DE102022112582A1

DE102022112582A1 - Batterie für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum laden einer solchen batterie

Info

Publication number: DE102022112582A1
Application number: DE102022112582.3A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Lahey
Original assignee: NexteGO Mobile SE
Current assignee: NexteGO Mobile SE
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023222496A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), ein Kraftfahrzeug (2) und ein Verfahren zum Laden der Batterie (1). Die Batterie (1) weist ein Energiespeichermodul (3) und ein Leistungsspeichermodul (4) auf, wobei das Leistungsspeichermodul (4) eine geringere elektrische Energiedichte und eine höhere elektrische Leistungsdichte als das Energiespeichermodul (3) aufweist und dazu eingerichtet ist, stationär im Kraftfahrzeug (2) mit dessen Bordnetz (10) elektrisch verbunden zu werden. Die Batterie (1) ist zwischen einem Kopplungszustand, in dem die Speichermodule (3, 4) elektrisch miteinander gekoppelt sind, und einem Entkopplungszustand, in dem die Speichermodule (3, 4) elektrisch voneinander entkoppelt sind, verstellbar. Das Energiespeichermodul (3) weist eine Ladeeinrichtung (12) auf, über welche es im Entkopplungszustand separat vom Leistungsspeichermodul (4) elektrisch geladen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, für ein Kraftfahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, der mit einer solchen Batterie ausgerüstet bzw. ausgestattet ist. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden einer solchen Batterie.
Zurzeit sehen sich noch viele potenzielle Nutzer von Elektrokraftfahrzeugen daran gehindert, von einem verbrennungsmotorisch antreibbaren/fortbewegbaren Kraftfahrzeug auf ein Elektrokraftfahrzeug umzusteigen, da eine Ladeinfrastruktur noch nicht als in zufriedenstellendem Maße ausgebaut angesehen wird und/oder für den Nutzer es mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, einen privaten Stellplatz mit einem speziellen Kraftfahrzeug-Ladegerät auszurüsten, während ein Laden einer Kraftfahrzeugbatterie mittels des üblichen Haushaltsstromnetzes besonders zeitintensiv ist - dem potenziellen Nutzer kommt es so vor, als stünden eine Ladedauer zum Laden der Batterie und die daraus resultierende mögliche Fahrreichweite nicht in einem vorteilhaften Verhältnis zueinander. Zudem werden reinelektrisch erzielbare Reichweiten oftmals als zu gering wahrgenommen. Die weitere bzw. schnellere Elektrifizierung des Individual- und Gewerbeverkehrs und infolgedessen eine Schadstoff- und Lärmreduzierung in dicht besiedelten Gebieten werden dadurch behindert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um eine Batterie eines reinelektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs besonders einfach undloder aufwandsarm elektrisch laden zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batterie, also ein Akkumulator bzw. eine Sekundärbatterie, für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Batterie weist ein erstes elektrisches Speichermodul und ein zweites elektrisches Speichermodul auf. Dabei weist das zweite elektrische Speichermodul eine geringere elektrische Energiedichte und eine höhere elektrische Leistungsdichte als das erste Speichermodul auf. Demnach wird hierin das erste elektrische Speichermodul als Energiespeichermodul bezeichnet, wohingegen das zweite elektrische Speichermodul als Leistungsspeichermodul bezeichnet wird.
Das Energiespeichermodul bzw. das erste elektrische Speichermodul weist Energiespeichereinheiten auf, die beispielsweise als eine jeweilige Sekundärbatteriezelle ausgeführt sind, insbesondere als Lithium-Eisen-Phosphat-Batteriezellen. Das Leistungsspeichermodul bzw. das zweite elektrische Speichermodul weist andere Energiespeichereinheiten, beispielsweise Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Batteriezellen und/oder einen elektrischen Superkondensator oder mehr Superkondensatoren, auf. Es handelt sich also bei der hierin beschriebenen Batterie für das Kraftfahrzeug um eine sogenannte Zellmix-Batterie, der der Vorteil innewohnt, dass die Batterie besonders masse- und bauraumeffizient ausgebildet werden kann und dennoch in der Lage ist, eine hohe elektrische Leistung bereitzustellen undloder aufzunehmen. Hierdurch ist ein Rekuperationswirkungsgrad eines mit einer solchen Batterie ausgerüsteten Kraftfahrzeugs besonders hoch, was sich vorteilhaft auf eine reinelektrisch erzielbare Reichweite auswirkt, insbesondere beim Fahren eines solchen Kraftfahrzeugs im Stop-and-Go-Verkehr, zum Beispiel in einer Stadt.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie bzw. Zellmix-Batterie ist des Weiteren vorgesehen, dass das Leistungsspeichermodul - also das zweite elektrischen Speichermodul - dazu eingerichtet ist, stationär im Kraftfahrzeug mit dessen Bordnetz elektrisch verbunden zu werden. Da also in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Batterie durch diese ein Bestandteil des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs gebildet ist, sind das Bordnetz und das Leistungsspeichermodul elektrisch miteinander kontaktiert, sobald die Batterie in bestimmungsgemäßer Einbaulage in das Kraftfahrzeug integriert ist und mit dessen Bordnetz elektrisch kontaktiert ist. Die Batterie ist also dazu eingerichtet, in bestimmungsgemäßer Einbaulage dem Bordnetz elektrische Betriebsenergie für das Kraftfahrzeug bereitzustellen. Zudem ist die Batterie in deren bestimmungsgemäßer Einbaulage dazu eingerichtet, im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs elektrische Energie aufzunehmen.
Es ist des Weiteren vorgesehen, dass die Batterie zwischen einem Kopplungszustand, in dem die Speichermodule elektrisch - und insbesondere mechanisch - miteinander gekoppelt sind, und einem Entkopplungszustand, in dem die Speichermodule elektrisch - und insbesondere mechanisch - voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist. Mit anderen Worten sind das Leistungsspeichermodul und das Energiespeichermodul in dem Kopplungszustand zumindest elektrisch miteinander gekoppelt bzw. zumindest elektrisch aneinander angeschlossen, wohingegen im Entkopplungszustand das Energiespeichermodul und das Leistungsspeichermodul zumindest elektrisch voneinander getrennt sind. Ausgehend von dem Entkopplungszustand, in dem die Speichermodule elektrisch und insbesondere mechanisch voneinander entkoppelt sind, kann die Batterie beispielsweise in den Kopplungszustand verstellt werden, indem das Energiespeichermodul in einem mit dem Energiespeichermodul korrespondierende Energiespeichermodulaufnahme eingesetzt wird. Es ist denkbar, dass unter dem Einsetzen des Energiespeichermoduls in dessen Energiespeichermodulaufnahme, wodurch die Speichermodule mechanisch miteinander gekoppelt werden, die Speichermodule elektrisch miteinander verbunden werden. Dementsprechend kann die Batterie in den Entkopplungszustand verstellt werden, indem das Energiespeichermodul aus der Energiespeichermodulaufnahme entnommen bzw. herausgenommen wird. Das bedeutet, dass das Energiespeichermodul insbesondere einen Anteil der Batterie bildet, der aus der restlichen Batterie herausnehmbar ist.
Das Energiespeichermodul weist eine Ladeeinrichtung auf, über welche es im Entkopplungszustand der Batterie, das heißt separat vom Leistungsspeichermodul, elektrisch geladen werden kann. Es ist also zum Laden des Energiespeichermoduls nicht erforderlich, dass dieses und das Leistungsspeichermodul elektrisch undloder mechanisch miteinander gekoppelt sind. Stattdessen ist es ermöglicht, unter Umgehung des Leistungsspeichermoduls das Energiespeichermodul elektrisch zu laden.
Einem Nutzer der Batterie bzw. einem Nutzer des Kraftfahrzeugs, das mit der Batterie ausgerüstet ist, ist es somit ermöglicht, das Energiespeichermodul aus der Batterie bzw. aus dem Kraftfahrzeug zu entnehmen und dieses abseits des Kraftfahrzeugs bzw. abseits der Batterie separat elektrisch zu laden, beispielsweise am Arbeitsplatz des Nutzers und während seiner Arbeitszeit. Es besteht also für den Nutzer die Möglichkeit, während sowieso nicht mit dem Kraftfahrzeug gefahren wird, die Batterie zumindest teilweise zu laden, indem das Energiespeichermodul geladen wird. Der Nutzer kann beispielsweise das Energiespeichermodul während seiner Arbeitszeit so weit elektrisch laden, dass das Kraftfahrzeug bei miteinander gekoppelten Speichermodulen eine reinelektrische Fahrreichweite bereitstellt, die ausreichend ist, um zur Wohnadresse des Nutzers zu fahren. An seiner Wohnadresse kann der Nutzer den Vorgang analog wiederholen, indem er die Batterie in den Entkopplungszustand verstellt und das Energiespeichermodul zu Hause auflädt, beispielsweise über Nacht. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Strecke zwischen Wohnadresse und Arbeitsstelle des Nutzers lediglich unter Ausnutzung einer in dem Energiespeichermodul gespeicherten Energiemenge erfolgt. Indem lediglich ein Teil der gesamten Batterie, nämlich das Energiespeichermodul, geladen wird, gestaltet sich das Laden der Batterie für den Nutzer besonders einfach und/oder aufwandsarm.
Es kann bei der Batterie vorgesehen sein, dass die in dem Energiespeichermodul gespeicherte elektrische Energie direkt, das heißt ohne Umweg über das Leistungsspeichermodul, einem Verbraucher des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestellt wird. Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Batterie einen Betriebsmodus auf, in dem im Kopplungszustand - das heißt bei dem mit dem Leistungsspeichermodul elektrisch gekoppelten Energiespeichermodul - dem Leistungsspeichermodul elektrische Ladeenergie aus dem Energiespeichermodul zugestellt wird. Anders ausgedrückt: das Leistungsspeichermodul wird mittels des Energiespeichermoduls elektrisch geladen. Das bedeutet, dass auf die in dem Energiespeichermodul gespeicherte elektrische Energie zum Fahren mit dem Kraftfahrzeug zurückgegriffen wird, indem die im Energiespeichermodul gespeicherte Energiemenge zumindest teilweise in das Leistungsspeichermodul transferiert wird, wobei dann mittels des Leistungsspeichermoduls der Verbraucher bzw. die elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Indem die in dem Energiespeichermodul gespeicherte elektrische Energie mittels des Leistungsspeichermoduls an den Verbraucher bzw. die Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs abgegeben wird, lässt sich eine besonders hohe Leistung zum Antreiben bzw. beschleunigen des Kraftfahrzeugs nutzen, da das Leistungsspeichermodul durch dessen geringere elektrische Energiedichte und dessen höhere elektrische Leistungsdichte dazu eingerichtet ist, eine höhere elektrische Leistung abzugeben und/oder aufzunehmen als das Energiespeichermodul. Das mit der Batterie ausgerüstete Kraftfahrzeug lässt sich so besonders vorteilhaft im Stadtverkehr fortbewegen.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Batterie weist deren Energiespeichermodul eine bestimmte Anzahl von Energiespeichereinheiten, beispielsweise Batteriezellen, auf, wobei eine Masse des Energiespeichermoduls einen vorgegebenen Massegrenzwert nicht überschreitet. Insbesondere ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass ein Volumen des Energiespeichermoduls einen vorgegebenen Volumengrenzwert nicht überschreitet. Dabei ist das Energiespeichermodul derart ausgebildet, dass mittels des Energiespeichermoduls eine vorgegebene elektrische Energiemenge speicherbar ist. Der Massegrenzwert und/oder der Volumengrenzwert ergeben sich beispielsweise durch Randbedingungen, die aufgrund eines Packagings beim Herstellen undloder Konzeptionieren der Batterie bzw. eines die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs vorgegeben sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Massegrenzwert 10 Kilogramm oder weniger beträgt undloder dass der Volumengrenzwert 20 Liter oder weniger beträgt. Hierdurch ist das Energiespeichermodul besonders portabel, insbesondere für einen (physiologisch gesunden) Menschen anhebbar und tragbar sowie besonders einfach handhabbar. Zum Kontaktieren des Energiespeichermoduls mit dem Leistungsspeichermodul sowie zum Entkoppeln des Energiespeichermoduls vom Leistungsspeichermodul, beispielsweise zum Herausnehmen/Herausheben des Energiespeichermoduls aus dem Kraftfahrzeug bzw. zum Einsetzen des Energiespeichermoduls in das Kraftfahrzeug, ist so kein Hilfsmittel (also zum Beispiel kein Hebemittel wie ein Kran etc.) erforderlich, und es sind nicht mehrerer Personen zum Heben bzw. Handhaben des Energiespeichermoduls erforderlich.
Einer weiteren Ausgestaltung der Batterie zufolge ist die Anzahl der Energiespeichereinheiten bzw. Batteriezellen des Energiespeichermoduls so bestimmt, dass unter Berücksichtigung eines zu erwartenden Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs, das mit der Batterie ausgerüstet ist, damit unter Ausnutzung der in dem Energiespeichermodul gespeicherten vorgegebenen Energiemenge eine vorgegebene Mindeststreckenlänge gefahren werden kann. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die vorgegebene Energiemenge so bemessen ist, dass mit dem Kraftfahrzeug lediglich unter Ausnutzung der in dem Energiespeichermodul gespeicherten Energiemenge die Mindeststrecke, also beispielsweise zwischen Arbeitsstelle und Wohnadresse des Nutzers, reinelektrisch gefahren werden kann. Die Mindeststreckenlänge beträgt beispielsweise 25 Kilometer oder mehr. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anzahl der Energiespeichereinheiten des Energiespeichermoduls so bestimmt ist, dass mittels des Energiespeichermoduls das Leistungsspeichermodul so weit geladen wird, dass mit dem Kraftfahrzeug mindestens 25 Kilometer weit gefahren werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Batterie sieht vor, dass die Anzahl der Energiespeichereinheiten bzw. Batteriezellen so bestimmt ist, dass das Energiespeichermodul innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer mit der vorgegebenen elektrischen Energiemenge aufgeladen werden kann. Dieser Ausführungsform liegt der Gedanke zugrunde, dass das elektrische Laden der letzten 20 % einer elektrischen Sekundärbatterie bzw. eines elektrischen Akkumulators länger dauert als die zuvor geladenen 80 %. Denn ab einem Ladezustand des elektrischen Akkumulators ab ca. 70 % oder 80 % fließt immer weniger Ladestrom, und zugleich wird die elektrische Batterie stärker erwärmt. Es ist also bevorzugt, die Energiespeichereinheiten des Energiespeichermoduls lediglich teilweise aufzuladen, beispielsweise bis auf 70 % Ladezustand (SoC: State of Charge). Um nun die vorgegebene Energiemenge mittels des Energiespeichermoduls zu speichern, das innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer bis auf die vorgegebene Energiemenge aufgeladen werden kann, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, dass mehrere Energiespeichereinheiten bzw. Sekundärbatteriezellen zum Beispiel auf 70 % oder 80 % aufgeladen werden, anstatt weniger Energiespeichereinheiten einzusetzen, die dann für dieselbe Energiemenge auf mehr als 70 % oder mehr als 80 % aufgeladen werden müssen. Hierdurch wird das Laden des Energiespeichermoduls bis auf die vorgegebene Energiemenge beschleunigt, und zudem werden die Energiespeichereinheiten des Energiespeichermoduls geschont. Hieraus resultiert zum einen eine Vereinfachung für den Nutzer und zum anderen eine verlängerte Lebensdauer des Energiespeichermoduls, was ökologisch und ökonomisch günstig ist.
Einer weiteren möglichen Ausführungsform zufolge weist die Ladeeinrichtung des Energiespeichermoduls ein mit einer Haushaltsstromsteckdose korrespondierendes Steckelement auf. Das bedeutet, dass die Batterie, insbesondere deren Energiespeichermodul, im Entkopplungszustand, also wenn die Speichermodule voneinander entkoppelt sind, beispielsweise elektrisch geladen werden kann, indem die Ladeeinrichtung mittels des Steckelements, insbesondere mittels eines Schutzkontaktsteckers, mit einem Haushaltsstromnetz verbunden wird, indem das Steckelement in die Haushaltsstromsteckdose eingesteckt wird. Hierdurch ist der Nutzer zum Laden des Energiespeichermoduls nicht an eine spezielle Ladeinfrastruktur angewiesen. Stattdessen stellt sich das Laden des Energiespeichermoduls für den Nutzer besonders einfach dar, da er - wie er es von anderen elektrischen bzw. elektronischen Geräten kennt - das Energiespeichermodul mittels des Steckelements einfach in die Haushaltsstromsteckdose einsteckt.
In einer möglichen Weiterbildung weist die Batterie eine Temperierungseinrichtung auf, die zum Temperieren - das heißt zum Kühlen und/oder zum Erwärmen - des Leistungsspeichermoduls einen ersten Temperierungszweig aufweist. Die Temperierungseinrichtung weist insbesondere eine Kühlfluidbereitstellungseinheit auf, beispielsweise eine Kühlfluidpumpe, sowie ein Rohr- und/oder Schlauchwerk, durch das ein Kühlfluidkreislauf gebildet ist, in den die Kühlfluidbereitstellungseinheit integriert ist. In einem Temperierungsbetrieb der Temperierungseinrichtung wird also mittels der Kühlfluidbereitstellungseinheit bzw. mittels der Kühlfluidpumpe ein Kühlfluid, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, durch den Kühlfluidkreislauf gepumpt, wobei am ersten Temperierungszweig Wärme vom Leistungsspeichermodul abtransportiert wird. Ferner kann die Temperierungseinrichtung eingesetzt werden, das Leistungsspeichermodul zu erwärmen, wobei dann mittels des durch den Kühlfluidkreislauf zirkulierenden Kühlfluids Wärme zum Leistungsspeichermodul hin transportiert wird. Insgesamt ist die Temperierungseinrichtung also dazu eingerichtet, das Leistungsspeichermodul auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur zu bringen, bei welcher das elektrische Entladen und das elektrische Laden des Leistungsspeichermoduls besonders effizient ablaufen. Wird also beispielsweise die Batterie in den Kopplungszustand versetzt, in dem das Energiespeichermodul und das Leistungsspeichermodul elektrisch miteinander gekoppelt werden und das Leistungsspeichermodul mittels des Energiespeichermoduls elektrisch geladen wird, kann vorgesehen sein, dass mittels der Temperierungseinrichtung das Leistungsspeichermodul auf die bevorzugte Betriebstemperatur gebracht wird, sodass das Laden des Leistungsspeichermoduls besonders effizient vonstattengeht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Energiespeichermoduls einen zweiten Temperierungszweig auf. Der zweite Temperierungszweig kann beispielsweise in das Energiespeichermodul integriert sein. Mit anderen Worten verbleibt der zweite Temperierungszweig im Kopplungszustand der Batterie und im Entkopplungszustand der Batterie im Energiespeichermodul. Beim Entkoppeln des Energiespeichermoduls wird dann der zweite Temperierungszweig von der restlichen Temperierungseinrichtung, insbesondere von der Kühlfluidbereitstellungseinheit der Temperierungseinheit, entkoppelt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der zweite Temperierungszweig im Kopplungszustand und im Entkopplungszustand mit der Kühlfluidbereitstellungseinheit gekoppelt bleibt, wobei dann beim Verstellen der Batterie in den Entkopplungszustand das Energiespeichermodul und der zweite Temperierungszweig voneinander entkoppelt werden. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Leistungsspeichermodul beschrieben, ist es mittels der Temperierungseinrichtung dann möglich, das Energiespeichermodul auf die bevorzugte Betriebstemperatur zu bringen, wodurch ein Entladen und ein Laden des Energiespeichermoduls besonders effizient ablaufen.
Die Temperierungseinrichtung weist eine besonders einfache Struktur auf, wenn - wie in einer alternativen Ausgestaltung der Batterie vorgesehen - das Energiespeichermodul frei von der Temperierungseinrichtung ist. Das bedeutet, dass kein Temperierungszweig der Temperierungseinrichtung mit dem Energiespeichermodul zusammenwirkt. Da das Energiespeichermodul eine höhere elektrische Energiedichte und eine niedrigere elektrische Leistungsdichte als das Leistungsspeichermodul aufweist, besteht bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Energiespeichermoduls kein Bedarf, dass Energiespeichermodul aktiv zu kühlen. Hieraus resultiert eine besonders einfache Struktur bzw. ein besonders einfacher Aufbau des Energiespeichermoduls, da auf Mittel zum Koppeln des Energiespeichermoduls mit der Temperierungseinrichtung verzichtet wird.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Batterie sieht vor, dass die Batterie ein Sperrelement aufweist, das reversibel und zerstörungsfrei lösbar zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung feststellbar ist. In der Sperrstellung ragt das Sperrelement in einen Kopplungsbereich der Batterie hinein, um die Batterie gegen ein Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule zu sperren. In der Freigabestellung ist das Sperrelement aus dem Koppelbereich ausgerückt, um das Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule freizugeben. ist also die Batterie im Kopplungszustand, das heißt, sind das Energiespeichermodul und das Leistungsspeichermodul elektrisch miteinander gekoppelt, wird das Energiespeichermodul positionell gehalten, indem das Sperrelement in den Koppelbereich und insbesondere in eine Sperrelementaufnahme des Energiespeichermoduls hineinragt. Damit fungiert das Sperrelement zum einen als ein Schutz gegen ein unbefugtes Entnehmen des Energiespeichermoduls aus der Batterie und zum anderen als Ladungssicherungselement. Denn aufgrund des in der Sperrelementaufnahme sitzenden Sperrelements ist wirksam verhindert, dass das Energiespeichermodul bei übermäßiger Beschleunigung, beispielsweise bei einem Verkehrsunfall mit dem Kraftfahrzeug, aus der Batterie, insbesondere aus einer Energiespeichermodulaufnahme der Batterie, herausfällt. Da generell bei der Batterie vorgesehen ist, dass das Verstellen der Batterie zwischen dem Kopplungszustand und dem Entkopplungszustand für den Nutzer besonders einfach, insbesondere werkzeuglos, erfolgen kann, ist bei dem Sperrelement insbesondere vorgesehen, dass es zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung besonders einfach, insbesondere ohne zwingenden Einsatz eines Werkzeugs, verstellt werden kann.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Batterie vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird - falls noch nicht geschehen - die Batterie in den Entkopplungszustand gebracht, indem die Speichermodule zumindest elektrisch voneinander entkoppelt werden. Beispielsweise wird die Batterie in den Entkopplungszustand gebracht, indem das Energiespeichermodul aus der Batterie entnommen bzw. herausgenommen wird, wodurch die Speicherelemente elektrisch und mechanisch voneinander getrennt werden. Es wird dann die Ladeeinrichtung des Energiespeichermoduls an ein infrastrukturelles elektrisches Energieversorgungsnetz, beispielsweise das Haushaltsstromnetz, angeschlossen, sodass das Energiespeichermodul über das Energieversorgungsnetz elektrisch geladen wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Energiespeichermodul in einen Ladebetriebsmodus geschaltet wird oder dass das Energiespeichermodul automatisch geladen wird, sobald es mit dem Energieversorgungsnetz elektrisch gekoppelt ist. Die Ladeeinrichtung wird dann von dem Energieversorgungsnetz getrennt, insbesondere wenn die vorgegebene elektrische Energiemenge in das Energiespeichermodul geladen worden ist. Hiernach wird die Batterie (wieder) in den Kopplungszustand gebracht, indem die Speichereinheiten elektrisch miteinander verbunden werden, sodass das Leistungsspeichermodul mittels des Energiespeichermoduls elektrisch geladen wird. Das bedeutet, dass das Laden des Leistungsspeichermoduls beispielsweise beginnt, sobald die Speichermodule elektrisch miteinander gekoppelt bzw. elektrisch aneinander angeschlossen sind. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Leistungsspeichermodul in einen Ladebetriebsmodus geschaltet wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Leistungsspeichermodul automatisch in den Ladebetriebsmodus geschaltet wird, wenn das Energiespeichermodul elektrisch an das Leistungsspeichermodul angeschlossen wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, das mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Batterie ausgerüstet bzw. ausgestattet ist. Demnach handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder um ein rein elektrisch antreibbares bzw. fortbewegbares Kraftfahrzeug. Jedenfalls ist das Kraftfahrzeug dazu eingerichtet, einem Nutzer zumindest einen vollelektrischen Fahrbetriebsmodus bereitzustellen. Mit anderen Worten kann der Nutzer das Kraftfahrzeug unter Ausnutzung von lediglich elektrisch im Kraftfahrzeug gespeicherter Energie fortbewegen bzw. anreiben.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass das Energiespeichermodul in einen für einen Endbenutzer bzw. Endkunden des Kraftfahrzeugs ohne Einsatz eines Werkzeugs erreichbaren Anteil eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, insbesondere in einer Fahrgastzelle oder in einem Lagerraum, angeordnet ist. Hierdurch ist es für den Nutzer des Kraftfahrzeugs auf besonders einfache Weise möglich, das Energiespeichermodul aus der Batterie und infolgedessen aus dem Kraftfahrzeug zu entnehmen, insbesondere, um das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei zwei elektrische Speichermodule der Batterie in einem Entkopplungszustand angeordnet sind;
2 eine schematische Ansicht der Batterie, wobei deren Speichermodule in einem Kopplungszustand miteinander gekoppelt sind; und
3 eine schematische Ansicht von Schritten eines Verfahrens zum Teilladen der Batterie.

Im Folgenden werden eine Batterie 1 für ein Kraftfahrzeug 2, das Kraftfahrzeug 2 an sich sowie ein Verfahren zum Teilladen der Batterie 1 in gemeinsamer Beschreibung dargelegt. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Ansicht der Batterie 1 für das Kraftfahrzeug 2, wobei zwei elektrische Speichermodule 3, 4 der Batterie 1 in einem Entkopplungszustand angeordnet sind. Bei dem ersten elektrischen Speichermodul 3 handelt es sich um ein Energiespeichermodul 3, wobei es sich bei dem zweiten elektrischen Speichermodul 4 um ein Leistungsspeichermodul 4 handelt. Dabei weist das Leistungsspeichermodul 4 eine geringere elektrische Energiedichte und eine höhere elektrische Leistungsdichte als das Energiespeichermodul 3 auf. Die elektrischen Speichermodule 3, 4 weisen jeweils eine Vielzahl von elektrischen Energiespeichereinheiten 5, 6 auf, wovon in den Figuren nur einige mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Energiespeichereinheiten 5 des Energiespeichermoduls 3 um Lithium-Eisen-Phosphat-Sekundärbatteriezellen, wohingegen es sich bei den Energiespeichereinheiten 6 des Leistungsspeichermoduls 4 um Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Sekundärbatteriezellen handelt. Alternativ oder zusätzlich kann das Leistungsspeichermodul 4 wenigstens eine weitere Energiespeichereinheit 6 aufweisen, die als ein elektrischer Superkondensator ausgebildet ist.
Die Speichermodule 3, 4 der Batterie 1 sind miteinander koppelbar und voneinander entkoppelbar. Hierzu weist die Batterie 1 vorliegend ein elektrisches Batterienetz 7 auf, in das das Leistungsspeichermodul 4 integriert ist. Die Batterie 1 weist zudem eine Verbindungseinrichtung 8 auf, die dazu eingerichtet ist, mit einem elektrischen Verbraucher 9, vorliegend einem Bordnetz 10, elektrisch verbunden zu werden. Die Batterie 1 weist weiter eine Energiespeichermodulaufnahme 11 auf, mittels derer das Energiespeichermodul 3 elektrisch mit dem Batterienetz 7 und infolgedessen mit dem Leistungsspeichermodul 4 kontaktierbar ist. Das Energiespeichermodul 3 und das Leistungsspeichermodul 4 werden mittels des Batterienetzes 7 elektrisch miteinander kontaktiert, indem das Energiespeichermodul 3 in die Energiespeichermodulaufnahme 11 der Batterie 1 eingesetzt wird. Hierzu korrespondieren eine Innengeometrie der Energiespeichermodulaufnahme 11 und eine Außengeometrie des Energiespeichermoduls 3 miteinander, sodass das Energiespeichermodul 3 zum Beispiel formschlüssig in die Energiespeichermodulaufnahme 11 einsetzbar ist. Das Energiespeichermodul 3 und die Energiespeichermodulaufnahme 11 sind vorliegend derart ausgebildet, dass das Einsetzen des Energiespeichermoduls 3 in die Energiespeichermodulaufnahme 11 und das Kontaktieren bzw. Verbinden der Speichermodule 3, 4 jeweils ohne Einsatz eines Werkzeugs erfolgen kann. Hierdurch ist das Einsetzen des Energiespeichermoduls 3 in die Energiespeichermodulaufnahme 11, wodurch die Speichermodule 3, 4 elektrisch miteinander verbunden werden, selbst durch Personen ausführbar, die keine spezielle technische Ausbildung hierzu erhalten haben.
Die Batterie 1 ist also zwischen einem Entkopplungszustand (siehe 1), in dem die Speichermodule 3, 4 elektrisch voneinander entkoppelt sind, und einem Kopplungszustand (siehe 2), in dem die Speichermodule 3, 4 elektrisch miteinander gekoppelt sind, verstellbar. Dabei ist das Leistungsspeichermodul 4 dazu eingerichtet, stationär im Kraftfahrzeug 2 mit dessen Bordnetz 10 elektrisch verbunden zu werden. Hierbei weist die Batterie 1 im vorliegenden Beispiel die Verbindungseinrichtung 8 auf, welche mittels des Batterienetzes 7 elektrisch mit dem Leistungsspeichermodul 4 verbunden ist.
In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass das Energiespeichermodul 3 eine Ladeeinrichtung 12 aufweist, über welche es im Entkopplungszustand separat vom Leistungsspeichermodul 4 elektrisch geladen werden kann. Die Ladeeinrichtung 12, bei der es sich zum Beispiel um ein elektrisches Ladegerät handeln kann, kann - wie in 1 dargestellt - zusammen mit den Energiespeichereinheiten 5 in einem gemeinsamen Gehäuse des Energiespeichermoduls 3 angeordnet sein. Alternativ ist es denkbar, dass die Ladeeinrichtung 12 außerhalb des Gehäuses des Energiespeichermoduls 3 angeordnet ist, beispielsweise bedarfsgerecht an das Energiespeichermodul 3 anschließbar ist. Vorliegend weist die Ladeeinrichtung 12 ein mit einer Haushaltsstromsteckdose 13 (siehe 3) korrespondierendes Steckelement 14 auf. Bei dem Steckelement 14 handelt es sich also beispielsweise um einen Schutzkontaktstecker.
Ferner weist die Batterie 1 im vorliegenden Beispiel eine Temperierungseinrichtung 15 auf, die eine Kühlfluidbereitstellungseinheit 16 und einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlfluidkreislauf 17 aufweist, wobei es sich bei dem Kühlfluidkreislauf 17 beispielsweise um ein Rohrundloder Schlauchwerk handelt. Die Temperierungseinrichtung 15, insbesondere deren Kühlfluidkreislauf 17, weist einen ersten Temperierungszweig 18 auf, der dazu eingerichtet - das heißt angeordnet und ausgebildet - ist, das Leistungsspeichermodul 4 zu kühlen und/oder zu erwärmen. In einem Kühlbetrieb der Temperierungseinrichtung 15 wird ein Kühlfluid, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, mittels der Kühlfluidbereitstellungseinheit 16 angetrieben und durch den Kühlfluidkreislauf 17 gepumpt oder geblasen, wobei Wärme, die beim Laden und/oder Entladen des Leistungsspeichermoduls 4 freigesetzt wird, mittels des im Kühlfluidkreislauf 17 zirkulierenden Kühlfluids vom Leistungsspeichermodul 4 abtransportiert wird. In einem Erwärmungsbetrieb der Temperierungseinrichtung wird das Kühlfluid andernorts erwärmt und mittels der Kühlfluidbereitstellungseinheit 16 durch den Kühlfluidkreislauf 17 hin zum Leistungsspeichermodul 4 gepumpt oder geblasen, wo dann die im Kühlfluid gespeicherte Wärme an das Leistungsspeichermodul 4 abgegeben wird, sodass das Leistungsspeichermodul 4 erwärmt wird.
In einer möglichen Ausgestaltung der Batterie 1 ist das Energiespeichermodul 3 frei von der Temperierungseinrichtung 15 - das heißt, kein Temperierungszweig der Temperierungseinrichtung 15 wirkt zum Kühlen undloder Erwärmen des Energiespeichermoduls 3 mit diesem zusammen oder auf dieses ein. Das bedeutet, dass in dieser Ausgestaltung im Kühlbetrieb und im Erwärmungsbetrieb der Temperierungseinrichtung 15 keine Wärme vom Energiespeichermodul 3 abtransportiert wird und keine Wärme zum Energiespeichermodul 3 transportiert wird.
Im vorliegenden Beispiel ist eine weitere Ausgestaltung der Batterie 1 vorgesehen, bei der die Temperierungseinrichtung 15 zum Temperieren des Energiespeichermoduls 3 einen zweiten Temperierungszweig 19 aufweist. Ein Kühlen und/oder Erwärmen des Energiespeichermoduls 3 mittels der Temperierungseinrichtung 15 ist beispielsweise im Kopplungszustand der Batterie 1 möglich, also wenn die Speichermodule 3, 4 miteinander gekoppelt sind. Zudem ist es denkbar, dass das Energiespeichermodul 3 eine eigene Temperierungseinrichtung (nicht dargestellt) aufweist, mittels derer das Energiespeichermodul 3 unabhängig von der Temperierungseinrichtung 15 temperierbar, das heißt erwärmbar und/oder kühlbar, ist.
Die Batterie 1 weist zudem ein Sperrelement 20 auf, das zwischen einer Sperrstellung (siehe 2), in der es in die Energiespeichermodulaufnahme 11 und infolgedessen in einen Koppelbereich 21 der Batterie 1 hineinragt, um die Batterie 1 gegen ein Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule 3, 4 zu sperren, und einer Freigabestellung (siehe 1), in der es aus dem Koppelbereich 21, das heißt aus der Energiespeichermodulaufnahme 11, ausgerückt ist, um das Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule 3, 4 freizugeben, verstellbar ist. Um also die Batterie 1 zwischen dem Kopplungszustand und dem Entkopplungszustand verstellen zu können, ist das Sperrelement 20 in dessen Freigabestellung (siehe 1) zu verstellen. Dies kann manuell oder mittels eines Aktors (nicht dargestellt) erfolgen. Soll das Energiespeichermodul 3 in der Energiespeichermodulaufnahme 11 positionell gesichert werden, beispielsweise gegen ein unbefugtes oder unbeabsichtigtes Herausnehmen, ist das Sperrelement 20 in dessen Sperrstellung zu verstellen, wenn das Energiespeichermodul 3 bestimmungsgemäß in der Energiespeichermodulaufnahme 11 eingesetzt ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht der Batterie 1, wobei deren Speichermodule 3, 4 im Kopplungszustand miteinander elektrisch gekoppelt sind. Das bedeutet, dass die Batterie 1 aus dem Entkopplungszustand (1) in den Kopplungszustand (2) verstellt worden ist, indem das Energiespeichermodul 3 bestimmungsgemäß in die Energiespeichermodulaufnahme 11 der Batterie 1 eingesetzt worden ist. Hierbei sind dann die Speichermodule 3, 4 - vorliegend mittels des Batterienetzes 7 - elektrisch miteinander gekoppelt bzw. elektrisch aneinander angeschlossen. Die Batterie 1 weist wenigstens einen Betriebsmodus auf, indem im Kopplungszustand - das heißt bei mit dem Leistungsspeichermodul elektrisch gekoppelten Energiespeichermodul 3 - dem Leistungsspeichermodul 4 elektrische Ladeenergie aus dem Energiespeichermodul 3 zugestellt wird. Die Batterie 1, insbesondere deren Batterienetz 7, umfasst ein elektrisches Netz aus Leitern, beispielsweise Kabeln, Platinen, Stromschienen etc., sowie insbesondere ein elektrisches und/oder elektronisches Steuergerät 22, das dazu eingerichtet ist, Stromstärken, Spannungsstärken und/oder Polaritäten innerhalb des elektrischen Leitungsnetzes des Batterienetzes 7 zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist das Steuergerät 22 dazu eingerichtet, die Batterie zwischen dem Betriebsmodus, in dem das Leistungsspeichermodul 4 mittels des Energiespeichermoduls 3 geladen wird, und wenigstens einem anderen Betriebsmodus umzuschalten.
Das Energiespeichermodul 3 weist im vorliegenden Beispiel eine bestimmte Anzahl von elektrischen Energiespeichereinheiten 5 auf, sodass eine Masse des Energiespeichermoduls 3 einen vorgegebenen Massegrenzwert, insbesondere 10 Kilogramm oder weniger, nicht überschreitet, wobei mittels des Energiespeichermoduls 3, das heißt mittels der Energiespeichereinheit 5 des Energiespeichermoduls 3, eine vorgegebene elektrische Energiemenge speicherbar ist. Dabei ist die Anzahl der Energiespeichereinheiten so bestimmt, dass unter Berücksichtigung eines zu erwartenden Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs 2 damit unter Ausnutzung er im Energiespeichermodul 3 gespeicherten vorgegebenen Energiemenge eine vorgegebene Mindeststreckenlänge, beispielsweise 25 Kilometer oder mehr, gefahren werden kann. Zudem ist im vorliegenden Beispiel vorgesehen, dass die Anzahl der Energiespeichereinheiten 5 so bestimmt ist, dass das Energiespeichermodul 3 innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer mit der vorgegebenen elektrischen Energiemenge aufgeladen werden kann. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zum Aufladen des Energiespeichermoduls bis auf die vorgegebene elektrische Energiemenge die Energiespeichereinheiten 5 des Energiespeichermoduls 3 nicht vollständig, sondern bis auf einen vorgegebenen Ladezustandsgrenzwert, beispielsweise 70 %, aufgeladen werden.
Ein möglicher Anwendungsfall der Batterie 1 bzw. des mit der Batterie 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs 2 wird im Folgenden anhand von 3 erläutert, die in schematischer Ansicht Schritte des Verfahrens zum Laden der Batterie 1 zeigt. Ein Nutzer 23 des Kraftfahrzeugs 2 bzw. der Batterie 1 zu einem Zielpunkt, beispielsweise zu seiner Arbeitsstelle. Dabei ist die Batterie 1 des Kraftfahrzeugs 2 im Kopplungszustand, was bedeutet, dass beim Fahren zum Zielpunkt die Speichermodule 3, 4 miteinander gekoppelt bzw. elektrisch miteinander verbunden sind. Es kann also vorgesehen sein, dass unter einem Entladen der Speichermodule 3, 4 mit dem Kraftfahrzeug 2 zum Zielpunkt gefahren wird. Hierbei ist es möglich, dass lediglich das Energiespeichermodul 3 entladen wird oder lediglich das Leistungsspeichermodul 4 entladen wird. Zudem ist es denkbar, dass zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 2 sowohl das Energiespeichermodul 3 als auch das Leistungsspeichermodul 4 entladen werden. Für eine besonders effiziente Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 2 ist eine hohe elektrische Leistung vonnöten, sodass vorzugsweise, insbesondere im Stadtverkehr, mittels des Leistungsspeichermoduls 4 elektrische Energie zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 2 dem hier als Antriebsmaschine 24 ausgebildeten Verbraucher 9 bereitgestellt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Leistungsspeichermodul 4 mittels des Energiespeichermoduls 3 - insbesondere während der Fahrt - geladen wird.
Am Zielpunkt angekommen, verstellt der Nutzer 23 die Batterie 1 in den Entkopplungszustand, indem der Nutzer 23 das Energiespeichermodul 3 aus der Batterie 1, insbesondere aus dem Kraftfahrzeug 2, entnimmt. Dabei werden die Speichermodule 3, 4 elektrisch voneinander getrennt. Da das Energiespeichermodul 3 im vorliegenden Beispiel besonders leicht und infolgedessen portabel bzw. tragbar ausgebildet ist, ist es für den Nutzer 23 besonders einfach, das Energiespeichermodul 3 mit an seinen Arbeitsplatz 25 zu nehmen und es dort mit einem Haushaltsstromnetz (nicht dargestellt) zu verbinden, indem der Nutzer 23 das Steckelement 14 in eine Haushaltsstromsteckdose 13 einsteckt. Mit anderen Worten verbindet der Nutzer das Energiespeichermodul 3 mit dem Haushaltsstromnetz, indem die Ladeeinrichtung 12 über das Steckelement 14 und über die Haushaltsstromsteckdose 13 mit dem Haushaltsstromnetz gekoppelt wird. Automatisch oder manuell wird dann das Energiespeichermodul 3 in einen Ladebetriebsmodus geschaltet, in welchem die Energiespeichereinheiten 5 des Energiespeichermoduls 3 elektrisch geladen werden. Dies ist für den Nutzer 23 besonders zeiteffizient, da das Aufladen des Energiespeichermoduls 3 nicht beaufsichtigt werden muss und es während der Arbeitszeit des Nutzers 23 erfolgen kann.
Sobald die Energiespeichereinheiten 5 des Energiespeichermoduls 3 bis auf die gewünschte Energiemenge geladen sind, kann der Nutzer 23 das Energiespeichermodul 3 von dem Haushaltsstromnetz entkoppeln, indem der Nutzer 23 das Steckelement 14 und die Haushaltsstromsteckdose 13 voneinander entkoppelt. Beabsichtigt der Nutzer 23, mit dem Kraftfahrzeug 2 den Zielpunkt, beispielsweise die Arbeitsstelle, zu verlassen, nimmt der Nutzer 23 das Energiespeichermodul 3 am Arbeitsplatz 25 auf und trägt es zum Kraftfahrzeug 2. Dort versetzt der Nutzer 23 die Batterie 1 wieder in den Kopplungszustand, indem der Nutzer 23 das Energiespeichermodul 3 in die Energiespeichermodulaufnahme 11 bzw. in das Kraftfahrzeug 2 einsetzt. Hierdurch werden die Speichermodule 3, 4 elektrisch aneinander angeschlossen bzw. elektrisch miteinander gekoppelt. Der Nutzer 23 tritt dann mit dem Kraftfahrzeug 2 seine Fahrt an, wobei die im Energiespeichermodul 3 gespeicherte elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 genutzt wird. Dies kann direkt oder indirekt erfolgen; zum einen kann vorgesehen sein, dass unter Umgehung des Leistungsspeichermoduls 4 elektrische Energie direkt aus dem Energiespeichermodul 3 dem Verbraucher 9 bzw. der Antriebsmaschine 24 bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mittels des Energiespeichermoduls 3 das Leistungsspeichermodul4 elektrisch geladen wird, sodass mittels des Leistungsspeichermoduls 4 dem Verbraucher 9 bzw. der Antriebsmaschine 24 elektrische Energiebereitgestellt wird.
Für den Nutzer 23 gestaltet sich das Verstellen der Batterie 1 zwischen deren Kopplungszustand und deren Entkopplungszustand besonders einfach, da im vorliegenden Beispiel vorgesehen ist, dass das Energiespeichermodul 3 in einem Anteil eines Innenraums 26 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet ist, der für den Nutzer 23 (beispielsweise einen Endbenutzer bzw. Endkunden) besonders einfach und/oder aufwandsarm erreichbar bzw. zugänglich ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Nutzer 23 zum Erreichen des Anteils des Innenraums 26 bzw. zum Erreichen des Energiespeichermoduls 3 keinerlei Werkzeug einsetzen muss. Beispielsweise ist das Energiespeichermodul 3 einfach erreichbar in einer Fahrgastzelle, einem Laderaum etc. angeordnet.
Durch die Batterie 1, das Kraftfahrzeug 2 und das Verfahren zum Laden bzw. Teilladen der Batterie 1 ist eine jeweilige Möglichkeit aufgezeigt, um eine Batterie 1 eines ganz oder teilweise elektrisch antreibbaren bzw. fortbewegbaren Kraftfahrzeugs besonders einfach oder aufwandsarm elektrisch laden zu können. Hier kommt eine Zellmix-Batterie mit Energiezellen (LFP) und Leistungszellen (NMC) zum Einsatz, wobei es sich bei den Leistungszellen auch um elektrische Superkondensatoren (SuperCaps) handeln kann. Vorteilhaft bei einer solchen Batterie ist, dass man eine besonders leichte undloder kompakte sowie ökonomisch besonders günstige Batterie bauen kann, mittels derer dennoch eine hohe Entlade- und eine hohe Ladeleistung darstellbar sind. So kann unter anderem mit hoher Effizienz rekuperiert werden, was sich in einem Reichweitenvorteil für das Kraftfahrzeug 2 - insbesondere im Stadtfahrbetrieb - niederschlägt. Um das Nachladen der Leistungszellen aus den Energiezellen zu ermöglichen, ist eine besonders leistungsfähiger und besonders effizienter Gleichstromwandler zwischen den Speichermodulen 3, 4 erforderlich.
Da Temperierungsbedarf, insbesondere Kühlungsbedarf, lediglich für das Leistungsspeichermodul 4 besteht, kann auf eine Temperierung, insbesondere Kühlung, des Energiespeichermoduls 3 verzichtet werden. Konzeptionell ist das Vorsehen einer Temperierung des Energiespeichermoduls 3 mit besonders geringem Aufwand verbunden, sodass die Temperierungseinrichtung 15 besonders einfach mit dem zweiten Temperierungszweig 19 ausgerüstet werden kann.
Durch die (Zellmix-)Batterie 1 ist es für den Nutzer 23 besonders einfach und/oder aufwandsarm möglich, beispielsweise täglich, sein Kraftfahrzeug 2 mit genügend elektrischer Energie zu versorgen, um eine Pendelstrecke, beispielsweise von Wohnadresse zum Arbeitsplatz, reinelektrisch zu absolvieren. Hierzu ist bei der Batterie 1 das Energiespeichermodul 3 als ein leicht zugängliches und einfach demontierbares Batteriepack ausgeführt, welches beispielsweise 48 Volt Betriebsspannung liefert. Dieses Batteriepack bzw. das Energiespeichermodul 3 wird mit an die Arbeitsstelle genommen und während der Arbeitszeit geladen, insbesondere an der Haushaltsstromsteckdose 13. Obwohl im vorliegenden Beispiel vorgesehen ist, dass das Energiespeichermodul 3 10 Kilogramm oder weniger wiegt, kann es ausreichend Energie für den Weg zwischen Wohnadresse und Arbeitsplatz speichern.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Batterie
2: Kraftfahrzeug
3: erstes elektrisches Speichermodul (Energiespeichermodul)
4: zweites elektrisches Speichermodul (Leistungsspeichermodul)
5: Energiespeichereinheit
6: Energiespeichereinheit
7: Batterienetz
8: Verbindungseinrichtung
9: Verbraucher
10: Bordnetz
11: Energiespeichermodulaufnahme
12: Ladeeinrichtung
13: Haushaltsstromsteckdose
14: Steckelement
15: Temperierungseinrichtung
16: Kühlfluidbereitstellungseinheit
17: Kühlfluidkreislauf
18: erster Temperierungszweig
19: zweiter Temperierungszweig
20: Sperrelement
21: Koppelbereich
22: Steuergerät
23: Nutzer
24: Antriebsmaschine
25: Arbeitsplatz
26: Innenraum

Claims

Batterie (1) für ein Kraftfahrzeug (2), wobei die Batterie (1) aufweist: - ein als Energiespeichermodul (3) bezeichnetes, erstes elektrisches Speichermodul (3), - ein als Leistungsspeichermodul (4) bezeichnetes, zweites elektrisches Speichermodul (4), das eine geringere elektrische Energiedichte und eine höhere elektrische Leistungsdichte als das Energiespeichermodul (3) aufweist und dazu eingerichtet ist, stationär im Kraftfahrzeug (2) mit dessen Bordnetz (10) elektrisch verbunden zu werden, wobei die Batterie (1) zwischen einem - Kopplungszustand, in dem die Speichermodule (3, 4) elektrisch miteinander gekoppelt sind, - und einem Entkopplungszustand, in dem die Speichermodule (3, 4) elektrisch voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist, wobei das Energiespeichermodul (3) eine Ladeeinrichtung (12) aufweist, über welche es im Entkopplungszustand separat vom Leistungsspeichermodul (4) elektrisch geladen werden kann.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopplungszustand die Speichermodule (3, 4) mechanisch miteinander gekoppelt sind, und im Entkopplungszustand die Speichermodule (3, 4) mechanisch voneinander entkoppelt sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) einen Betriebsmodus aufweist, in dem im Kopplungszustand dem Leistungsspeichermodul (4) elektrische Ladeenergie aus dem Energiespeichermodul (3) zugestellt wird.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (3) eine bestimmte Anzahl von elektrischen Energiespeichereinheiten (5) aufweist, sodass - eine Masse des Energiespeichermoduls (3) einen vorgegebenen Massegrenzwert nicht überschreitet, - wobei mittels des Energiespeichermoduls (3) eine vorgegebene elektrische Energiemenge speicherbar ist.
Batterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Massegrenzwert 10 Kilogramm oder weniger beträgt.
Batterie (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Energiespeichereinheiten (5) so bestimmt ist, dass unter Berücksichtigung eines zu erwartenden Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs (2) damit unter Ausnutzung der im Energiespeichermodul (3) gespeicherten vorgegebenen Energiemenge eine vorgegebene Mindeststreckenlänge gefahren werden kann.
Batterie (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Energiespeichereinheiten (5) so bestimmt ist, dass das Energiespeichermodul (3) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer mit der vorgegebenen elektrischen Energiemenge aufgeladen werden kann.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (12) ein mit einer Haushaltsstromsteckdose (13) korrespondierendes Steckelement (14) aufweist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperierungseinrichtung (15), die zum Temperieren des Leistungsspeichermoduls (4) einen ersten Temperierungszweig (18) aufweist.
Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinrichtung (15) zum Temperieren des Energiespeichermoduls (3) einen zweiten Temperierungszweig (19) aufweist.
Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (3) frei von der Temperierungseinrichtung (15) ist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sperrelement (20), das zwischen einer Sperrstellung, in der es in einen Koppelbereich (21) der Batterie (1) hineinragt, um die Batterie (1) gegen ein Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule (3, 4) zu sperren, und einer Freigabestellung, in der es aus dem Koppelbereich (21) ausgerückt ist, um das Entkoppeln oder Koppeln der Speichermodule (3, 4) freizugeben, verstellbar ist.
Verfahren zum Laden einer nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildeten Batterie (1), wobei - die Ladeeinrichtung (12) des Energiespeichermoduls (3) an ein infrastrukturelles elektrisches Energieversorgungsnetz angeschlossen wird, sodass das Energiespeichermodul (3) über das Energieversorgungsnetz elektrisch geladen wird; - die Ladeeinrichtung (12) von dem Energieversorgungsnetz getrennt wird; - die Batterie (1) in den Kopplungszustand gebracht wird, indem die Speichereinheiten (3, 4) elektrisch miteinander verbunden werden, sodass das Leistungsspeichermodul (4) mittels des Energiespeichermoduls (3) elektrisch geladen wird.
Kraftfahrzeug (2) mit einer nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildeten Batterie (1).
Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermodul (3) in einem für einen Endbenutzer (23) des Kraftfahrzeugs (2) ohne Einsatz eines Werkzeugs erreichbaren Anteil eines Innenraums (25) des Kraftfahrzeugs (2), insbesondere in einer Fahrgastzelle oder in einem Laderaum, angeordnet ist.