lastkraftwagen und andere Nutzfahrzeuge, Schienenfahrzeuge (Bahnen), aber auch Wasserfahrzeuge (Boote) und Luftfahrzeuge wie Hubschrauber, Multicopter, Propellerflugzeuge, Strahlflugzeuge gelten, welche zumindest einen dem Vortrieb des Fahrzeugs dienenden Elektromotor aufweisen. Fahrzeuge können bemannt oder unbemannt sein. Neben reinen Elektrofahrzeugen (BEV) sollen durch die Definition beispielsweise auch Hybridelektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybride (PHEV) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCHV) umfasst werden.Electrically driven vehicles are increasingly attracting people's interest. In particular, land vehicles, namely off-road and road vehicles such as passenger cars, buses, trucks and other commercial vehicles, rail vehicles (trains), but also watercraft (boats) and aircraft such as helicopters, multicopters, propeller aircraft, jet aircraft should be considered to be electrically powered vehicles, which at least have an electric motor used to propel the vehicle. Vehicles can be manned or unmanned. In addition to pure electric vehicles (BEV), the definition should also include hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrids (PHEV) and fuel cell vehicles (FCHV).

Die Anzahl von elektrischen Sicherheits-, Komfort- und Informationssystemen ist schon heute je nach Fahrzeugkategorie und -ausstattung beträchtlich. Es ist dabei zu beobachten, dass zunehmend mehr Komponenten dieser Art verbaut werden. Als Beispiele seien exemplarisch Drive-by-Wire-Systeme (elektrisches Lenken) und Break-by-Wire-Systeme (elektrisches Bremsen), für Landfahrzeuge eine aktive Fahrwerksregelung, Assistenzsysteme und Infotainmentsysteme genannt. Es besteht dabei ein ständiges Bedürfnis daran, die Speicherkapazität der Energiespeicher, den Wirkungsgrad der elektrischen Komponenten, die Systemverfügbarkeit und die Ausfallsicherheit zu erhöhen, die Ladedauer zu verkürzen und die Komplexität in Technik und Produktion zu beherrschen.The number of electrical safety, comfort and information systems is already considerable today, depending on the vehicle category and equipment. It can be observed that more and more components of this type are being installed. Examples include drive-by-wire systems (electric steering) and break-by-wire systems (electric braking), active chassis control for land vehicles, assistance systems and infotainment systems. There is a constant need to increase the storage capacity of the energy storage, the efficiency of the electrical components, the system availability and reliability, to shorten the charging time and to master the complexity in technology and production.

Bereits in der Vergangenheit hat es verschiedene technische Ansätze gegeben, um den Stand der Technik weiterzuentwickeln.There have already been various technical approaches in the past to further develop the state of the art.

DE 10 2011 006 755 A1 betrifft ein System mit einer Anzahl an parallel geschalteten Energieversorgungszweigen, welche jeweils über einen Ausgangsanschluss mit einem von einer Anzahl an Phasenanschlüssen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes verbunden sind. Jeder der Energieversorgungszweige weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiequellenmodule mit jeweils mindestens einem Photovoltaikmodul auf. Kernidee ist es, Photovoltaikmodule in einer Matrix zu verschalten und über den einzelnen Photovoltaikmodulen zugeordnete separate Koppeleinrichtungen die Photovoltaikmodule koordiniert in die Energieversorgungsstränge einzukoppeln. Auf diese Weise soll es möglich sein, über geeignete Ansteuerung der Koppeleinrichtungen Drehstrom zu erzeugen, ohne dass separate Wechselrichter notwendig sind. DE 10 2011 006 755 A1 relates to a system with a number of power supply branches connected in parallel, which are each connected via an output connection to one of a number of phase connections of an electrical power supply network. Each of the energy supply branches has at least two energy source modules connected in series, each with at least one photovoltaic module. The core idea is to connect photovoltaic modules in a matrix and to couple the photovoltaic modules into the energy supply lines in a coordinated manner via separate coupling devices assigned to the individual photovoltaic modules. In this way, it should be possible to generate three-phase current via suitable control of the coupling devices without the need for separate inverters.

In der DE 10 2010 009 260 A1 wird eine Einrichtung zur Versorgung eines Bordnetzes offenbart, in dem ausgangsseitig elektrisch mit dem Bordnetz verbundene Wandlerkanäle eingangsseitig jeweils mit einem Speicherelement eines aus mehreren dieser Elemente zusammengesetzten Energiespeichers elektrisch verbunden sind. Eine mit dem Bordnetz und mit den Speicherelementen des Energiespeichers elektrisch verschaltete Battery-Management-Unit BMU steuert bzw. regelt die Wandlerkanäle derart, dass durch gezielte Ladungsentnahme der Ladungszustand der Speicherelemente einander angeglichen wird und die Spannung des Bordnetzes auf einem Sollwert konstant gehalten wird.In the DE 10 2010 009 260 A1 discloses a device for supplying a vehicle electrical system, in which converter channels which are electrically connected to the vehicle electrical system on the output side are each electrically connected on the input side to a storage element of an energy storage device composed of a plurality of these elements. A battery management unit BMU, which is electrically connected to the vehicle electrical system and to the storage elements of the energy store, controls or regulates the converter channels in such a way that the charge status of the storage elements is adjusted to one another through targeted charge removal and the voltage of the vehicle electrical system is kept constant at a target value.

US 2018 / 0 043 789 A1 offenbart eine elektrische Schaltung mit mindestens drei Batteriemodulen. Jedes der Batteriemodule umfasst mindestens einen Batterieteil und mindestens zwei elektrische Schalter. Jedes der Batteriemodule ist über eine elektrische Verbindungsleitung elektrisch mit mindestens einem zweiten der Batteriemodule verbunden.US 2018/0 043 789 A1 discloses an electrical circuit with at least three battery modules. Each of the battery modules includes at least one battery part and at least two electrical switches. Each of the battery modules is electrically connected to at least a second battery module via an electrical connecting line.

Die US 2016 / 0 254 521 A1 beschreibt eine Speicherbatterie, in der ein bzw. mehrere pyrotechnische Sicherheitstrennelemente (sogenannte Pyrofuses) vorgesehen sind.US 2016/0 254 521 A1 describes a storage battery in which one or more pyrotechnic safety isolating elements (so-called pyrofuses) are provided.

In der DE 10 2013 204 073 A1 wird eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche ein Batteriegehäuse sowie zwei Anschlüsse für einen Verbraucher umfasst. Ferner umfasst die Batterie einen im Batteriegehäuse angeordneten Batteriestrang, der die beiden Anschlüsse miteinander verbindet sowie mindestens eine zu dem Batteriestrang in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezelle aufweist. Innerhalb des Batteriegehäuses ist ein thermisches Auslöseelement angeordnet. In the DE 10 2013 204 073 A1 a battery is provided which includes a battery housing and two connections for a consumer. The battery also includes a battery string which is arranged in the battery housing and which connects the two connections to one another and has at least one battery cell which is connected in series and/or in parallel with the battery string. A thermal tripping element is arranged within the battery housing.

Das Auslöseelement ist ausgebildet, bei Vorliegen einer vorbestimmten ersten Temperatur im Bereich des thermischen Auslöseelementes auszulösen.The triggering element is designed to trigger when a predetermined first temperature is present in the area of the thermal triggering element.

US 8 842 404 B2 offenbart eine Kurzschlußschutzeinrichtung zur Begrenzung bzw. Abschaltung von Kurzschlußströmen in Hochenergie-Gleichstromnetzen. U.S. 8,842,404 B2 discloses a short-circuit protection device for limiting or switching off short-circuit currents in high-energy direct-current networks.

Die DE 10 2016 213 844 A1 beschreibt ein Batteriesystem mit einer Stromunterbrechungsanordnung zum Trennen eines elektrischen Stromflusses zwischen wenigstens einer Batterie des Batteriesystems und einem Verbraucher. Die Stromunterbrechungsanordnung weist mehrere Leistungshalbleiter auf.the DE 10 2016 213 844 A1 describes a battery system with a current interruption arrangement for separating an electrical current flow between at least one battery of the battery system and a consumer. The current interruption arrangement has a number of power semiconductors.

DE 10 2008 053 074 A1 zeigt eine Schnellschalteinrichtung für eine Hochleistungs-Batterie in einem U-Boot-Gleichstromnetz. Die Hochleistungsbatterie umfasst mehrere parallel geschaltete Batteriemodule mit jeweils zumindest einem Strang von in Reihe geschalteten Hochleistungs-Batteriezellen. Jeder der Stränge, die die Netzspannung des Gleichstrominselnetzes haben, weist für jedes der Batteriemodule jeweils eine Schalteinheit auf. Die Schalteinheit umfasst eine Parallelschaltung aus einer den Ladestrom des Batteriemoduls durchlassend gepolten Diode und einem den Entladestrom durchlassend gepolten Leistungshalbleiterschalter. Die Parallelschaltung ist in einem Anschlussleiter des Batteriemoduls angeordnet. Der Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters ist durch eine Überwachungs- und Steuereinrichtung steuerbar, um den in dem Anschlussleiter fließenden Entladestom zu unterbrechen. DE 10 2008 053 074 A1 shows a high-speed switching device for a high-performance battery in a submarine direct current network. The high-performance battery comprises a plurality of battery modules connected in parallel, each with at least one strand of high-performance battery cells connected in series. Each of the strands, which have the grid voltage of the DC island grid, has a switching unit for each of the battery modules. The switching unit comprises a parallel circuit made up of a diode polarized to let the charging current of the battery module through and a power semiconductor switch polarized to let the discharge current through. The parallel circuit is arranged in a connecting conductor of the battery module. The switching state of the power semiconductor switch can be controlled by a monitoring and control device in order to interrupt the discharge current flowing in the connecting conductor.

In der DE 10 2015 219 589 A1 wird eine Fahrzeugbatterievorrichtung mit einem ersten Akkumulator, der einen Zwischenabgriff aufweist, einem zweiten Akkumulator, der einen Pluspol aufweist, sowie mit einem ersten und einem zweiten positiven Anschluss beschrieben. Der Pluspol des zweiten Akkumulators ist mit dem Zwischenabgriff des ersten Akkumulators verbunden. Der zweite Akkumulator weist eine Nennspannung auf, die kleiner als die Nennspannung des ersten Akkumulators ist. Der erste positive Anschluss ist mit einem Pluspol des ersten Akkumulators verbunden. Der zweite positive Anschluss ist mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators verbunden. Ein Masseanschluss der Fahrzeugbatterievorrichtung ist über einen ersten Schalter mit einem Minuspol des ersten Akkumulators verbunden. Der Masseanschluss ist ferner über einen zweiten Schalter einem Minuspol des zweiten Akkumulators verbunden. Die Fahrzeugvorrichtung stellt zwei Niedervolt-Spannungen bereit.In the DE 10 2015 219 589 A1 describes a vehicle battery device with a first accumulator, which has an intermediate tap, a second accumulator, which has a positive pole, and with a first and a second positive terminal. The positive pole of the second battery is connected to the intermediate tap of the first battery. The second accumulator has a nominal voltage that is lower than the nominal voltage of the first accumulator. The first positive connection is connected to a positive pole of the first accumulator. The second positive connection is connected to the positive pole of the second accumulator. A ground connection of the vehicle battery device is connected to a negative pole of the first accumulator via a first switch. The ground connection is also connected to a negative pole of the second accumulator via a second switch. The vehicle device provides two low-voltage voltages.

Keines der zitierten Dokumente betrifft einen Energiespeicher für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, der den besonders hohen Anforderungen an Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, insbesondere im Zusammenhang mit den Assistenzsystemen für autonomes Fahren, gerecht wird.None of the cited documents relates to an energy store for an electrically driven vehicle that meets the particularly high requirements for operational safety and reliability, particularly in connection with the assistance systems for autonomous driving.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen in Bezug auf die genannten Punkte verbesserten Energiespeicher für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug sowie ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an energy storage device for an electrically driven vehicle and a corresponding vehicle that is improved in relation to the points mentioned.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Energiespeicher gemäß Anspruch 1. Der Energiespeicher weist zumindest zwei parallel geschaltete Hochvolt-Speicherstränge mit jeweils mindestens einem ersten und einem zweiten in Reihe geschalteten Teilspeicherstrang auf. Die Teilspeicherstränge umfassen jeweils zumindest eine Hochvolt-Gleichspannungsquelle. Hochvolt-Gleichspannungen sind im Sinne der Offenbarung durch eine Potentialdifferenz von mindestens 60 Volt gekennzeichnet. Vorliegend kann die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Speicherstränge mehrere Hundert Volt betragen, z. B. 200 V, 400 V, 600 V, 800 V, 1200 V oder auch Spannungswerte zwischen den genannten. Beispielsweise kann es sich bei den Teilspeichersträngen um Batteriemodule mit jeweils einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Zellen handeln. Auch können mehrere Batteriemodule, ggf. mit weiteren elektronischen Komponenten, zu einem Batteriepack zusammengefasst sein und einen Teilspeicherstrang bilden. Die redundante Versorgung durch zumindest zwei Hochvolt-Speicherstränge verbessert die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit der Energieversorgung.The object is achieved by an energy storage device according to claim 1. The energy storage device has at least two high-voltage storage strings connected in parallel, each with at least a first and a second partial storage string connected in series. The sub-storage strings each include at least one high-voltage direct voltage source. According to the disclosure, high-voltage direct currents are characterized by a potential difference of at least 60 volts. In the present case, the high-voltage direct current of the high-voltage storage strands can be several hundred volts, e.g. B. 200 V, 400 V, 600 V, 800 V, 1200 V or voltage values between the mentioned. For example, the partial storage strings can be battery modules each having a plurality of cells connected in series. A number of battery modules, possibly with additional electronic components, can also be combined to form a battery pack and form a partial storage string. The redundant supply from at least two high-voltage storage strings improves the availability and reliability of the energy supply.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfassen die ersten Teilspeicherstränge jeweils ein mit der Hochvolt-Gleichspannungsquelle in Reihenschaltung angeordnetes schaltbares Trennelement. Durch das Trennelement kann ein Stromfluss in den ersten Teilspeichersträngen unterbrochen werden.According to a further aspect, the first partial storage strings each include a switchable isolating element arranged in series with the high-voltage DC voltage source. A current flow in the first sub-storage strings can be interrupted by the isolating element.

Weiterhin ist zwischen dem ersten und dem zweiten Teilspeicherstrang ein Mittelabgriff angeordnet. Jeweils zwei der Hochvolt-Speicherstränge sind an den Mittelabgriffen über ein Schaltelement elektrisch koppelbar. Durch die schaltbare Kopplung kann der Stromfluss im Energiespeicher und insbesondere zwischen den Teilspeichersträngen situationsangepasst gesteuert (umgeleitet) werden.Furthermore, a center tap is arranged between the first and the second partial storage line. Two of the high-voltage storage strings can be electrically coupled at the center taps via a switching element. Due to the switchable coupling, the current flow in the energy store and in particular between the partial storage strings can be controlled (redirected) in a way that is adapted to the situation.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.Preferred configurations of the invention are specified in the dependent claims and the following description, each of which individually or in combination can represent an aspect of the invention.

Vorteilhaft kann durch die selektive Kopplung von mindestens zwei der Mittelabgriffe eine aktive Ladungsverschiebung/Umladung zwischen den Speichersträngen bzw. den einzelnen Teilspeichersträngen vorgenommen werden.Advantageously, by selectively coupling at least two of the center taps, an active charge transfer/charge reversal can be carried out between the storage strings or the individual partial storage strings.

Der Energiespeicher umfasst eine Hochvolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Hochvolt-Bordnetzes und eine Niedervolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Niedervolt-Bordnetzes. Niedervolt-Bordnetze sind in der Regel solche, die keine Hochvolt-Bordnetze sind. Niedervolt-Bordnetze können beispielsweise eine Spannung von 12 V, 24 V oder 48 V aufweisen. Die Hochvolt-Schnittstelle kann vorzugsweise elektrisch mit den Hochvolt-Speichersträngen gekoppelt sein. Der Energiespeicher kann einen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler umfassen. Die Niedervolt-Schnittstelle kann vorzugsweise mit dem Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler gekoppelt sein. Der Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler kann insbesondere aus einem der ersten Teilspeicherstränge gespeist werden. Bei dem Hochvolt-Bordnetz kann es sich um ein Traktionsbordnetz handeln, welches zumindest einen Traktionsmotor und/oder ggf. weitere Verbraucher umfasst. Eine separate Niedervolt-Batterie zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes ist dann nicht mehr zwingend notwendig. Optional kann eine zusätzliche (niederkapazitive) Spannungsquelle für den System-Aufstart vorgesehen sein.The energy store includes a high-voltage interface for supplying energy to a high-voltage vehicle electrical system and a low-voltage interface for supplying energy to a low-voltage vehicle electrical system. Low-voltage vehicle electrical systems are generally those that are not high-voltage vehicle electrical systems. Low-voltage vehicle electrical systems can have a voltage of 12 V, 24 V or 48 V, for example. The high-voltage interface can preferably be electrically coupled to the high-voltage storage strings. The energy store can include a high-voltage/low-voltage direct-current converter. The low-voltage interface can preferably be connected to the high-voltage Be coupled low-voltage DC-DC converter. The high-voltage/low-voltage direct current converter can in particular be fed from one of the first partial storage strings. The high-voltage vehicle electrical system can be a traction vehicle electrical system, which includes at least one traction motor and/or possibly other consumers. A separate low-voltage battery to supply the low-voltage vehicle electrical system is then no longer absolutely necessary. Optionally, an additional (low-capacity) voltage source can be provided for the system start-up.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt können die zweiten Teilspeicherstränge jeweils ein in Reihe geschaltetes schaltbares Trennelement umfassen. Hierdurch kann der Stromfluss in den zweiten Teilspeichersträngen unterbrochen werden.According to one advantageous aspect, the second partial storage strings can each include a switchable isolating element connected in series. As a result, the flow of current in the second partial storage strings can be interrupted.

Die schaltbaren Trennelemente können jeweils einen Halbleiterschalter umfassen. Halbleiterschalter verschleißen kaum. Des Weiteren kann durch eine gezielte Ansteuerung, beispielsweise mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) oder einem Betrieb im Abschnürbereich, ein aktives Batterie- bzw. Zellmanagement betrieben werden. Beispielsweise lassen sich Spannungsunterschiede durch gesteuerte Ladungsverschiebungen ausgleichen.The switchable isolating elements can each include a semiconductor switch. Semiconductor switches hardly wear out. Furthermore, an active battery or cell management can be operated through a targeted control, for example with a pulse width modulation (PWM) or an operation in the pinch area. For example, voltage differences can be compensated for by controlled charge transfers.

Vorteilhaft können die schaltbaren Trennelemente einen zu dem Halbleiterschalter parallel oder in Reihe geschalteten elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter aufweisen. Durch die Parallelschaltung werden Verluste minimiert und die Verfügbarkeit beim Ausfall eines Trennelementes erhöht. Durch die alternative Reihenschaltung kann eine sichere elektrische Trennung gefördert werden. Bevorzugt können die schaltbaren Trennelemente ein Sicherheitstrennelement oder eine Sicherung umfassen. Durch die (zusätzliche) Redundanz wird eine sichere Trennung des Strompfades gefördert.Advantageously, the switchable isolating elements can have an electrically or electromagnetically actuatable switch connected in parallel or in series with the semiconductor switch. The parallel connection minimizes losses and increases availability if an isolating element fails. The alternative series connection can promote safe electrical separation. The switchable isolating elements can preferably include a safety isolating element or a fuse. The (additional) redundancy promotes safe separation of the current path.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann der Energiespeicher einen zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler aufweisen. Der zweite Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler kann aus einem der ersten oder zweiten Teilspeicherstränge gespeist werden. Die Niedervolt-Schnittstelle kann mit dem zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler gekoppelt sein.According to a further advantageous aspect, the energy store can have a second high-voltage/low-voltage direct-current converter. The second high-voltage/low-voltage direct-current converter can be fed from one of the first or second partial storage strings. The low-voltage interface can be coupled to the second high-voltage/low-voltage direct-current converter.

Bevorzugt kann der Energiespeicher einen weiteren Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler aufweisen. Der weitere Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler kann aus einem oder mehreren der Hochvolt-Speicherstränge gespeist werden.The energy store can preferably have a further high-voltage/low-voltage direct-current converter. The additional high-voltage/low-voltage DC converter can be fed from one or more of the high-voltage storage strings.

Die unterschiedlichen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler können jeweils verschiedene (Niedervolt-)Teilnetze versorgen. Alternativ können die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler die Redundanz erhöhen.The different high-voltage/low-voltage DC converters can each supply different (low-voltage) sub-networks. Alternatively, the high-voltage/low-voltage DC converters can increase redundancy.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann der Energiespeicher zumindest drei der Hochvolt-Speicherstränge aufweisen. Diese Ausgestaltung hat sich als besonders geeignet erwiesen.According to a further advantageous aspect, the energy store can have at least three of the high-voltage storage strands. This configuration has proven to be particularly suitable.

Vorteilhaft können die Mittelabgriffe über die Schaltelemente ringförmig koppelbar sein. Durch die ringförmige Kopplung wird die Anzahl der alternativen Strompfade erhöht.Advantageously, the center taps can be coupled in a ring shape via the switching elements. The ring-shaped coupling increases the number of alternative current paths.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Energiespeicher vier oder mehr der Hochvolt-Speicherstränge umfassen.In an advantageous embodiment, the energy store can include four or more of the high-voltage storage strings.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt können jeweils ein Hochvolt-Speicherstrang oder zwei Hochvolt-Speicherstränge in einem Batteriegehäuse angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich die Hochvolt-Speicherstränge aus dem Energiespeicher entnehmen und besonders leicht warten oder austauschen.According to a further advantageous aspect, one high-voltage storage string or two high-voltage storage strings can be arranged in a battery housing. In this way, the high-voltage storage strings can be removed from the energy store and serviced or replaced particularly easily.

Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Hochvolt-Speicherstränge und der bzw. die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Energiespeicher weist aktivierbare Sicherheitstrennelemente auf. Die Sicherheitstrennelemente sind eingerichtet, um bei einem definierten Ereignis die Hochvolt-Schnittstelle von den Hochvolt-Speichersträngen zu trennen, ohne jedoch die Energieversorgung an der Niedervolt-Schnittstelle zu unterbrechen.According to a further aspect, the high-voltage storage strings and the high-voltage/low-voltage direct current converter(s) are arranged in a common housing. The energy store has safety isolating elements that can be activated. The safety isolating elements are set up to separate the high-voltage interface from the high-voltage storage strands in the event of a defined event, but without interrupting the energy supply at the low-voltage interface.

Bei den Sicherheitstrennelementen kann es sich beispielsweise um Pyro-Switches (Pyrofuses) und/oder Sicherungen handeln. Die Sicherheitstrennelemente können eingerichtet und in der elektrischen Schaltung angeordnet sein, um bei einem definierten Ereignis die Hochvolt-Schnittstelle von den Hochvolt-Spannungsquellen zu trennen, ohne die Energieversorgung des Niedervolt-Bordnetzes zu unterbrechen.The safety isolating elements can be, for example, pyro switches (pyrofuses) and/or fuses. The safety isolating elements can be set up and arranged in the electrical circuit in order to separate the high-voltage interface from the high-voltage voltage sources in the event of a defined event, without interrupting the power supply to the low-voltage vehicle electrical system.

In anderen Worten, können im Falle eines Unfalls alle Hochvolt-Anschlüsse des Energiespeichers von den Sicherheitstrennelementen spannungs- und stromlos geschaltet werden, während die Spannungsversorgung des Niedervolt-Bordnetzes aufrechterhalten wird. Dieser Aspekt ermöglicht die Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes aus dem Energiespeicher, auch wenn die Hochvolt-Versorgung aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden musste.In other words, in the event of an accident, all high-voltage connections of the energy store can be switched off and currentless by the safety isolating elements, while the voltage supply to the low-voltage vehicle electrical system is maintained. This aspect enables the low-voltage vehicle electrical system to be supplied from the energy store, even if the high-voltage supply had to be switched off for safety reasons.

Wenn es sich bei den Sicherheitstrennelementen um irreversible Trennelemente wie z.B. Pyrofuses handelt, können die Sicherheitstrennelemente optional zusätzlich mit einem schaltbaren Trennelement in Reihe geschaltet sein oder dieses integriert haben. Auf diese Weise können die Hochvolt-Schnittstellen für Wartung bzw. Service reversibel stromlos geschaltet werden.If the safety separators are irreversible separators such as Pyrofuses are, the safety isolating elements can optionally be additionally connected in series with a switchable isolating element or have this integrated. In this way, the high-voltage interfaces can be reversibly de-energized for maintenance or service.

Bevorzugt weist der Energiespeicher schaltbare Trennelemente auf, welche eingerichtet sind, um die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler von den Speichersträngen selektiv zu trennen.The energy storage device preferably has switchable isolating elements which are set up to selectively isolate the high-voltage/low-voltage DC/DC converters from the storage strings.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Energiespeicher schaltbare Trennelemente, welche eingerichtet sind, um die Niedervolt-Schnittstellen selektiv stromlos zu schalten.In an advantageous embodiment, the energy store comprises switchable isolating elements which are set up to selectively switch off the low-voltage interfaces.

Die vorstehenden Aspekte ermöglichen eine granulare Steuerung der Strompfade. Auf diese Weise können Stromflüsse um defekte Bauelemente herumgeleitet, Kurzschlüsse elektrisch isoliert und die Energieversorgung besonders relevanter Verbraucher priorisiert werden.The above aspects allow for granular control of current paths. In this way, current flows can be diverted around defective components, short circuits can be electrically isolated and the energy supply of particularly relevant consumers can be prioritized.

Bereitgestellt wird weiterhin ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher. Das Fahrzeug kann neben dem Energiespeicher ein Hochvolt-Bordnetz und ein Niedervolt-Bordnetz aufweisen, wobei das Hochvolt-Bordnetz und das Niedervolt-Bordnetz jeweils von dem erfindungsgemäßen Energiespeicher gespeist wird.An electrically drivable vehicle with an energy store according to the invention is also provided. In addition to the energy storage device, the vehicle can have a high-voltage vehicle electrical system and a low-voltage vehicle electrical system, with the high-voltage vehicle electrical system and the low-voltage vehicle electrical system each being fed by the energy storage device according to the invention.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:

  • - 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Energiespeichers mit zwei Hochvolt-Speichersträngen,
  • - 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Energiespeichers mit drei Hochvolt-Speichersträngen, und
  • - 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Energiespeichers mit vier Hochvolt-Speichersträngen.
Further advantages and features of the invention result from the following descriptions and from the accompanying drawings, to which reference is made. Show it:
  • - 1 a simplified schematic representation of an energy storage device with two high-voltage storage strings,
  • - 2 a simplified schematic representation of an energy store with three high-voltage storage strings, and
  • - 3 a simplified schematic representation of an energy store with four high-voltage storage strings.

Die einzelnen Komponenten sind in der Regel nach ihrer Funktion bezeichnet und gegebenenfalls zusammengefasst. Elektrische Kopplungen der jeweiligen Komponenten in der elektrischen Schaltung sind über direkte oder indirekte Verbindungen gegeben. Merkmale und Funktionen, die bereits im Zusammenhang mit einer Figur beschrieben wurden, werden im Kontext der weiteren Figuren nur wiederholt, wenn dies zum besseren Verständnis notwendig erscheint.The individual components are usually designated according to their function and, if necessary, grouped together. Electrical couplings of the respective components in the electrical circuit are given via direct or indirect connections. Features and functions that have already been described in connection with a figure are only repeated in the context of the other figures if this appears necessary for better understanding.

In 1 ist eine vereinfachte schematische Übersicht eines Energiespeichers 1 für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gezeigt. Der Energiespeicher 1 weist zwei parallel geschalteten Hochvolt-Speichersträngen 10, 20 auf. Die Hochvolt-Speicherstränge 10, 20 umfassen jeweils einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Teilspeicherstrang 11, 12, 21, 22 mit einem zwischenliegenden Mittelabgriff 13, 23. Die ersten Teilspeicherstränge 11, 21 umfassen jeweils ein mit der jeweiligen Hochvolt-Gleichspannungsquelle des Teilspeicherstranges 11, 21 in Reihenschaltung angeordnetes schaltbares Trennelement 14, 24. Das Trennelement 14, 24 ist im Normalbetrieb geschlossen. Es ist vorzugsweise als Schließer ausgeführt, also stromlos geöffnet bzw. hochohmig bei Nichtansteuerung. Alternativ kann es als Öffner ausgeführt sein. Jeweils zwei der Hochvolt-Speicherstränge 10, 20 sind an den Mittelabgriffen 13, 23 über ein Schaltelement 51 elektrisch koppelbar. Das zwei Mittelabgriffe 13, 23 verbindende Schaltelement 51 ist normal offen, und kann deshalb bevorzugt ebenfalls als Schließer ausgeführt werden.In 1 a simplified schematic overview of an energy store 1 for an electrically driven vehicle is shown. The energy store 1 has two high-voltage storage strings 10, 20 connected in parallel. The high-voltage storage strings 10, 20 each include a first and a second series-connected sub-storage string 11, 12, 21, 22 with an intermediate center tap 13, 23. The first sub-storage strings 11, 21 each include one with the respective high-voltage DC voltage source of the sub-storage string 11, 21 switchable isolating element 14, 24 arranged in series connection. The isolating element 14, 24 is closed during normal operation. It is preferably designed as a make contact, i.e. open without current or with high resistance when not activated. Alternatively, it can be designed as an opener. Two of the high-voltage storage strands 10, 20 can be electrically coupled at the center taps 13, 23 via a switching element 51. The two center taps 13, 23 connecting switching element 51 is normally open, and can therefore preferably also be designed as a closer.

Der Energiespeicher 1 umfasst eine Hochvolt-Schnittstelle 61 zur Energieversorgung eines Hochvolt-Bordnetzes und zwei Niedervolt-Schnittstellen 62, 63 zur Energieversorgung (jeweils) eines Niedervolt-Bordnetzes. Natürlich können in anderen Ausführungsvarianten auch mehr (oder weniger) als zwei Niedervolt-Schnittstellen versorgt werden. Die Hochvolt-Schnittstelle 61 ist mit den Hochvolt-Speichersträngen 10, 20 gekoppelt.The energy store 1 includes a high-voltage interface 61 for supplying energy to a high-voltage vehicle electrical system and two low-voltage interfaces 62, 63 for supplying energy (each) to a low-voltage vehicle electrical system. Of course, in other design variants, more (or fewer) than two low-voltage interfaces can also be supplied. The high-voltage interface 61 is coupled to the high-voltage storage strands 10, 20.

Der Energiespeicher 1 weist weiterhin einen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71 auf. Der Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71 wird aus einem der ersten Teilspeicherstränge 11, 21 gespeist. Die Niedervolt-Schnittstelle 62 ist mit dem Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71 gekoppelt.The energy store 1 also has a high-voltage/low-voltage direct current converter 71 . The high-voltage/low-voltage DC converter 71 is fed from one of the first partial storage strings 11, 21. The low-voltage interface 62 is coupled to the high-voltage/low-voltage direct current converter 71 .

Die zweiten Teilspeicherstränge 12, 22 umfassen jeweils ein mit der Hochvolt-Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltetes schaltbares Trennelement 15, 25. Bei dem Trennelement 15, 25 handelt es sich um einen Schließer, welcher stromlos geöffnet bzw. bei einem Halbleiterschalter ohne Ansteuerung hochohmig ist. Alternativ kann das Trennelement auch ein Öffner sein. Zur Reduzierung der elektrischen Bauteile kann alternativ eines der Trennelemente 14, 15, 24, 25 entweder im ersten Teilspeicherstrang 11, 21 oder im zweiten Teilspeicherstrang 12, 22 entfallen.The second sub-storage strings 12, 22 each include a switchable isolating element 15, 25 connected in series with the high-voltage DC voltage source. The isolating element 15, 25 is a make contact which is normally open or has a high resistance in the case of a semiconductor switch without activation. Alternatively, the separating element can also be an opener. To reduce the electrical components, one of the separating elements 14, 15, 24, 25 either in the first partial storage line 11, 21 or in the second partial storage line 12, 22 can alternatively be omitted.

Die Trennelemente 14, 24, 15, 25 in den ersten und zweiten Teilspeichersträngen 11, 21, 12, 22 können bevorzugt so angeordnet sein, dass beidseitig der Hochvolt-Spannungsquellen jeweils ein Trennelement 14, 24, 15, 25 liegt. In anderen Worten folgt in den jeweiligen Hochvolt-Speichersträngen 10, 20 in einer Reihenschaltung auf ein erstes Trennelement 14, 24 die Hochvolt-Gleichspannungsquelle des ersten Teilspeicherstranges 11, 21. Auf den ersten Teilspeicherstrang 11, 21 folgt, zwischen dem ersten Teilspeicherstrang 11, 21 und dem zweiten Teilspeicherstrang 12, 22 liegend, der Mittelabgriff 13, 23. Auf den Mittelabgriff 13, 23 folgt, in Reihe geschaltet, die Hochvolt-Gleichspannungsquelle des zweiten Teilspeicherstranges 12, 22. Zuletzt folgen die Trennelemente 15, 25 in den zweiten Teilspeichersträngen 12, 22. Die zumindest zwei Hochvolt-Speicherstränge 10, 20 sind parallelgeschaltet, also vor den Trennelementen 14, 24 der ersten Teilspeicherstränge 11, 21 und nach den Trennelementen 15, 25 der zweiten Teilspeicherstränge 12, 22 elektrisch gekoppelt.The separating elements 14, 24, 15, 25 in the first and second partial storage strings 11, 21, 12, 22 can preferably be arranged in such a way that a separating element 14, 24, 15, 25 is located on each side of the high-voltage voltage sources. In other words follows in the respective high-voltage storage strings 10, 20 in a series connection to a first separator element 14, 24, the high-voltage DC voltage source of the first partial storage string 11, 21. The first partial storage string 11, 21 follows, between the first partial storage string 11, 21 and the second Sub-storage string 12, 22 lying, the center tap 13, 23. Following the center tap 13, 23, connected in series, is the high-voltage DC voltage source of the second sub-storage string 12, 22. Finally, the isolating elements 15, 25 in the second sub-storage strings 12, 22 follow. The at least two high-voltage storage strings 10, 20 are connected in parallel, i.e. electrically coupled before the isolating elements 14, 24 of the first partial storage strings 11, 21 and after the isolating elements 15, 25 of the second partial storage strings 12, 22.

Die schaltbaren Trennelemente 14, 24 in den ersten Teilspeichersträngen 11, 21 umfassen jeweils einen Halbleiterschalter 141. Die schaltbaren Trennelemente in den ersten Teilspeichersträngen 14, 24 weisen einen zu dem Halbleiterschalter 141 in Reihe oder parallel geschalteten elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter 142 auf. Dies ist exemplarisch am Trennelement 14 im ersten Teilspeicherstrang 11 des ersten Hochvolt-Speicherstranges 10 dargestellt, betrifft aber natürlich ebenso die weiteren Trennelemente, auch in den weiteren Teilspeichersträngen und in den anderen Ausführungsvarianten.The switchable isolating elements 14, 24 in the first partial memory strings 11, 21 each comprise a semiconductor switch 141. The switchable isolating elements in the first partial memory strings 14, 24 have an electrically or electromagnetically actuatable switch 142 connected in series or in parallel with the semiconductor switch 141. This is shown as an example on the separating element 14 in the first partial storage branch 11 of the first high-voltage storage branch 10, but of course also applies to the other separating elements, also in the further partial storage branches and in the other embodiment variants.

In der gezeigten Ausführungsform weist der Energiespeicher 1 einen zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 auf. Der zweite Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 wird aus einem der ersten Teilspeicherstränge 11, 21 gespeist, kann alternativ aber auch aus einem der zweiten Teilspeicherstränge 12, 22 mit Energie versorgt werden. Die Niedervolt-Schnittstelle 63 ist mit dem zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 gekoppelt.In the embodiment shown, the energy store 1 has a second high-voltage/low-voltage direct-current converter 72 . The second high-voltage/low-voltage DC-DC converter 72 is fed from one of the first partial storage strings 11, 21, but can alternatively also be supplied with energy from one of the second partial storage strings 12, 22. The low-voltage interface 63 is coupled to the second high-voltage/low-voltage direct current converter 72 .

Die Hochvolt-Speicherstränge 10, 20 und die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71, 72 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 85 angeordnet. Der Energiespeicher 1 weist aktivierbare Sicherheitstrennelemente P1, P2 auf. Die Sicherheitstrennelemente P1, P2 sind eingerichtet, um bei einem definierten Ereignis (etwa einem Unfall, bei einem Kurzschluss oder einem anderen Fehler) die Hochvolt-Schnittstelle 61 von den Hochvolt-Speichersträngen 10, 20 zu trennen, ohne die Energieversorgung an der den Niedervolt-Schnittstellen 62, 63 zu unterbrechen. Wenn es sich bei den Sicherheitstrennelementen um irreversible Trennelemente wie z.B. Pyrofuses handelt, können die Sicherheitstrennelemente optional zusätzlich mit einem schaltbaren Trennelement in Reihe geschaltet sein oder dieses integriert haben.The high-voltage storage strings 10, 20 and the high-voltage/low-voltage direct-current converters 71, 72 are arranged in a common housing 85. The energy store 1 has activatable safety isolating elements P1, P2. The safety isolating elements P1, P2 are set up in order to separate the high-voltage interface 61 from the high-voltage storage strands 10, 20 in the event of a defined event (such as an accident, a short circuit or another error) without the energy supply to the low-voltage Interfaces 62, 63 to interrupt. If the safety isolating elements are irreversible isolating elements such as pyrofuses, the safety isolating elements can optionally also be connected in series with a switchable isolating element or have this integrated.

Der Energiespeicher 1 umfasst schaltbare Trennelemente 91, 92, welche eingerichtet sind, um die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71, 72 von den Speichersträngen 10, 20 selektiv zu trennen oder zuzuschalten. Auf diese Weise wird beispielsweise ein besonders effizienter Betrieb im Teillastbereich ermöglicht.The energy store 1 includes switchable isolating elements 91, 92 which are set up to selectively disconnect or connect the high-voltage/low-voltage DC/DC converters 71, 72 from the storage strings 10, 20. In this way, for example, particularly efficient operation in the partial load range is made possible.

Der Energiespeicher 1 weist schaltbare Trennelemente 91, 92 auf, welche eingerichtet sind, um die Niedervolt-Schnittstellen 62, 63 selektiv stromlos zu schalten, und optional um im Fehlerfall den Nochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler auf der Hochvoltseite von den Hochvolt-Speichersträngen abzutrennen. Die Trennelemente zum Trennen der Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71, 72 von den Hochvolt-Speichersträngen 10, 20 können (je nach Schaltungsausführung) dieselben sein, wie die Trennelemente 91, 92, um die Niedervolt-Schnittstellen selektiv stromlos zu schalten.The energy store 1 has switchable isolating elements 91, 92 which are set up to selectively switch off the low-voltage interfaces 62, 63 and optionally to separate the still-voltage low-voltage DC-DC converter on the high-voltage side from the high-voltage storage strands in the event of a fault. The separating elements for separating the high-voltage/low-voltage DC-DC converters 71, 72 from the high-voltage storage strands 10, 20 can (depending on the circuit design) be the same as the separating elements 91, 92 in order to selectively switch the low-voltage interfaces currentless.

Die Hochvolt-Speicherstränge 10, 20 sind in einem Batteriegehäuse 81, 82, 83 angeordnet.The high-voltage storage strings 10, 20 are arranged in a battery housing 81, 82, 83.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsvariante des Energiespeichers 1. Der Energiespeicher 1 umfasst drei der Hochvolt-Speicherstränge 10, 20, 30. 2 shows a simplified schematic representation of an embodiment variant of the energy store 1. The energy store 1 comprises three of the high-voltage storage strands 10, 20, 30.

Die Mittelabgriffe 13, 23, 33 sind über die Schaltelemente 51, 52, 53 ringförmig koppelbar. Die ringförmige Kopplung ist auch bei Ausführungsvarianten mit mehr als drei Hochvolt-Speichersträngen möglich und vorteilhaft.The center taps 13, 23, 33 can be coupled in a ring shape via the switching elements 51, 52, 53. The ring-shaped coupling is also possible and advantageous in design variants with more than three high-voltage storage strings.

Der Energiespeicher 1 weist in der gezeigten Variante nur einen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71 am ersten Teilspeicherstrang 11 auf. Er kann allerdings in einer abgewandelten Variante auch einen zweiten und/oder einen weiteren Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71, 73 aufweisen.In the variant shown, the energy store 1 has only one high-voltage/low-voltage direct-current converter 71 on the first partial storage line 11 . However, in a modified variant, it can also have a second and/or a further high-voltage/low-voltage direct-current converter 71, 73.

Die Schaltelemente 51, 52, 53 umfassen jeweils einen Halbleiterschalter 531. Die Schaltelemente 51, 52, 53 weisen einen zu dem Halbleiterschalter 531 in Reihe geschalteten elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter 532 auf. Dies ist exemplarisch am Schaltelement 53 zwischen dem dritten und dem ersten Mittelabgriff 33, 31 dargestellt, betrifft aber natürlich ebenso die anderen Schaltelemente, die die Mittelabgriffe koppelbar verbinden, auch in den weiteren Ausführungsvarianten.The switching elements 51, 52, 53 each comprise a semiconductor switch 531. The switching elements 51, 52, 53 have an electrically or electromagnetically actuatable switch 532 connected in series with the semiconductor switch 531. This is shown as an example on the switching element 53 between the third and the first center tap 33, 31, but of course also applies to the other switching elements that connect the center taps in a couplable manner, also in the further embodiment variants.

Durch öffnen der Trennelemente 14, 15 des ersten und zweiten Teilspeicherstrangs 11, 12 (und bei offenen Schaltelementen 51, 53) kann der erste Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71 von den Speichersträngen 10, 20, 30 selektiv getrennt werden. Auf diese Weise wird die Niedervolt-Schnittstelle 62 selektiv stromlos geschaltet. Alternativ können hierfür separate Trennelemente vorgesehen sein.By opening the isolating elements 14, 15 of the first and second partial storage strings 11, 12 (and with the switching elements 51, 53 open), the first high-voltage/low-voltage DC-DC converter 71 can be selectively separated from the storage strings 10, 20, 30. In this way, the Nieder volt interface 62 selectively de-energized. Alternatively, separate separating elements can be provided for this.

Jeweils ein Hochvolt-Speicherstrang 10, 20, 30 ist in einem Batteriegehäuse 81, 82, 83 angeordnet.In each case one high-voltage storage string 10, 20, 30 is arranged in a battery housing 81, 82, 83.

3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante des Energiespeichers 1. Der Energiespeicher 1 umfasst vier der Hochvolt-Speicherstränge 10, 20, 30, 40. 3 shows a simplified schematic representation of a further embodiment of the energy store 1. The energy store 1 comprises four of the high-voltage storage strands 10, 20, 30, 40.

In der gezeigten Ausführungsform weist der Energiespeicher 1 einen zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 auf. Der zweite Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 wird aus einem der zweiten Teilspeicherstränge 12, 22, 32, 42 gespeist, kann in einer alternativen Variante aber auch aus einem der ersten Teilspeicherstränge 11, 21, 31, 41 mit Energie versorgt werden. Die Niedervolt-Schnittstelle 63 ist mit dem zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 72 gekoppelt.In the embodiment shown, the energy store 1 has a second high-voltage/low-voltage direct-current converter 72 . The second high-voltage/low-voltage DC-DC converter 72 is fed from one of the second partial storage strings 12, 22, 32, 42, but in an alternative variant it can also be supplied with energy from one of the first partial storage strings 11, 21, 31, 41. The low-voltage interface 63 is coupled to the second high-voltage/low-voltage direct current converter 72 .

Der Energiespeicher 1 weist einen weiteren Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 73 auf. Der weitere Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 73 wird, je nach Schaltstellung der Trennelemente 14, 24, 15, 25 aus einem bzw. mehreren der Hochvolt-Speicherstränge 10, 20, 30, 40 gespeist.The energy store 1 has a further high-voltage/low-voltage direct current converter 73 . The other high-voltage/low-voltage DC converter 73 is fed from one or more of the high-voltage storage strings 10, 20, 30, 40, depending on the switching position of the isolating elements 14, 24, 15, 25.

Die schaltbaren Trennelemente 15, 25, 35, 45 in den zweiten Teilspeichersträngen 12, 22, 32, 42 umfassen jeweils einen Halbleiterschalter 151. The switchable isolating elements 15, 25, 35, 45 in the second partial storage strings 12, 22, 32, 42 each include a semiconductor switch 151.

Die schaltbaren Trennelemente in den zweiten Teilspeichersträngen 15, 25, 35, 45 weisen einen zu dem Halbleiterschalter 151 parallel geschalteten elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter 152 auf. Dies ist exemplarisch am Trennelement 15 im zweiten Teilspeicherstrang 12 des ersten Hochvolt-Speicherstranges 10 dargestellt, betrifft aber natürlich ebenso die weiteren Trennelemente, auch in den weiteren Teilspeichersträngen und den anderen Ausführungsvarianten. Auf diese Weise werden Verluste reduziert. In einer weiteren Ausführungsvariante werden die Halbleiterschalter und die elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter in Reihe geschaltet. Die schaltbaren Trennelemente können als Schließer (stromlos geöffnet bzw. bei Halbleiterschaltern hochohmig ohne Ansteuerung) ausgeführt sein. Jeweils eines der Trennelemente kann ein Sicherheitstrennelement sein. Die genannten Aspekte fördern eine sichere Unterbrechung des Stromflusses.The switchable isolating elements in the second partial storage strings 15, 25, 35, 45 have an electrically or electromagnetically actuatable switch 152 connected in parallel with the semiconductor switch 151. This is shown as an example on the separating element 15 in the second partial storage branch 12 of the first high-voltage storage branch 10, but of course also applies to the other separating elements, also in the further partial storage branches and the other design variants. In this way, losses are reduced. In a further embodiment variant, the semiconductor switches and the electrically or electromagnetically actuable switches are connected in series. The switchable isolating elements can be designed as normally open contacts (normally open or, in the case of semiconductor switches, high-impedance without activation). Each of the separating elements can be a safety separating element. The aspects mentioned promote a safe interruption of the current flow.

Durch öffnen der Trennelemente 14, 15, 44, 45 des ersten und zweiten Teilspeicherstrangs 11, 12, 41, 42 (und bei offenen Schaltelementen 51, 53) des ersten und vierten Hochvolt-Speicherstranges 10, 40 können der erste und zweite Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 71, 72 von den Speichersträngen 10, 20, 30, 40 selektiv getrennt werden. Auf diese Weise können die Niedervolt-Schnittstelle 62, 63 selektiv stromlos geschaltet werden. Alternativ können hierfür separate Trennelemente vorgesehen sein.By opening the isolating elements 14, 15, 44, 45 of the first and second partial storage string 11, 12, 41, 42 (and with open switching elements 51, 53) of the first and fourth high-voltage storage string 10, 40, the first and second high-voltage low-voltage - DC-DC converters 71, 72 are selectively separated from the storage strands 10, 20, 30, 40. In this way, the low-voltage interface 62, 63 can be selectively switched off. Alternatively, separate separating elements can be provided for this.

Der Energiespeicher 1 kann optional (hier nicht gezeigte) schaltbare Trennelemente aufweisen, welche eingerichtet sind, um die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 73 von den Speichersträngen 10, 20 selektiv zu trennen.The energy store 1 can optionally have switchable isolating elements (not shown here), which are set up to selectively isolate the high-voltage/low-voltage DC/DC converters 73 from the storage strings 10, 20.

Der Energiespeicher 1 weist zudem schaltbare Trennelemente 93 auf, welche eingerichtet sind, um die Niedervolt-Schnittstellen 64 selektiv stromlos zu schalten.The energy store 1 also has switchable isolating elements 93 which are set up to selectively switch the low-voltage interfaces 64 currentless.

Jeweils zwei Hochvolt-Speicherstränge 10, 20, bzw. 30, 40 sind in einem Batteriegehäuse 81, 82 angeordnet.Two high-voltage storage strings 10, 20 or 30, 40 are arranged in a battery housing 81, 82 in each case.

Claims (13)

Energiespeicher (1) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit zumindest zwei parallel geschalteten Speichersträngen (10, 20, 30, 40), wobei der Energiespeicher eine erste Schnittstelle (61) und eine zweite Schnittstelle (62) aufweist, wobei die erste Schnittstelle (61) mit den Speichersträngen (10, 20, 30, 40) gekoppelt ist, wobei der Energiespeicher (1) einen Gleichspannungswandler (71) umfasst, wobei die zweite Schnittstelle (62-64) mit dem Gleichspannungswandler (71) gekoppelt ist, wobei die Speicherstränge (10, 20, 30, 40) und der Gleichspannungswandler (71) in einem gemeinsamen Gehäuse (85) angeordnet sind, wobei der Energiespeicher (1) aktivierbare Sicherheitstrennelemente (P1, P2) aufweist und die aktivierbaren Sicherheitstrennelemente (P1, P2) eingerichtet sind, um bei einem definierten Ereignis die erste Schnittstelle (61) von den Speichersträngen (10, 20, 30, 40) zu trennen, ohne die Energieversorgung an der zweiten Schnittstelle (62-64) zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstränge (10, 20, 30, 40) Hochvolt-Speicherstränge sind und jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Teilspeicherstrang (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) mit einem zwischenliegenden Mittelabgriff (13, 23, 33, 43) umfassen, wobei jeder Teilspeicherstrang zumindest eine Hochvolt-Gleichspannungsquelle umfasst und die Hochvolt-Gleichspannungsquelle eine Potenzialdifferenz von mindestens 60 Volt aufweist, wobei die ersten Teilspeicherstränge (11, 21, 31, 41) jeweils ein in Reihenschaltung angeordnetes schaltbares Trennelement (14, 24, 34, 44) aufweisen, und jeweils zwei der Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) an den Mittelabgriffen (13, 23, 33, 43) über ein Schaltelement (51, 52, 53) elektrisch koppelbar sind, wobei die erste Schnittstelle (61) eine Hochvolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Hochvolt-Bordnetzes ist, wobei die zweite Schnittstelle (62-64) eine Niedervolt-Schnittstelle zur Energieversorgung eines Niedervolt-Bordnetzes ist, wobei der Gleichspannungswandler (71) ein Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler ist und aus einem der ersten Teilspeicherstränge (11, 21, 31, 41) gespeist wird.Energy store (1) for an electrically drivable vehicle, with at least two parallel-connected storage strands (10, 20, 30, 40), wherein the energy store has a first interface (61) and a second interface (62), the first interface (61 ) is coupled to the storage strings (10, 20, 30, 40), the energy storage device (1) comprising a DC-DC converter (71), the second interface (62-64) being coupled to the DC-DC converter (71), the storage strings (10, 20, 30, 40) and the DC-DC converter (71) are arranged in a common housing (85), the energy store (1) having activatable safety isolating elements (P1, P2) and the activatable safety isolating elements (P1, P2) being set up To separate the first interface (61) from the storage strands (10, 20, 30, 40) at a defined event without interrupting the power supply at the second interface (62-64), thereby marked This means that the storage strings (10, 20, 30, 40) are high-voltage storage strings and each have at least a first and a second series-connected sub-storage string (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) with an intermediate center tap (13, 23, 33, 43), each partial storage string containing at least one high-voltage DC voltage source and the high-voltage direct voltage source having a potential difference of at least 60 volts, the first partial storage strings (11, 21, 31, 41) each having a switchable isolating element (14, 24, 34, 44) arranged in series sen, and two of the high-voltage storage strings (10, 20, 30, 40) can be electrically coupled at the center taps (13, 23, 33, 43) via a switching element (51, 52, 53), the first interface (61 ) is a high-voltage interface for supplying energy to a high-voltage vehicle electrical system, the second interface (62-64) being a low-voltage interface for supplying energy to a low-voltage vehicle electrical system, the DC/DC converter (71) being a high-voltage/low-voltage DC/DC converter and consisting of one of the first partial storage strings (11, 21, 31, 41) is fed. Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, wobei die zweiten Teilspeicherstränge (12, 22, 32, 42) jeweils ein in Reihe geschaltetes schaltbares Trennelement (15, 25, 35, 45) umfassen.Energy storage (1) after claim 1 , wherein the second partial storage strings (12, 22, 32, 42) each comprise a switchable isolating element (15, 25, 35, 45) connected in series. Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die schaltbaren Trennelemente (14, 15; 24, 25; 34, 35; 44, 45) jeweils einen Halbleiterschalter (141) umfassen.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein the switchable isolating elements (14, 15; 24, 25; 34, 35; 44, 45) each comprise a semiconductor switch (141). Energiespeicher (1) nach Anspruch 3, wobei die schaltbaren Trennelemente (14, 15; 24, 25; 34, 35; 44, 45) einen zu dem Halbleiterschalter (141) parallel oder in Reihe geschalteten elektrisch oder elektromagnetisch betätigbaren Schalter (142) aufweisen.Energy storage (1) after claim 3 , wherein the switchable isolating elements (14, 15; 24, 25; 34, 35; 44, 45) have an electrically or electromagnetically operable switch (142) connected in parallel or in series with the semiconductor switch (141). Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (1) einen zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (72) aufweist, wobei der zweite Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (72) aus einem der ersten oder zweiten Teilspeicherstränge (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) gespeist wird, und wobei die Niedervolt-Schnittstelle (63) mit dem zweiten Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (72) gekoppelt ist.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy store (1) has a second high-voltage/low-voltage direct current converter (72), the second high-voltage/low-voltage direct current converter (72) consisting of one of the first or second partial storage strings (11, 12 ; 21, 22; 31, 32; 41, 42) and wherein the low-voltage interface (63) is coupled to the second high-voltage/low-voltage direct current converter (72). Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (1) einen weiteren Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (73) aufweist, wobei der weitere Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (73) aus einem oder mehreren der Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) gespeist wird.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy store (1) has a further high-voltage/low-voltage direct current converter (73), the further high-voltage/low-voltage direct current converter (73) consisting of one or more of the high-voltage storage strands (10, 20, 30, 40). Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (1) zumindest drei der Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) umfasst.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy store (1) comprises at least three of the high-voltage storage strands (10, 20, 30, 40). Energiespeicher (1) nach Anspruch 7, wobei die Mittelabgriffe (13, 23, 33, 43) über die Schaltelemente (51, 52, 53) ringförmig koppelbar sind.Energy storage (1) after claim 7 , wherein the center taps (13, 23, 33, 43) can be coupled in a ring shape via the switching elements (51, 52, 53). Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (1) zumindest vier der Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) umfasst.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy store (1) comprises at least four of the high-voltage storage strands (10, 20, 30, 40). Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils ein Hochvolt-Speicherstrang (10, 20, 30, 40) oder zwei Hochvolt-Speicherstränge (10, 20, 30, 40) in einem Batteriegehäuse (81, 82, 83) angeordnet sind.Energy store (1) according to one of the preceding claims, wherein in each case one high-voltage storage string (10, 20, 30, 40) or two high-voltage storage strings (10, 20, 30, 40) are arranged in a battery housing (81, 82, 83). are. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Energiespeicher (1) schaltbare Trennelemente (91, 92) umfasst, welche eingerichtet sind, um die Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (71, 72, 73) von den Speichersträngen (10, 20, 30, 40) selektiv zu trennen.Energy store (1) according to one of Claims 1 until 10 , wherein the energy store (1) comprises switchable isolating elements (91, 92) which are set up to selectively separate the high-voltage/low-voltage DC-DC converter (71, 72, 73) from the storage strings (10, 20, 30, 40). Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Energiespeicher (1) schaltbare Trennelemente umfasst, welche eingerichtet sind, um die Niedervolt-Schnittstellen (62, 63, 64) selektiv stromlos zu schalten.Energy store (1) according to one of Claims 1 until 11 , wherein the energy store (1) comprises switchable isolating elements which are set up to selectively switch off the low-voltage interfaces (62, 63, 64). Elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einem Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrically drivable vehicle with an energy store (1) according to one of the preceding claims.
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