DE102022201382A1

DE102022201382A1 - Circuit arrangement, control device and control method for faster charging of vehicle batteries, vehicle with such a circuit arrangement and/or such a control device

Info

Publication number: DE102022201382A1
Application number: DE102022201382.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hohmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-08-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zum schnellen Aufladen einer Fahrzeugbatterieanordnung, wobei die Fahrzeugbatterieanordnung eine erste Fahrzeugbatterie (12) und zumindest eine mit der ersten Fahrzeugbatterie (12) gleichpolig verschaltete zweite Fahrzeugbatterie (14) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (10) mehrere Schalter (16, 18, 20) aufweist, die derart verschaltet und schaltbar sind, dass die erste Fahrzeugbatterie (12) und die zumindest eine zweite Fahrzeugbatterie (14) sowohl mittels einer ersten Schaltweise der Schalter (16, 18, 20) in einer Reihenschaltung als auch mittels einer zweiten Schaltweise der Schalter (16, 18, 20) in einer Parallelschaltung miteinander betreibbar sind.The present invention relates to a circuit arrangement (10) for quickly charging a vehicle battery arrangement, the vehicle battery arrangement comprising a first vehicle battery (12) and at least one second vehicle battery (14) connected in the same polarity to the first vehicle battery (12), the circuit arrangement (10) having a plurality of switches (16, 18, 20) which are connected and switchable in such a way that the first vehicle battery (12) and the at least one second vehicle battery (14) are connected in series both by means of a first switching method of the switches (16, 18, 20). and also by means of a second switching mode of the switches (16, 18, 20) can be operated in parallel with one another.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Steuerverfahren zum schnelleren Aufladen von Fahrzeugbatterien, insbesondere in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen.The invention relates to a circuit arrangement and a control method for charging vehicle batteries more quickly, in particular in electric vehicles and hybrid vehicles.

Im Stand der Technik sind reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge bekannt, welche ausschließlich bzw. unterstützend von einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate angetrieben werden. Um die elektrischen Maschinen solcher Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere wiederaufladbare elektrische Batterien. Diese Batterien sind dabei als Gleichspannungsquellen ausgebildet.Purely electric vehicles and hybrid vehicles are known in the prior art, which are driven exclusively or in support of one or more electric machines as drive units. In order to supply the electric machines of such electric vehicles or hybrid vehicles with electric energy, the electric vehicles and hybrid vehicles include electric energy stores, in particular rechargeable electric batteries. These batteries are designed as DC voltage sources.

Mit zunehmender Fahrzeugleistung steigen auch die von den Fahrzeugbatterien bereitzustellende Gleichspannungen. Mittlerweile sind Hochvoltbatterien, die eine DC-Spannung von 400V oder gar 800V bereitstellen, in diversen Elektrofahrzeugmodellen eingesetzt. Derartige Hochvoltbatterien (HV-Batterien) bestehen aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, die jeweils eine Nennspannung von beispielsweise 3,6V haben, um die nötige Gesamtspannung bereitzustellen.With increasing vehicle power, the DC voltages to be provided by the vehicle batteries also increase. High-voltage batteries that provide a DC voltage of 400V or even 800V are now used in various electric vehicle models. Such high-voltage batteries (HV batteries) consist of a large number of battery cells connected in series, each of which has a nominal voltage of 3.6V, for example, in order to provide the necessary total voltage.

Trotz der schnellen Fortschritte auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge bleibt das schnelle Aufladen der Fahrzeugbatterien nach wie vor ein technologisch herausforderndes Problem. Insbesondere ist die Menge an Ladeströmen in der heutigen Infrastruktur und auch in absehbarer Zukunft nur begrenzt vorhanden, sodass ein schnelles Aufladen bei HV-Batterien oft nur bedingt möglich ist.Despite rapid advances in the field of electric and hybrid vehicles, rapid charging of vehicle batteries remains a technologically challenging problem. In particular, the amount of charging currents in today's infrastructure and also in the foreseeable future is limited, so that fast charging of HV batteries is often only possible to a limited extent.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung, eine Steuereinrichtung und ein Steuerverfahren zum schnellen Aufladen von Fahrzeugbatterien bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise überwunden sind.It is an object of the invention to provide a circuit arrangement, a control device and a control method for quickly charging vehicle batteries, in which the disadvantages mentioned above are at least partially overcome.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaltungsanordnung, die Steuereinrichtung und das Steuerverfahren sowie das Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.According to the invention, this object is achieved by the circuit arrangement, the control device and the control method as well as the vehicle according to the independent patent claims. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent patent claims.

Eine Schaltungsanordnung zum schnellen Aufladen einer Fahrzeugbatterieanordnung wird vorgeschlagen. Die Fahrzeugbatterieanordnung umfasst eine erste Fahrzeugbatterie und zumindest eine mit der ersten Fahrzeugbatterie gleichpolig verschaltete zweite Fahrzeugbatterie. Alle Fahrzeugbatterien erzeugen vorzugsweise die gleiche Batteriespannung, weiter vorzugsweise eine Hochvoltspannung für Elektrofahrzeuge, z.B. 400V. Vorzugsweise sind positive Pole aller Fahrzeugbatterien miteinander elektrisch verbunden, wobei negative Pole aller Fahrzeugbatterien miteinander elektrisch verbunden sind. Die Schaltungsanordnung weist mehrere Schalter auf, die als halbleiterbasierte elektronische Schalter (etwa Transistoren wie MOSFETs oder IGBTs oder HEMTs) oder als mechanische Schalter ausgebildet sein können. Eine Kombination, bei der sowohl mechanische als auch elektronische Schalter verwendet werden, ist ebenfalls denkbar. Die mehreren Schalter sind derart verschaltet und schaltbar, dass die Fahrzeugbatterien sowohl mittels einer ersten Schaltweise der Schalter in einer Reihenschaltung als auch mittels einer zweiten Schaltweise der Schalter in einer Parallelschaltung miteinander betreibbar sind.A circuit arrangement for rapidly charging a vehicle battery arrangement is proposed. The vehicle battery arrangement comprises a first vehicle battery and at least one second vehicle battery which is connected in the same polarity to the first vehicle battery. All vehicle batteries preferably generate the same battery voltage, more preferably a high-voltage voltage for electric vehicles, e.g. 400V. Preferably, positive poles of all vehicle batteries are electrically connected to one another, with negative poles of all vehicle batteries being electrically connected to one another. The circuit arrangement has a number of switches, which can be embodied as semiconductor-based electronic switches (for example transistors such as MOSFETs or IGBTs or HEMTs) or as mechanical switches. A combination in which both mechanical and electronic switches are used is also conceivable. The multiple switches are interconnected and switchable in such a way that the vehicle batteries can be operated with one another both by means of a first switching mode of the switches in a series connection and by means of a second switching mode of the switches in a parallel connection.

Wenn die Fahrzeugbatterien parallelgeschaltet sind, kann die Fahrzeugbatterieanordnung mit einer vergleichsweise hohen Kapazität die vom Fahrzeug benötigte Gleichspannung für den Fahrzeugbetrieb bereitstellen. Wenn die Fahrzeugbatterien reihengeschaltet sind, kann die Fahrzeugbatterieanordnung, die eine erhöhte Gesamtspannung erzeugt, bei gleichbleibendem Ladestrom mit einer entsprechend erhöhten Ladeleistung aufgeladen werden. Der Ladevorgang der Fahrzeugbatterieanordnung nimmt deshalb weniger Zeit in Anspruch.If the vehicle batteries are connected in parallel, the vehicle battery arrangement can provide the DC voltage required by the vehicle for vehicle operation with a comparatively high capacity. If the vehicle batteries are connected in series, the vehicle battery arrangement, which generates an increased total voltage, can be charged with a correspondingly increased charging power while the charging current remains the same. The charging process of the vehicle battery arrangement therefore takes less time.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung zumindest einen ersten Schalter, der die positiven Pole der Fahrzeugbatterien miteinander elektrisch verbindet, wobei die Schaltungsanordnung zumindest einen zweiten Schalter umfasst, der die negativen Pole der Fahrzeugbatterien miteinander elektrisch verbindet. Zusätzlich kann die Schaltungsanordnung zumindest einen dritten Schalter umfassen, der eine die positiven Pole der Fahrzeugbatterien durchlaufende erste Leitung und eine die negativen Pole der Fahrzeugbatterien durchlaufende zweite Leitung miteinander elektrisch verbindet. Mittels Betätigens der ersten, zweiten und dritten Schalter können die Fahrzeugbatterien in eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung gebracht werden. Insbesondere sind die Fahrzeugbatterien miteinander reihengeschaltet, wenn der zumindest eine erste Schalter und der zumindest eine zweite Schalter geschlossen und wenn der zumindest eine dritte Schalter geöffnet sind. Außerdem sind die Fahrzeugbatterien miteinander parallelgeschaltet, wenn der zumindest eine erste Schalter und der zumindest eine zweite Schalter geöffnet und wenn der zumindest eine dritte Schalter geschlossen sind. Vorzugsweise ist jeder erste Schalter und der diesem nächstliegende zweite Schalter diagonal bezüglich des dem ersten Schalter nächstliegenden dritten Schalters angeordnet. Insbesondere wird mit Schließen eines der Schalter aus erstem Schalter, zweitem Schalter und drittem Schalter eine Reihenschaltung und mit Schließung zweier Schalter eine Parallelschaltung erhalten.According to one embodiment, the circuit arrangement comprises at least one first switch which electrically connects the positive poles of the vehicle batteries to one another, the circuit arrangement comprising at least one second switch which electrically connects the negative poles of the vehicle batteries to one another. In addition, the circuit arrangement can include at least one third switch, which electrically connects a first line running through the positive poles of the vehicle batteries and a second line running through the negative poles of the vehicle batteries to one another. By actuating the first, second and third switches, the vehicle batteries can be connected in series or in parallel. In particular, the vehicle batteries are connected in series with one another when the at least one first switch and the at least one second switch are closed and when the at least one third switch is open. In addition, the vehicle batteries are connected in parallel with one another when the at least one first switch and the at least one second switch are open and when the at least one third switch is closed. Preferably, each first switch and the second closest thereto Switch arranged diagonally with respect to the third switch closest to the first switch. In particular, a series circuit is obtained when one of the switches from the first switch, second switch and third switch is closed, and a parallel circuit is obtained when two switches are closed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss auf, wobei der positive Anschluss auf einer der ersten Fahrzeugbatterie zugewandten Seite des ersten Schalters an den positiven Pol der ersten Fahrzeugbatterie angeschlossen ist. Zusätzlich kann der negative Anschluss auf einer der von der ersten Fahrzeugbatterie entferntesten zweiten Fahrzeugbatterie zugewandten Seite des von der ersten Fahrzeugbatterie entferntesten zweiten Schalters an den negativen Pol der von der ersten Fahrzeugbatterie entferntesten zweiten Fahrzeugbatterie angeschlossen sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sowohl für den normalen Fahrzeugbetrieb als auch für das Aufladen der Fahrzeugbatterieanordnung stets die richtige Beschaltungsweise der Fahrzeugbatterien bewerkstelligt ist.According to a further embodiment, the circuit arrangement has a positive connection and a negative connection, the positive connection on a side of the first switch facing the first vehicle battery being connected to the positive pole of the first vehicle battery. In addition, the negative terminal on a side of the second switch furthest from the first vehicle battery facing the second vehicle battery furthest from the first vehicle battery can be connected to the negative pole of the second vehicle battery furthest from the first vehicle battery. This ensures that the vehicle batteries are always connected correctly, both for normal vehicle operation and for charging the vehicle battery arrangement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest einer Fahrzeugbatterie ein Widerstand oder eine Induktivität zugeordnet, der mit der zumindest einen Fahrzeugbatterie verschaltet ist. Auf diese Weise kann ein Ausgleichsstrom, der auf Spannungsunterschiede zwischen den Fahrzeugbatterien zurückzuführen ist und zu einer Beeinträchtigung der Fahrzeugbatterien führen kann, wirksam begrenzt werden.According to a further specific embodiment, at least one vehicle battery is assigned a resistor or an inductor, which is connected to the at least one vehicle battery. In this way, a compensating current that is due to voltage differences between the vehicle batteries and can lead to impairment of the vehicle batteries can be effectively limited.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuerverfahren, eine Steuereinrichtung und ein Fahrzeug. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Halbbrücke beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße Steuerverfahren, die erfindungsgemäße Steuereinrichtung und das erfindungsgemäße Fahrzeug.The invention also relates to a control method, a control device and a vehicle. This results in the advantages already described in connection with the half-bridge according to the invention, also for the control method according to the invention, the control device according to the invention and the vehicle according to the invention.

Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung in der zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs integriert sein. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung oder das zugrundliegende Steuerverfahren aufgrund dieser zugeführter Daten hinsichtlich Betriebsmodi der Fahrzeugbatterieanordnung Steuersignale erzeugen, die dazu dienen, die in der Schaltungsanordnung verbauten Schalter gemäß der ersten oder zweiten Schaltweise zu schalten, um die Fahrzeugbatterien in Reihe oder parallel zueinander zu verschalten.The control device can preferably be integrated in the central control unit of the vehicle. For example, the control device or the underlying control method can generate control signals on the basis of this supplied data regarding operating modes of the vehicle battery arrangement, which serve to switch the switches installed in the circuit arrangement according to the first or second switching mode in order to connect the vehicle batteries in series or in parallel with one another.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.

Es zeigen:

1 ein schematisches Schaltdiagramm einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform, wobei beide Fahrzeugbatterien parallelgeschaltet sind;
2 ein schematisches Schaltdiagramm einer Schaltungsanordnung aus 1, wobei beide Fahrzeugbatterien reihengeschaltet sind;
3 ein schematisches Schaltdiagramm einer Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei zusätzliche Fahrzeugbatterien in der Schaltungsanordnung verschaltet sind;
4 ein schematisches Schaltdiagramm einer Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei jeweils ein Widerstand zur Begrenzung eines Ausgleichsstroms mit den Fahrzeugbatterien verschaltet ist.

Show it:

1 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement according to an embodiment, wherein both vehicle batteries are connected in parallel;
2 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement 1 , where both vehicle batteries are connected in series;
3 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement according to a further embodiment, wherein additional vehicle batteries are connected in the circuit arrangement;
4 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement according to a further embodiment, wherein in each case a resistor for limiting a compensating current is connected to the vehicle batteries.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.Identical objects, functional units and comparable components are denoted by the same reference symbols across the figures. These objects, functional units and comparable components are designed to be identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or implicitly states otherwise.

1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung 10 zum schnellen Aufladen einer Fahrzeugbatterieanordnung. Die Fahrzeugbatterieanordnung umfasst in dieser Ausführungsform eine erste Fahrzeugbatterie 12 und eine zweite Fahrzeugbatterie 14, die mittels mehrerer Stromleitungen 26, 28, 30 und mehrerer Schalter 16, 18, 20 miteinander verschaltet sind. Hierzu sind in dieser Ausführungsform ein erster Schalter 16, ein zweiter Schalter 18 und ein dritter Schalter 20 vorgesehen, die vorzugsweise als halbleiterbasierte elektronische Schalter (etwa Transistoren wie MOSFETs, IGBTs, HEMTs) ausgebildet sind. Die erste Fahrzeugbatterie 12 und die zweite Fahrzeugbatterie 14 sind gleichpolig verschaltet. Dies bedeutet, dass ihre positiven Pole 122, 142 über eine erste Leitung 26 und ihre negativen Pole 124, 144 über eine zweite Leitung 28 miteinander elektrisch verbunden sind. Der erste Schalter 16 ist in der ersten Leitung 26 angeordnet. Der zweite Schalter 18 ist in der zweiten Leitung 28 angeordnet. Zusätzlich verbindet eine dritte Leitung 30 die erste Leitung 26 mit der zweiten Leitung 28. Der dritte Schalter 20 ist in der dritten Leitung 30 angeordnet. 1 shows a schematic circuit diagram of a circuit arrangement 10 for fast charging of a vehicle battery arrangement. In this embodiment, the vehicle battery arrangement comprises a first vehicle battery 12 and a second vehicle battery 14, which are connected to one another by means of a plurality of power lines 26, 28, 30 and a plurality of switches 16, 18, 20. For this purpose, a first switch 16, a second switch 18 and a third switch 20 are provided in this embodiment, which are preferably designed as semiconductor-based electronic switches (such as transistors such as MOSFETs, IGBTs, HEMTs). The first vehicle battery 12 and the second vehicle battery 14 are connected with the same polarity. This means that their positive poles 122, 142 are electrically connected to one another via a first line 26 and their negative poles 124, 144 are electrically connected to one another via a second line 28. The first switch 16 is arranged in the first line 26 . The second switch 18 is arranged in the second line 28 . In addition, a third line 30 connects the first line 26 to the second line 28. The third switch 20 is arranged in the third line 30. FIG.

Die mehreren Schalter 16, 18, 20 sind derart verschaltet und schaltbar, dass die Fahrzeugbatterien 12, 14 sowohl mittels einer ersten Schaltweise der Schalter 16, 18, 20 in einer Reihenschaltung als auch mittels einer zweiten Schaltweise der Schalter 16, 18, 20 in einer Parallelschaltung miteinander betreibbar sind. Vorzugsweise ist der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 18 diagonal bezüglich des dritten Schalters 20 angeordnet. Somit ist der erster Schalter 16 zwischen dem positiven Pol 122 der ersten Fahrzeugbatterie 12 einerseits und einem ersten Verbindungspunkt (bzw. Knotenpunkt) zwischen der ersten Leitung 26 und der dritten Leitung 30 andererseits angeordnet. Außerdem ist der zweite Schalter zwischen der zweiten Fahrzeugbatterie 14 einerseits und einem zweiten Verbindungspunkt zwischen der zweiten Leitung 28 und der dritten Leitung 30 andererseits angeordnet.The plurality of switches 16, 18, 20 are connected and switchable in such a way that the vehicle batteries 12, 14 can be connected in series both by means of a first switching mode of the switches 16, 18, 20 and by means of a second switching mode of the switches 16, 18, 20 can be operated in parallel with one another. The first switch 16 and the second switch 18 are preferably arranged diagonally with respect to the third switch 20 . Thus, the first switch 16 is arranged between the positive pole 122 of the first vehicle battery 12 on the one hand and a first connection point (or node) between the first line 26 and the third line 30 on the other hand. In addition, the second switch is arranged between the second vehicle battery 14 on the one hand and a second connection point between the second line 28 and the third line 30 on the other hand.

Die Schaltungsanordnung 10 weist ferner einen positiven Anschluss 22 und einen negativen Anschluss 24 auf. Der positive Anschluss 22 ist auf einer der ersten Fahrzeugbatterie 12 zugewandten Seite des ersten Schalters 16 an den positiven Pol 122 der ersten Fahrzeugbatterie 12 angeschlossen. Der negative Anschluss 24 ist auf einer der zweiten Fahrzeugbatterie 14 zugewandten Seite des zweiten Schalters 18 an den negativen Pol 144 der zweiten Fahrzeugbatterie 14 angeschlossen.The circuit arrangement 10 also has a positive connection 22 and a negative connection 24 . The positive terminal 22 is connected to the positive pole 122 of the first vehicle battery 12 on a side of the first switch 16 that faces the first vehicle battery 12 . The negative terminal 24 is connected to the negative pole 144 of the second vehicle battery 14 on a side of the second switch 18 that faces the second vehicle battery 14 .

In 1 ist die Schaltungsanordnung in der ersten Schaltweise der Schalter 16, 18, 20 gezeigt. Der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 18 sind geschlossen, während der dritte Schalter 20 geöffnet ist. Somit sind die erste Fahrzeugbatterie 12 und die zweite Fahrzeugbatterie 14 zueinander parallelgeschaltet. Die erste Schaltweise kann vorzugsweise im Normalbetrieb des Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs verwendet werden. Hierbei erzeugen die beiden Fahrzeugbatterien 12, 14 vorzugsweise die gleiche Batteriespannung, beispielsweise 400V, sodass die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 22, 24 diese Batteriespannung (z.B. 400V) beträgt, wobei die Kapazität der gesamten Fahrzeugbatterieanordnung gegenüber einer einzelnen Fahrzeugbatterie erhöht ist.In 1 the circuit arrangement is shown in the first switching mode of the switches 16, 18, 20. The first switch 16 and the second switch 18 are closed while the third switch 20 is open. Thus, the first vehicle battery 12 and the second vehicle battery 14 are connected in parallel to one another. The first switching mode can preferably be used in normal operation of the electric vehicle or hybrid vehicle. The two vehicle batteries 12, 14 preferably generate the same battery voltage, for example 400V, so that the output voltage at the terminals 22, 24 is this battery voltage (e.g. 400V), the capacity of the entire vehicle battery arrangement being increased compared to a single vehicle battery.

In 2 ist die Schaltungsanordnung in der zweiten Schaltweise der Schalter 16, 18, 20 gezeigt. Der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 18 sind geöffnet, während der dritte Schalter 20 geschlossen ist. Somit ist die erste Fahrzeugbatterie 12 über die erste Leitung 26, die dritte Leitung 30 und die zweite Leitung 28 mit der zweiten Fahrzeugbatterie 14 reihengeschaltet. Die zweite Schaltweise kann vorzugsweise zum Aufladen der Fahrzeugbatterieanordnung verwendet werden. Hierbei ergibt sich eine Gesamtbatteriespannung aus den beiden einzelnen Batteriespannungen der beiden Fahrzeugbatterien 12, 14 (z.B. 400V). Auf diese Weise ist die Ladespannung erhöht. Bei gleichbleibendem Ladestrom erhöht sich somit die Ladeleistung entsprechend, sodass der Ladevorgang vergleichsweise kürzer ist.In 2 the circuit arrangement is shown in the second switching mode of the switches 16, 18, 20. The first switch 16 and the second switch 18 are open while the third switch 20 is closed. The first vehicle battery 12 is thus connected in series with the second vehicle battery 14 via the first line 26 , the third line 30 and the second line 28 . The second switching mode can preferably be used for charging the vehicle battery arrangement. This results in a total battery voltage from the two individual battery voltages of the two vehicle batteries 12, 14 (eg 400V). In this way, the charging voltage is increased. With the charging current remaining the same, the charging power increases accordingly, so that the charging process is comparatively shorter.

3 zeigt eine Schaltungsanordnung 10' gemäß einer weiteren Ausführung. Hier ist nicht nur eine zweite Fahrzeugbatterie 14, sondern mehrere zweite Fahrzeugbatterien 14 mit der ersten Fahrzeugbatterie 12 über die erste und zweite Leitung 26, 28 verschaltet. Um eine Reihenschaltung und eine Parallelschaltung der Fahrzeugbatterien 12, 14 auch hier zu ermöglichen, werden zusätzliche erste Schalter 16, zweite Schalter 18 und dritte Schalter 20 verwendet. Für jede weitere zweite Fahrzeugbatterie 14 wird ein weiterer erster Schalter 16, ein weiterer zweiter Schalter 18 und ein weiterer dritter Schalter 20 entsprechend der Verschaltungsweise der in 1-2 gezeigten „Basiszelle“ hinzugeschaltet. Auf diese Weise sind die Fahrzeugbatterien 12, 14 reihengeschaltet, wenn alle ersten Schalter 16 und alle zweiten Schalter 18 geöffnet und alle dritten Schalter 20 geschlossen sind. Umgekehrt sind die Fahrzeugbatterien 12, 14 parallelgeschaltet, wenn alle ersten Schalter 16 und alle zweiten Schalter 18 geschlossen und alle dritten Schalter 20 geöffnet sind. Außerdem verschiebt sich der Verbindungspunkt zwischen dem negativen Anschluss 24 und der zweiten Leitung 28 in der gezeigten Darstellung nach rechts zum negativen Pol 144 der von der ersten Fahrzeugbatterie 12 entferntesten zweiten Fahrzeugbatterie 14 (hier gezeigt als gestrichelte Linie). 3 shows a circuit arrangement 10' according to a further embodiment. Here, not only a second vehicle battery 14 but several second vehicle batteries 14 are connected to the first vehicle battery 12 via the first and second line 26 , 28 . In order to enable a series connection and a parallel connection of the vehicle batteries 12, 14 here too, additional first switches 16, second switches 18 and third switches 20 are used. For each additional second vehicle battery 14, an additional first switch 16, an additional second switch 18 and an additional third switch 20 are provided in accordance with the wiring of the in 1-2 shown "basic cell" added. In this way, the vehicle batteries 12, 14 are connected in series when all of the first switches 16 and all of the second switches 18 are open and all of the third switches 20 are closed. Conversely, the vehicle batteries 12, 14 are connected in parallel when all first switches 16 and all second switches 18 are closed and all third switches 20 are open. In addition, the connection point between the negative terminal 24 and the second line 28 shifts to the right in the illustration shown to the negative pole 144 of the second vehicle battery 14 that is furthest away from the first vehicle battery 12 (shown here as a dashed line).

4 zeigt eine Schaltungsanordnung 10" gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hier ist zur ersten und zweiten Fahrzeugbatterie 12, 14 jeweils ein Widerstand 32, 34 verschaltet, wobei ein innerer Schalter 33, 35 zwischen dem Widerstand 32, 34 und der jeweiligen Fahrzeugbatterie 12, 14 angeordnet ist. Mit Hilfe der Widerstände 32, 34 wird ein Ausgleichsstrom, der aufgrund der oft unterschiedlichen Batteriespannungen der ersten und zweiten Fahrzeugbatterie 12, 14 zustande kommt, wirksam begrenzt. Auf diese Weise werden die Fahrzeugbatterien 12, 14 hinsichtlich ihrer ausgegebenen Spannungen symmetriert. Die Widerstände 32, 34 sind daher als Symmetrierungswiderstände zu verstehen. 4 shows a circuit arrangement 10" according to a further embodiment. Here, a resistor 32, 34 is connected to the first and second vehicle battery 12, 14, with an internal switch 33, 35 being arranged between the resistor 32, 34 and the respective vehicle battery 12, 14 . With the help of the resistors 32, 34, a compensating current that occurs due to the often different battery voltages of the first and second vehicle batteries 12, 14 is effectively limited. In this way, the vehicle batteries 12, 14 are balanced with regard to their output voltages. The resistors 32 , 34 are therefore to be understood as balancing resistors.

BezugszeichenlisteReference List

10, 10', 10"10, 10', 10": Schaltungsanordnungcircuit arrangement
1212: erste Fahrzeugbatteriefirst vehicle battery
122122: positiver Polpositive pole
124124: negativer Polnegative pole
1414: zweite Fahrzeugbatteriesecond vehicle battery
142142: positiver Polpositive pole
144144: negativer Polnegative pole
1616: erster Schalterfirst switch
1818: zweiter Schaltersecond switch
2020: dritter Schalterthird switch
2222: positiver Anschlusspositive connection
2424: negativer Anschlussnegative connection
2626: erste Leitungfirst line
2828: zweite Leitungsecond line
3030: dritte Leitungthird line
32,3432.34: WiderstandResistance
33, 3533, 35: innerer Schalterinner switch

Claims

Circuit arrangement (10) for rapid charging of a vehicle battery arrangement, the vehicle battery arrangement comprising a first vehicle battery (12) and at least one second vehicle battery (14) connected in the same pole to the first vehicle battery (12), the circuit arrangement (10) having a plurality of switches (16, 18 , 20) which are interconnected and switchable in such a way that the first vehicle battery (12) and the at least one second vehicle battery (14) can be connected in series both by means of a first switching mode of the switches (16, 18, 20) and by means of a second How the switches (16, 18, 20) can be operated in parallel with one another.

Circuit arrangement (10) after claim 1 , wherein the first vehicle battery (12) and the at least one second vehicle battery (14) each have a positive pole (122, 142) and a negative pole (124, 144), the circuit arrangement (10) having at least one first switch (16) which electrically connects the positive poles (122, 142) of the vehicle batteries (12, 14) to one another, the circuit arrangement (10) comprising at least one second switch (18) which switches the negative poles (124, 144) of the vehicle batteries (12 , 14) electrically connects to each other.

Circuit arrangement (10) after claim 2 , wherein the circuit arrangement (10) comprises at least one third switch (20), which has a first line (26) running through the positive poles (122, 142) of the vehicle batteries (12, 14) and a first line (26) running through the negative poles (124, 144) of the Vehicle batteries (12, 14) continuous second line (28) electrically connects to each other.

Circuit arrangement (10) after claim 3 , wherein the vehicle batteries (12, 14) are connected in parallel with one another when the at least one first switch (16) and the at least one second switch (18) are closed and when the at least one third switch (20) are open.

Circuit arrangement (10) after claim 3 or 4 , wherein the vehicle batteries (12, 14) are connected in series with one another when the at least one first switch (16) and the at least one second switch (18) are open and when the at least one third switch (20) is closed.

Circuit arrangement (10) according to one of claims 2 until 5 , wherein the circuit arrangement (10) has a positive connection (22) and a negative connection (24), the positive connection (22) on a side of the first switch (16) facing the first vehicle battery (12) being connected to the positive pole ( 122) of the first vehicle battery (12) is connected.

Circuit arrangement (10) after claim 6 , wherein the negative terminal (24) on a side of the second switch (18) furthest from the first vehicle battery (12) facing the second vehicle battery (14) furthest from the first vehicle battery (12) is connected to the negative pole (144) of the first vehicle battery (12) most distant second vehicle battery (14) is connected.

Circuit arrangement (10) according to one of Claims 1 until 7 , wherein at least one vehicle battery (12, 14) is assigned a resistor (32, 34) which is connected to the at least one vehicle battery (12, 14).

Control method for driving a plurality of switches (16, 18, 20) of a circuit arrangement (10) according to one of Claims 1 until 8th in order to connect the first vehicle battery (12) and the at least one second vehicle battery (14) of the circuit arrangement (10) both by means of a first switching mode of the switches (16, 18, 20) in a series connection and by means of a second switching mode of the switches (16, 18, 20) to be operated in parallel with one another.

Control device comprising a processor according to the control method claim 9 to execute.

Vehicle, in particular electric vehicle or hybrid vehicle, with a circuit arrangement (10) according to one of Claims 1 until 8th and/or a control device claim 10 .