DE102019201606A1

DE102019201606A1 - Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators im Hochvoltsystem eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs sowie ein derartiges Hochvoltsystem

Info

Publication number: DE102019201606A1
Application number: DE102019201606.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Hinterberger; Stefan Pfaller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators (14) im Hochvoltsystem (10) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, sowie ein derartiges Hochvoltsystem (10). Das Hochvoltsystem (10) weist eine Batterie (12) auf, welche elektrisch mit dem Zwischenkreiskondensator (14) zu einem Stromkreis (16) verschaltet ist. Während des Vorladens werden schaltbare Batteriezellen (22) der Batterie (12) sukzessive zugeschaltet, wodurch sich die am Zwischenkreiskondensator (14) anfallende Batteriespannung (38) schrittweise erhöht. Ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators (14) wird der Zwischenkreiskondensator so mit der schrittweise erhöhten elektrischen Batteriespannung (38) vorgeladen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators im Hochvoltsystem eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs sowie ein solches Hochvoltsystem.
Das Hochvoltsystem weist eine Batterie auf, wobei der Zwischenkreiskondensator elektrisch mit der Batterie zu einem Stromkreis verschaltet ist. Durch die elektrische Verschaltung von Zwischenkreiskondensator und Batterie empfängt der Zwischenkreiskondensator nach dem Zuschalten der Batterie eine Batteriespannung der Batterie. Die Batterie umfasst mehrere elektrisch miteinander verschaltete, schaltbare Batteriezellen. In jeder der schaltbaren Batteriezellen sind jeweils ein Zellzweig, der elektrische Anschlüsse der Batteriezelle verbindet und eine galvanische Zelle aufweist, und ein Bypasszweig zum Überbrücken der jeweiligen galvanischen Zelle angeordnet. Jeder Zellzweig weist ein erstes Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs auf. Hierdurch kann die galvanische Zelle zwischen den Anschlüssen zugeschalten werden. Jeder Bypasszweig weist ein zweites Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs auf. Über den geschlossenen Bypasszweig sind dann die Anschlüsse miteinander kurzgeschlossen. Die Batterie weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente der Batteriezellen anzusteuern. Die Kombination aus Steuereinrichtung und schaltbaren Batteriezellen wird auch als Smart-Cells bezeichnet.
Ein erfindungsgemäßes Hochvoltsystem kann beispielsweise das Hochvoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein.
Aus dem Bereich der Elektromobilität, insbesondere aus dem Bereich der elektrischen Antriebstechnik, sind solche Hochvoltsysteme oder Hochvoltnetze hinlänglich bekannt. Ein solches Hochvoltnetz umfasst in der Regel eine Batterie, insbesondere eine Gleichstrombatterie, eine Zwischenkreiskapazität, insbesondere einen Zwischenkreiskondensator, einen Wechselrichter sowie einen Elektromotor. Insbesondere die Batterie und der Zwischenkreiskondensator sind dabei elektrisch zu einem Stromkreis verschaltet. Dieser Stromkreis kann mittels Schaltelementen, so genannten Hauptschützen, genauer Hochvolthauptschützen, unterbrochen oder geschlossen werden. Durch Schließen der Schaltelemente wird die Batterie an den Zwischenkreiskondensator zugeschaltet und damit der Stromkreis geschlossen.
Bei Inbetriebnahme oder beim Anschalten eines mit einem solchen Hochvoltnetz ausgestatteten Fahrzeugs kann eine große Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Komponenten des Hochvoltnetzes, insbesondere zwischen der Batterie (Batteriespannung zwischen den Anschlüssen) und den Anschlüssen des elektrisch entladenen Zwischenkreiskondensators bestehen. Eine solche große Spannungsdifferenz führt zum Auftreten einer großen Stromstärke, insbesondere zu Beginn des Zuschaltens der Batterie. Dies kann als Auftreten einer Stromspitze bezeichnet werden.
Um diese Stromspitze abzufangen, ist im Stand der Technik bekannt, das Hochvoltnetz mit einer sogenannten Vorladeschaltung auszustatten. Eine solche Vorladeschaltung besteht in der Regel aus einem Vorladeschütz und einem Vorladewiderstand. Typischerweise besteht ein solcher Vorladewiderstand in nachteiliger Weise aus massiven und schweren Bauteilen. Ein solcher Vorladewiderstand kann beispielsweise einen elektrischen Widerstand von 10 Ohm aufweisen.
Bei geschlossenem Vorladeschütz fließt der Strom über den Vorladewiderstand in den Zwischenkreiskondensator, wodurch die Stromstärke gedrosselt oder begrenzt wird. Der Stromfluss führt zu einer zunehmenden Spannungsangleichung zwischen Batterie und Zwischenkreiskondensator. Dieser Vorgang wird als Vorladen bezeichnet. Bei erfolgtem Spannungsausgleich kann der Vorladeschütz geöffnet und können die Hauptschütze geschlossen werden. Die Vorladeschaltung ist dann nicht mehr elektrisch in das Hochvoltnetz eingebunden. Erst dann steht die gesamte Energie der Batterie im Hochvoltnetz zur Verfügung.
Ein solcher Vorladevorgang ist zeitaufwendig, erfordert das Vorhandensein eines großen und schweren Bauteils als Vorladewiderstand und ist aufgrund der Umwandlung eines Teils der elektrischen Energie der Batterie im Vorladewiderstand in Wärme nicht effizient.
Aus der DE 10 2015 016 980 A1 ist eine Batterie für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorladevorrichtung bekannt. Die Vorladevorrichtung ist dabei zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators des Bordnetzes ausgelegt. Die Vorladevorrichtung weist vorzugsweise ein Vorladeschaltelement und einen seriell geschalteten Vorladewiderstand auf. Der Einsatz von Vorladeschaltelement beziehungsweise Vorladeschütz und Vorladewiderstand führt in nachteiliger Weise dazu, dass zusätzliche Bauteile eingebaut werden müssen und, wie oben beschrieben, ein Teil der Energie der Batterie während des Vorladens im Vorladewiderstand in Wärme umgewandelt wird.
Aus der DE 10 2015 203 008 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Schaltungsanordnung soll die Aufnahme elektrischer Leistung zum Laden von Batteriezellen, eine Abgabe elektrischer Leistung an den Antrieb und die Speisung weiterer Bordnetzkomponenten mittels einer Gleichspannung ermöglichen. Der Gleichspannungsabschnitt der Schaltungsanordnung umfasst dabei einen Glättungskondensator zum Glätten der Gleichspannung nach einer Spannungswandlung. Eine Spannung am Kondensator kann mittels des Spannungswandlers eingestellt werden, weshalb das Vorladen darüber gesteuert werden kann.
Aus der US 2015/0285868 A1 ist ein Batteriesystem mit einem Stromkabel und einer Mehrzahl an elektrisch verbundenen intelligenten Batteriezellen bekannt. Die zusammengeschlossenen intelligenten Batteriezellen kommunizieren dabei über einen Stromanschluss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels einer Vorladung eine Spannungsangleichung zwischen einer Batterie und einer Zwischenkreiskapazität im Hochvoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorzunehmen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators im Hochvoltnetz oder Hochvoltsystem eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Kraftfahrzeug kann also ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug (z.B. mit zusätzlichem Verbrennungsmotor) sein. Das Hochvoltsystem oder Hochvoltnetz weist dabei eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, auf. In dem Hochvoltsystem ist der Zwischenkreiskondensator elektrisch mit der Batterie zu einem Stromkreis verschaltet. Mit anderen Worten sind der Zwischenkreiskondensator und die Batterie elektrisch miteinander verschaltet, wobei die elektrische Leitung durch das Öffnen von Schaltelementen, insbesondere durch das Öffnen sogenannter Haupt- oder Hochvoltschütze oder eines jeweiligen Schaltelements in Batteriezellen der Batterie, unterbrochen werden kann. Mittels der elektrischen Verschaltung von Batterie und Zwischenkreiskondensator in dem Stromkreis empfängt der Zwischenkreiskondensator eine Batteriespannung der Batterie, falls die Batterie zugeschaltet ist.
Die Batterie umfasst mehrere elektrisch miteinander verschaltete, schaltbare Batteriezellen. Die Batteriezellen können elektrisch in Reihe oder seriell geschaltet sein. Es können auch einzelne Zellverbünde mit mehreren parallel verschalteten Batteriezellen miteinander seriell verschaltet sein. Eine solche elektrische Verschaltung kann beispielsweise eine 3s4p-Verschaltung sein, wobei drei Zellverbünde mit jeweils vier parallel (p) verschalteten Batteriezellen miteinander seriell (s) verschaltet sind. Durch das nacheinander Zuschalten von Batteriezellen oder Zellverbünden in einer Reihenschaltung lässt sich die Batteriespannung schrittweise erhöhen. In jeder der schaltbaren Batteriezellen ist hierzu jeweils ein elektrische Anschlüsse der Batteriezelle verbindender Zellzweig mit einer galvanischen Zelle angeordnet. Zusätzlich ist in jeder der schaltbaren Batteriezellen jeweils ein Bypasszweig zum Überbrücken der jeweiligen galvanischen Zelle angeordnet. Jeder Zellzweig weist ein erstes Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs auf. Jeder Bypasszweig weist ein zweites Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs auf. Die Batterie weist darüber hinaus eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente der Batteriezellen anzusteuern oder zu schalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators, also beispielsweise bei Inbetriebnahme oder beim Anschalten des Kraftfahrzeugs, die Steuereinrichtung durch Ansteuern der Schaltelemente der Batteriezellen nacheinander jeweils die galvanische Zelle einer der Batteriezellen oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen in den Stromkreis zuschaltet.
Durch das schrittweise Zuschalten der Batteriezellen wird die Batteriespannung schrittweise durch eine jeweilige Zellspannung jeder zugeschalteten galvanischen Zelle erhöht. Damit steigt also die Batteriespannung an den Batterieanschlüssen schrittweise an. Der Zwischenkreiskondensator wird somit mit der schrittweise erhöhten elektrischen Batteriespannung vorgeladen. Mit anderen Worten wird die am Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung sukzessive erhöht. Das schrittweise Zuschalten der Batteriezellen wird hier auch als Hochrampen oder Ramp-Up bezeichnet.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine schrittweise Spannungsangleichung zwischen einer Batterie und einem Zwischenkreiskondensator eines Hochvoltsystems erfolgt, ohne dass dabei eine Stromspitze auftritt. Durch das hier beschriebene Verfahren der schrittweisen Spannungserhöhung der Batteriespannung kann auf eine zusätzliche Vorladeschaltung, beispielsweise bestehend aus einem Vorladewiderstand und einem Vorladeschütz, verzichtet werden. Durch den Entfall von Vorladewiderstand und Vorladeschütz ergibt sich zum einen eine kostengünstige Fertigung, ein reduziertes Gewicht des Hochvoltsystems, sowie ein Bauraumvorteil. Außerdem kann die gesamte Energie der Batterie im Hochvoltsystem genutzt werden. Es findet keine Energieumwandlung mehr im Vorladewiderstand statt.
Es ist vorgesehen, dass die Batteriezellen der Batterie nacheinander oder gebündelt in vorbestimmten Teilgruppen elektrisch mit dem Stromkreis verbunden werden. Eine vorbestimmte Teilgruppe von Batteriezellen umfasst beispielsweise 2 bis 10, insbesondere 2 bis 5 Batteriezellen. Eine vorbestimmte Teilgruppe kann auch ein einzelner Zellverbund mit mehreren parallel verschalteten Batteriezellen sein. Eine vorbestimmte Teilgruppe kann auch mehrere miteinander elektrisch (parallel oder seriell) verschaltete Zellverbünde umfassen.
Eine Batteriezelle weist beispielsweise eine Zellspannung von 4 Volt, insbesondere 3,7 Volt, auf. Wird eine einzelne Batteriezelle elektrisch leitend in den Stromkreis eingebunden, erhöht sich die Batteriespannung um die jeweilige Zellspannung der Batteriezelle, also beispielsweise um 4 Volt. Wird beispielsweise eine aus drei seriell verschalteten 4 Volt-Batteriezellen bestehende Teilgruppe elektrisch leitend in den Stromkreis eingebunden, so erhöht sich die Batteriespannung um 12 Volt. Der sich daraufhin einstellende Vorladestrom fließt in voller Stärke in jeder der drei seriell verschalteten 4 Volt-Batteriezellen.
Wird als Teilgruppe hingegen beispielsweise ein Zellverbund mit vier parallel verschalteten 4 Volt-Batteriezellen elektrisch leitend in den Stromkreis eingebunden, so teilt sich der sich aufgrund der Spannungserhöhung einstellende Vorladestrom auf die vier parallel verschalteten 4 Volt-Batteriezellen gemäß deren jeweiliger Innenwiderstände auf. Die an jeder einzelnen der parallel verschalteten Batteriezellen auftretende Stromstärke wird also reduziert und bleibt insbesondere unterhalb einer bauartbedingten maximal zulässigen Zellstromstärke einer Batteriezelle.
Ziel ist es, während des Vorladens den Kondensator durchgehend mit der maximal verfügbaren Stromstärke aufzuladen, die insbesondere durch die maximal zulässige Zellstromstärke in den Batteriezellen begrenzt ist. Bevorzugte Maßnahme ist es deshalb, pro Batteriezelle die maximal zulässige Zellstromstärke einzustellen oder zu halten. Werden p parallel Batteriezellen betrieben, so lässt sich die Stromstärke für das Vorladen um das p-fache der Zellstromstärke steigern. Das Zuschalten von Teilgruppen und/oder Zellverbünden mit mehreren parallel verschalteten Batteriezellen ist besonders vorteilhaft, da sich dadurch eine große Erhöhung der Batteriespannung innerhalb kurzer Zeit realisieren lässt, wobei der sich aufgrund der hohen Spannungsdifferenz zwischen Zwischenkreiskondensator einerseits und den elektrischen Anschlüssen der Batterie andererseits einstellende Vorladestrom auf alle parallel verschalteten Batteriezellen gemäß deren jeweiliger Innenwiderstände aufteilt. Somit lassen sich bei begrenztem Vorladestrom besonders kurze Vorladezeiten erzielen. Eine Limitierung durch eine Stromstärketragfähigkeit der Leitungen ist angesichts der kurzen Dauer des Vorladens nicht wahrscheinlich, kann aber berücksichtigt werden. Die Anzahl p der parallel zugeschalteten Batteriezellen kann einstellbar ausgestaltet sein. In einem Verbund aus parallel geschalteten Batteriezellen muss also nicht jede der parallel geschalteten Batteriezellen zugeschaltet werden. Dies kann von einem jeweiligen Zellzustand abhängig erfolgen.
Bei den Batteriezellen kann es sich um so genannten Solid-State-Zellen oder auch um andere galvanische Zellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen handeln. Die besagten Schaltelemente können elektronische Schaltelemente sein, insbesondere Transistoren, bevorzugt Feldeffekttransistoren. Bei den Schaltelementen kann es sich aber auch um elektromechanische Schalter handeln, beispielsweise um Relais. Vorgesehen bei den Schaltelementen ist, dass diese die jeweiligen mit den Anschlüssen der galvanischen Zellen verbundenen Zellzweige und Bypasszweige elektrisch schalten, also öffnen und schließen, können.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinrichtung zum jeweiligen Zuschalten einer der galvanischen Zellen das erste und das zweite Schaltelement der Batteriezelle mittels einer Pulsweitenmodulation abwechselnd öffnet und schließt. Durch die Pulsweitenmodulation wird eine Stromstärke auf einen maximal zulässigen Schwellenwert begrenzt oder eingestellt. Mit anderen Worten wird durch die pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Schaltelemente die der Batteriespannung hinzugefügte jeweilige Zellspannung getaktet. Ein Tastverhältnis oder Tastgrad (Duty cycle) der Pulsweitenmodulation kann einem fest vorgegebenen Schaltmuster folgen oder durch eine Stromstärkeregelung eingestellt werden. Die Stromstärkeregelung kann zum Beispiel auf den Schwellenwert regeln. Zu Beginn des Zuschaltens kann der Tastgrad beispielsweise einem Verhältnis V1 entsprechen, z.B. von 1 zu 4. Im weiteren Verlauf des Zuschaltens kann im nächsten Schritt der Tastgrad auf V2, beispielsweise auf 2 zu 3 vergrößert werden, wobei V2 > V1. So kann während des jeweiligen Zuschaltens der Tastgrad stufenweise beziehungsweise schrittweise auf 1 erhöht werden.
Durch die Pulsweitenmodulation ergibt sich der Vorteil, dass der fließende Vorladestrom begrenzt wird. Außerdem ergibt sich durch die Pulsweitenmodulation der Vorteil, dass die Batteriespannung gleichmäßig ansteigt. Durch das direkte Zuschalten der Batteriezellen und durch die pulsweitenmodulierte Ansteuerung der einzelnen Batteriezellen lassen sich besonders geringe Vorladezeiten darstellen. Der fließende Vorladestrom kann also schneller erhöht werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass sich durch Einstellen des Tastgrads vom Beginn bis zum Abschluss des jeweiligen Zuschaltens einer einzelnen Batteriezelle oder der besagten Teilgruppe eine Stromstärke des Batteriestroms ergibt, die kleiner ist als die Stromstärke, die sich bei direktem Zuschalten ohne Pulsweitenmodulation ergeben würde. Zu Beginn des Zuschaltens ist die Spannungsdifferenz zwischen Batterie und Zwischenkreiskondensator am größten. Daher fließt zu Beginn des Zuschaltens auch der verhältnismäßig größte Strom, wenn er nicht mittels der Pulsweitenmodulation begrenzt wird. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, den Tastgrad so zu wählen, dass sich über die Dauer vom Beginn bis zum Abschluss des Zuschaltens einer jeweiligen Batteriezelle der besagte Verlauf des Batteriestroms ergibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform schließt und öffnet die Steuereinrichtung die Schaltelemente einer jeweiligen Batteriezelle in Abhängigkeit von einer bauartbedingten vorbestimmten zulässigen elektrischen Stromstärke des Zellstroms der Batteriezelle. Mit anderen Worten wird der Tastgrad so gewählt, dass der fließende Vorladestrom immer unterhalb des durch die Batteriezelle vorgegebenen maximal zulässigen Stroms bleibt. Ein zulässiger elektrischer Zellstrom kann zwischen 100 und 500 Ampere, insbesondere zwischen 150 und 300 Ampere liegen. Diese maximale Zellstromstärke kann auch für die Dauer des Vorladens gehalten werden, ohne die Batteriezellen elektrochemisch zu schädigen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Batteriezelle nicht überlastet wird. In Abhängigkeit vom maximal zulässigen Zellstrom kann ein kaskadiertes dynamisches Zuschalten erfolgen. Mit anderen Worten kann ein schrittweises und zeitlich veränderliches Zuschalten erfolgen. In Abhängigkeit des zulässigen Zellstroms einer jeweiligen Batteriezelle lässt sich dadurch die Vorladezeit weiter verkürzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei Erreichen einer vorbestimmten Batteriespannung der Vorladevorgang abgeschlossen. Der vorbestimmte Wert der Batteriespannung kann beispielsweise in einem Bereich von 70 Prozent bis 90 Prozent der Gesamtspannung liegen, die nach dem Vorladen eingestellt werden soll. Ab dem erreichten vorbestimmten Wert können bis dahin noch nicht zugeschaltete schaltbare Batteriezellen in einem Block oder einer Teilgruppe zugeschaltet werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine minimale Einschaltzeit des Hochvoltnetzes erreicht werden kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Batterie eine mehrere parallele Stränge umfassende Matrixschaltung umfasst. Mit anderen Worten umfasst die Batterie mehrere jeweils eine Vielzahl an parallel verschalteten Batteriezellen umfassende Zellverbünde, die miteinander seriell zu Strängen verschaltet sind. Die Stränge wiederum sind parallel miteinander zu einer Matrixschaltung verschaltet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Batterie eine höhere Spannung und eine höhere Stromstärke bereitgestellt werden kann. Die parallel verschalteten Batteriezellen eines Zellverbunds können beispielsweise als ein Zellenstapel angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Zellverbünde und/oder Stränge gleichzeitig zugeschaltet werden, wobei durch die vorliegende Parallelschaltung in beschriebener Weise der fließende Vorladestrom in jeder der beteiligten Batteriezellen begrenzt wird. In vorteilhafter Weise kann so bei begrenztem Vorladestrom eine große Erhöhung der Batteriespannung in kurzer Zeit erreicht werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Zuschalten innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschlossen wird. Ein vorbestimmtes Zeitintervall für das Zuschalten einer Batteriezelle kann beispielsweise zwischen 0,002 und 0,005 Sekunden betragen, das heißt ein „Schritt“ beim beschriebenen schrittweisen Zuschalten dauert entsprechen lang. Das vorbestimmte Zeitintervall beträgt insbesondere zwischen 0,003 und 0,004 Sekunden. Beispielsweise wird das Zuschalten von 100 Batteriezellen einer 400 Volt Batterie demnach innerhalb von 0,2 bis 0,5 Sekunden, insbesondere innerhalb von 0,3 bis 0,4 Sekunden abgeschlossen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltsystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie und einen Zwischenkreiskondensator. Der Zwischenkreiskondensator ist dabei elektrisch mit der Batterie zu einem Stromkreis zum Empfangen einer Batteriespannung der Batterie verschaltet. Die Batterie umfasst mehrere elektrisch miteinander verschaltete, schaltbare Batteriezellen. Die Batterie kann auch eine mehrere parallele Stränge umfassende Matrixschaltung umfassen. In jeder der schaltbaren Batteriezellen ist jeweils ein elektrische Anschlüsse der Batteriezelle verbindender Zellzweig mit einer galvanischen Zelle angeordnet. Außerdem ist in jeder der schaltbaren Batteriezellen jeweils ein Bypasszweig zum Überbrücken der jeweiligen galvanischen Zelle angeordnet. Jeder Zellzweig weist dabei ein erstes Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs auf. Jeder Bypasszweig weist ein zweites Schaltelement zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs auf. Zudem weist die Batterie eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente der Batteriezellen anzusteuern.
Das Hochvoltsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators durch Ansteuern der Schaltelemente der Batteriezellen nacheinander jeweils die galvanische Zelle einer der Batteriezellen oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen in den Stromkreis zuzuschalten. Die Kondensatorspannung des Zwischenkreiskondensators kann im entladenen Zustand beispielsweise kleiner als 20 Prozent der Betriebsspannung des Kondensators, insbesondere kleiner als 10 Prozent der Betriebsspannung des Kondensators, sein. Eine Teilgruppe an Batteriezellen kann eine Anzahl an Batteriezellen im Bereich von 2 bis 10, insbesondere im Bereich von 2 bis 5 umfassen. Durch das beschriebene Zuschalten der Batteriezellen oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen in den Stromkreis wird die Batteriespannung schrittweise durch eine jeweilige Zellspannung jeder zugeschalteten galvanischen Zelle erhöht, sodass der Zwischenkreiskondensator mit der schrittweise erhöhten elektrischen Batteriespannung vorgeladen wird.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hochvoltsystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hochvoltsystems hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Hochvoltsystem oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochvoltsystem s.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hochvoltsystems;
2 eine schematische Detaildarstellung einer schaltbaren Batteriezelle;
3 eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung in einer Batterie gemäß einer Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung in einer Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung in einer Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 den beispielhaften zeitlichen Verlauf einer schrittweise erhöhten Batteriespannung;
7 den beispielhaften zeitlichen Verlauf einer Batteriespannung und eines zugehörigen Batteriestroms in Folge einer pulsweitenmodulierten Zuschaltung einer Batteriezelle; und
8 ein Diagramm mit einem Verlauf eines Batteriestroms.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Hochvoltsystems 10. Das hier gezeigte Hochvoltsystem 10 umfasst eine Batterie 12 sowie einen Zwischenkreiskondensator 14. Die Batterie 12 und der Zwischenkreiskondensator 14 sind dabei elektrisch in einem Stromkreis 16 verschaltet. Der Stromkreis 16 umfasst Hochvolthauptschütze 18 sowie die elektrischen Pole 20 der Batterie.
Die Batterie weist mehrere schaltbare Batteriezellen 22 auf, welche in der hier gezeigten Ausführungsform in zwei Reihenschaltungen 24 elektrisch verschaltet sind. Des Weiteren weist die Batterie eine Steuereinrichtung 25 auf (nicht in der 1 gezeigt).
Das Hochvoltsystem 10 kann ein Hochvoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein. Die Batterie 12 kann mehrere Reihenschaltungen 24 aufweisen, wobei eine jede Reihenschaltung 24 aus mehreren elektrisch in Reihe verschalteten schaltbaren Batteriezellen 22 aufgebaut sein kann. Der Zwischenkreiskondensator 14 kann als Plattenkondensator ausgestaltet sein. Es ist allerdings auch eine andere Ausgestaltungsform als Zwischenkreiskapazität denkbar.
2 zeigt eine schematische Detaildarstellung einer schaltbaren Batteriezelle 22. Die schaltbare Batteriezelle 22 weist eine galvanische Zelle 26 auf. Zudem weist die schaltbare Batteriezelle 22 einen die elektrischen Anschlüsse 28 der Batteriezelle verbindenden Zellzweig 30 auf. Der Zellzweig 30 weist ein erstes Schaltelement 34 zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs 30 auf. Außerdem weist die schaltbare Batteriezelle 22 einen Bypasszweig 32 auf, welcher die elektrischen Anschlüsse 28 der schaltbaren Batteriezelle 22 verbindet. Der Bypasszweig 32 weist darüber hinaus ein zweites Schaltelement 36 zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs auf.
In dem in 1 beispielhaft gezeigten Hochvoltsystem 10 mit mehreren schaltbaren Batteriezellen gemäß 2 kann die Steuereinrichtung 25 (nicht in 1 und 2 gezeigt) ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators 14 die Schaltelemente 34 und/oder 36 der schaltbaren Batteriezellen 22 ansteuern. Somit kann nacheinander jeweils die galvanische Zelle 26 einer der Batteriezellen 22 oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen 22 in den Stromkreis 16 zugeschaltet werden. Durch ein solches Zuschalten wird die Batteriespannung 38 (siehe 6) schrittweise durch eine jeweilige Zellspannung 42 (siehe 6) jeder zugeschalteten galvanischen Zelle 26 erhöht. In der Folge wird der Zwischenkreiskondensator 14 mit der in mehreren Schritten oder Stufen erhöhten elektrischen Batteriespannung 38 vorgeladen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung umfassend schaltbare Batteriezellen 22 gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 12. Jeder Hochvolthauptschütz 18 und jede der Batteriezellen 22 weist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Kommunikationseinrichtung 39 auf, welche dazu ausgebildet sein kann, drahtlos, d.h. beispielsweise über eine Funkverbindung und/oder eine WLAN- Verbindung (WLAN - wireless local area network) und/oder eine Bluetooth-Verbindung, mit der Steuereinrichtung 25 der Batterie 12 zu kommunizieren.
Die Kommunikationseinrichtung 39 kann auch so ausgebildet sein, dass sie drahtgebunden beispielsweise über einen Datenbus mit der Steuereinrichtung 25 der Batterie 12 kommuniziert.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung schaltbarer Batteriezellen 22 gemäß einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 12. Die Batteriezellen 22 sind in der hier gezeigten Ausführungsform parallel zu Zellverbünden 41 verschaltet. Ein Zellverbund 41 kann beispielsweise drei parallel verschaltete schaltbare Batteriezellen 22 umfassen. In der hier gezeigten Ausführungsform sind drei solcher Zellverbünde 41 seriell verschaltet. Eine vorbestimmte Teilgruppe an Batteriezellen 22 kann einen oder mehrere solcher Zellverbünde 41 umfassen. Jeder Hochvolthauptschütz 18 und jeder der Zellverbünde 41 weist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Kommunikationseinrichtung 39 auf.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung erfindungsgemäßer Zellverbünde 41 gemäß einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 12. In der hier gezeigten Ausführungsform sind jeweils sechs solcher Zellverbünde 41 seriell zu einem Strang 43 verschaltet. 5 zeigt beispielshaft drei solcher Stränge 43, die wiederum parallel zu einer Matrixschaltung 45 verschaltet sind. Jeder Hochvolthauptschütz 18 und jeder der Zellverbünde 41 weist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Kommunikationseinrichtung 39 auf.
6 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm, in dem ein beispielhafter schrittweiser Anstieg der Batteriespannung 38 in Folge des Zuschaltens einzelner schaltbarer Batteriezellen 22 dargestellt ist. Durch das Zuschalten einer jeweiligen schaltbaren Batteriezelle 22 wird die Batteriespannung 38 um einen jeweiligen Spannungsbetrag ΔU erhöht, der der Zellspannung 42 der jeweils zugeschalteten schaltbaren Batteriezelle 22 entspricht.
7 zeigt den beispielhaften zeitlichen Verlauf einer Batteriespannung 38 und eines zugehörigen Batteriestroms 46 in Folge einer pulsweitenmodulierten Zuschaltung einer Batteriezelle 22. 7 zeigt dabei den beispielhaften Verlauf der genannten Größen, wie er im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Schritt des Zuschaltens einer Batteriezelle 22 erfolgen kann. Es kann eine Regelung der Stromstärke mittels der Pulsweitenmodulation erfolgen, um eine dynamische Optimierung oder Maximierung der Stromstärke und Einhaltung der maximalen Zellstromstärke zu erhalten. In dem in 7 gezeigten oberen Spannungs-Zeit-Diagramm ist der beispielhafte Verlauf der Batteriespannung 38 gezeigt, wie er sich in Folge einer pulsweitenmodulierten Zuschaltung einer schaltbaren Batteriezelle 22 einstellen wird. Anhand des hier gezeigten Graphen der Pulsweitenmodulation 44 kann nachvollzogen werden, wie das Puls-Pause-Verhältnis im Laufe des Zuschaltens vergrößert wird. Bei einem finalen Tastgrad von 1 stellt sich ein konstanter Spannungswert der Batteriespannung 38 ein. Dann kann mit dem nächsten Schritt begonnen werden, also mit dem Zuschalten einer weiteren Batteriezelle 22 der Batterie 12.
Im unteren Graphen des in 7 gezeigten Strom-Zeit-Diagramms ist der beispielhafte Verlauf des Batteriestroms 46, wie er in sich Folge des Zuschaltens entwickelt, dargestellt. Durch das hier beschriebene Verfahren wird in vorteilhafterweise eine Stromspitze vermieden. Sobald sich gegen Ende des Zuschaltens eine konstante Batteriespannung 38 einstellt, fällt der Batteriestrom 46 ab.
8 zeigt den Verlauf des Batteriestroms 46, wie er sich beim Zuschalten der Batteriezellen 22 ergibt, wenn keine Pulsweitenmodulation stattfindet. Wenn im Verlauf der Zeit t zu einem Zeitpunkt T0 erkannt wird, dass durch das Zuschalten einer weiteren Teilgruppe aus einer Anzahl p parallel geschalteter Batteriezellen 22, wodurch sich eine Erhöhung der Batteriespannung 38 um ΔU ergibt, der resultierende Batteriestrom 46 (I_B) maximal einen Schwellenwert S erreicht, so wird die Teilgruppe zugeschaltet. Der Schwellenwert S beruht hierbei auf dem maximal zulässigen Zellstrom 48 (Iz) und kann betragen: I_Z * p. Hierdurch erspart man sich das Abwarten eines exponentiellen Abfalls des Batteriestroms 46 auf 0. Die geeigneten Zeitpunkte T0 können auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zwischen den elektrischen Anschlüssen 20 der Batterie einerseits und dem Zwischenkreiskondensator 14 andererseits und einer Schätzung oder einer Angabe des elektrischen Widerstands der Verbindungsleitungen ermittelt werden.
Man ist insgesamt nicht mehr auf einen exponentiellen Verlauf der Stromstärke angewiesen, um beispielsweise nach der fünffachen Zeitkonstante (5*τ, τ=R*C) dann das Vorladen zu beenden. Vielmehr lässt sich die Stromstärke durchgehend maximieren bis der Zwischenkreiskondensator geladen ist. Eine Überhitzung eines Bauteils ist durch das Thermomanagement der Batterie ebenfalls vermieden, zudem konzentriert sich keine Verlustleistung in einem Vorladewiderstand.
Der bisherige Stand der Technik geht davon aus, dass zur Vorladung im Hochvoltnetz (also zum Vorladen der Komponenten im Hochvoltnetz oder Hochvoltsystem) eine Vorladeschaltung, bestehend aus einem Vorladewiderstand und einem Vorladeschütz (Vorladewiderstand von z.B. 10 Ohm; 400V => 40 Ampere) erforderlich ist. Dies ist notwendig, damit durch das Laden der Zwischenkreiskapazitäten (also durch das Vorladen eines Zwischenkreiskondensators) die Hochvolt-Hauptschütze und die Batteriezellen nicht zerstört werden, sondern der Vorladestrom begrenzt bleibt (Leitungsschutz, Schütz-Schutz und Schutz der Batteriezellen). Es muss zu einer Spannungsangleichung im Hochvoltnetz vor dem Schließen der Hauptschütze kommen.
Es findet beispielsweise ein Vorladewiderstand von 10 Ohm Verwendung. Das entspricht bei einer anliegenden Spannung von 400 Volt einem Stromfluss von 40 Ampere. Eine solche Vorladeschaltung ist sehr groß und schwer. Zusätzlich lässt sich die Stromstärke nicht durch Verringern des Widerstandswerts des Vorladewiderstands steigern, da hierdurch die umgesetzte Verlustleistung zu einer Überhitzung führen würde. Dagegen lässt die hier beschriebene Lösung ohne Vorladewiderstand durch eine Verteilung auf mehrere Batteriezellen auch ein besseres Wärmemanagement zu. Die Verluste in einem zusätzlichen Längswiderstands (Vorladewiderstands) können gänzlich vermieden werden.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel erlaubt die Vorladung über die Smart-Cell-Module (also das Vorladen über schrittweise zugeschaltete schaltbare Batteriezellen) ein sukzessives Hochschalten der Hochvoltspannung (also der Batteriespannung) in kleinen Schritten (ca. +4V Deltasprünge, abhängig von den Zellspannungen) und in wesentlich kürzeren Zeitabständen.
Des Weiteren können im konkreten Ausführungsbeispiel durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Schalter (also der Schaltelemente der schaltbaren Batteriezellen) S(i) bis S(i+1) (wobei i = 1,...n) die Spannungen getaktet werden, um den fließenden Vorladestrom zu begrenzen. In Abhängigkeit von einem maximal zulässigen Strom (also beispielsweise in Abhängigkeit vom maximal zulässigen Zellstrom einer Batteriezelle) kann ein kaskadiertes, dynamisches Zuschalten der jeweiligen schaltbaren Batteriezellen erfolgen. Dadurch wird ein adaptiv anpassbares zeitliches Hochfahren des Hochvoltnetzes in Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften des Zwischenkreiskondensators möglich. Außerdem wird das Erreichen einer minimalen Einschaltzeit des Hochvoltnetzes ermöglicht.
Durch die Vorladung durch den Smart-Cell-Ansatz (also durch das schrittweise Erhöhen der Batteriespannung durch das Zuschalten von Batteriezellen) unter Verwendung von Smart-Cell-Modulen (also unter Verwendung schaltbarer Batteriezellen, die elektrisch miteinander verschaltet sind), ergibt sich der Vorteil, dass auf Vorladewiderstand und Vorladeschütz verzichtet werden kann. Dadurch können Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Zudem findet keine Energieumwandlung und somit keine Energieverschwendung im Vorladewiderstand statt. Die gesamte Energie der Batterie kann im Hochvoltnetz genutzt werden.
Durch das hier beschriebene Verfahren, insbesondere durch die direkte Zuschaltung der Batteriezellen und durch die pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Batteriezellen, können schnellere Vorladezeiten dargestellt werden.
Im konkreten Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, zwei Stränge an Reihenschaltungen aus Batteriezellen zu verwenden. Die Batteriezellen haben bauartbedingte Limitierungen in Bezug auf maximale Zellspannungen und Zellströme. Beim Zuschalten einzelner Batteriezellen oder einzelner Reihenschaltungen von Batteriezellen müssen diese maximal möglichen Zellspannungen und Zellströme berücksichtigt werden.
Die Stränge können beispielsweise einzeln oder parallel zugeschaltet werden (strangweises oder paralleles Hochrampen). Es kann auch eine vorbestimmte Anzahl an Batteriezellen parallel oder zeitgleich zugeschaltet werden oder eine Batteriezellenmatrix.
Zu Beginn des Vorladens sind beispielsweise sowohl die Schaltelemente der Zellzweige der schaltbaren Batteriezellen, als auch die Schaltelemente der Bypasszweige geöffnet. Im Verlauf des Vorladens werden zunächst die äußeren Schalter (also die Schaltelemente der Bypasszweige) und dann die Smart Cells (also die Schaltelemente der Zellzweige) geschlossen.
Im konkreten Ausführungsbeispiel können Strom- und Spannungsmessungen in jeder Batteriezelle vorgenommen werden, oder es kann eine Gesamtstrom- oder Gesamtspannungsmessung vorgenommen werden. Entsprechend der Messergebnisse können Batteriezellen zu- und weggeschaltet werden.
Das Vorladen findet nur beim Anschalten des Kraftfahrzeugs statt. Im Falle einer Reparatur des Kraftfahrzeugs oder wenn ein Kundendienst durchgeführt wird, wird der Kondensator entladen. Für den Fall, dass der Kondensator geladen ist, kann Kondensatorenergie über ein Zu- und Wegschalten der Batteriezellen in die Batteriezellen übertragen werden.
Durch die Pulsweitenmodulation werden Spannungssprünge beim Zuschalten einzelner Batteriezellen vermieden. Es findet also beispielsweise kein Sprung von beispielsweise 4 V (nominal 3,7 V, Funktion des Ladezustands) statt, sondern der Anstieg der Batteriespannung wird vom Beginn bis zum Abschluss des Zuschaltens von 0 bis zur maximalen Zellspannung geglättet. Auch eine Regelung mittels der Pulsweitenmodulation ist möglich.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators im Hochvoltsystem eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015016980 A1 [0009]
DE 102015203008 A1 [0010]
US 2015/0285868 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators (14) im Hochvoltsystem (10) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei das Hochvoltsystem (10) eine Batterie (12) aufweist, wobei der Zwischenkreiskondensator (14) elektrisch mit der Batterie (12) zu einem Stromkreis (16) zum Empfangen einer Batteriespannung (38) der Batterie (12) verschaltet ist, wobei die Batterie (12) mehrere elektrisch miteinander verschaltete, schaltbare Batteriezellen (22) umfasst, wobei in jeder der schaltbaren Batteriezellen (22) jeweils ein elektrische Anschlüsse (28) der Batteriezelle (22) verbindender Zellzweig (30) mit einer galvanischen Zelle (26) und jeweils ein Bypasszweig (32) zum Überbrücken der jeweiligen galvanischen Zelle (26) angeordnet ist, wobei jeder Zellzweig (30) ein erstes Schaltelement (34) zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs (30) und jeder Bypasszweig (32) ein zweites Schaltelement (36) zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs (32) aufweist, wobei die Batterie (12) eine Steuereinrichtung (25) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente (34, 36) der Batteriezellen (22) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators (14) die Steuereinrichtung (25) durch Ansteuern der Schaltelemente (34, 36) der Batteriezellen (22) nacheinander jeweils die galvanische Zelle (26) einer der Batteriezellen (22) oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen (22) in den Stromkreis (16) zuschaltet, wodurch die Batteriespannung (38) schrittweise durch eine jeweilige Zellspannung (42) jeder zugeschalteten galvanischen Zelle (26) erhöht wird, sodass der Zwischenkreiskondensator (14) mit der schrittweise erhöhten elektrischen Batteriespannung (38) vorgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (25) zum jeweiligen Zuschalten einer der galvanischen Zellen (26) das erste (34) und das zweite Schaltelement (36) der Batteriezelle (22) mittels einer Pulsweitenmodulation (44) abwechselnd öffnet und schließt, wobei während des jeweiligen Zuschaltens durch die Pulsweitenmodulation (44) eine Stromstärke auf einen maximal zulässigen Schwellenwert (S) begrenzt oder eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich durch Einstellen des Tastgrads vom Beginn bis zum Abschluss des jeweiligen Zuschaltens einer einzelnen Batteriezelle (22) oder der besagten Teilgruppe eine Stromstärke des Batteriestroms (46) ergibt, die kleiner ist als die Stromstärke, die sich bei direktem Zuschalten ohne Pulsweitenmodulation ergeben würde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (25) die Schaltelemente (34, 36) einer jeweiligen Batteriezelle (22) in Abhängigkeit eines bauartbedingten vorbestimmten zulässigen elektrischen Zellstroms (48) der Batteriezelle (22) öffnet und schließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Erreichen einer vorbestimmten Batteriespannung (38) der Vorladevorgang abgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (12) eine mehrere parallel verschaltete Stränge (43) umfassende Matrixschaltung (45) umfasst, wobei jeder Strang (43) mehrere miteinander seriell verschaltete Zellverbünde (41) aufweist, wobei jeder Zellverbund (41) eine Vielzahl an parallel verschalteten, schaltbaren Batteriezellen (22) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zuschalten innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschlossen wird.
Hochvoltsystem (10) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie (12) und einen Zwischenkreiskondensator (14), wobei der Zwischenkreiskondensator (14) elektrisch mit der Batterie (12) zu einem Stromkreis (16) zum Empfangen einer Batteriespannung (38) der Batterie (12) verschaltet ist, wobei die Batterie (12) mehrere elektrisch miteinander verschaltete, schaltbare Batteriezellen (22) umfasst, wobei in jeder der schaltbaren Batteriezellen (22) jeweils ein elektrische Anschlüsse (28) der Batteriezelle (22) verbindender Zellzweig (30) mit einer galvanischen Zelle (26) und jeweils ein Bypasszweig (32) zum Überbrücken der jeweiligen galvanischen Zelle (26) angeordnet ist, wobei jeder Zellzweig (30) ein erstes Schaltelement (34) zum Öffnen und Schließen des Zellzweigs (30) und jeder Bypasszweig (32) ein zweites Schaltelement (36) zum Öffnen und Schließen des Bypasszweigs (32) aufweist, wobei die Batterie (12) eine Steuereinrichtung (25) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente (34, 36) der Batteriezellen (22) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, ausgehend von einem entladenen Zustand des Zwischenkreiskondensators (14) durch Ansteuern der Schaltelemente (34, 36) der Batteriezellen (22) nacheinander jeweils die galvanische Zelle (26) einer der Batteriezellen (22) oder einer vorbestimmten Teilgruppe der Batteriezellen (22) in den Stromkreis (16) zuzuschalten, wodurch die Batteriespannung (38) schrittweise durch eine jeweilige Zellspannung (42) jeder zugeschalteten galvanischen Zelle (26) erhöht wird, sodass der Zwischenkreiskondensator (14) mit der schrittweise erhöhten elektrischen Batteriespannung (38) vorgeladen wird.
Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltsystem (10) gemäß Anspruch 8.