DE10317986A1

DE10317986A1 - Kraftfahrzeugbatterie und Verfahren zum Laden oder Entladen einer Kraftfahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE10317986A1
Application number: DE10317986A
Authority: DE
Inventors: Andreas von Schloß
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-20
Also published as: DE10317986B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie (1), die zumindest drei Zellen (11-17) aufweist und zumindest drei Pole (111-171), zum wahlweise Verbinden einiger oder aller der mindestens drei Zellen (11-17) für die Abgabe oder Aufnahme einer Spannung, aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden oder Entladen einer Kraftfahrzeugbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Zellen der Batterie (1), die geringer als die Gesamtanzahl von Zellen (11-17) der Batterie ist, verbunden wird und diese Kombination der Zellen mit einer Ladespannung beaufschlagt wird oder von dieser Kombination die Ausgangsspannung abgegriffen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie und ein Verfahren zum Laden oder Entladen einer Kraftfahrzeugbatterie.

Die Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen erfolgt in der Regel mittels einer Batterie, die von einem Generator aufgeladen wird. Die für das Bordnetz des Fahrzeugs notwendige Spannung ergibt sich aus den an dieses Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern. Die Starterbatterie für Personenkraftwagen besitzt derzeit in der Regel eine Nennspannung von 12V oder 36V, eine Lastkraftwagen-Batterie eine Nennspannung von 24V. Als Batterien werden in Kraftfahrzeugen vorwiegend Blei-Akkumulatoren eingesetzt. Diese bestehen aus in Reihe geschalteten Zellen, wobei jede Zelle nominell eine Spannung von 2V liefert. In PKW-Batterien sind daher sechs bzw. 18 Zellen in einem Gehäuse vorgesehen, in LKW-Batterien zwölf Zellen.

Die einzelnen Zellen werden in einem durch Trennwände unterteilten Gehäuse gebildet. Jede Zelle besteht dabei aus einem positiven und einem negativen Plattensatz. Die Zellen sind untereinander mittels Zellenverbindern verbunden, die durch die Zellentrennwände abgedichtet hindurchgeführt sind. Aus dem Gehäuse der Batterie ragen an den beiden Enden Pole heraus, d. h. der Minus- und der Pluspol, mittels derer die Batterie angeschlossen werden kann.

Der Nachteil bei diesen herkömmlichen Batterien besteht darin, dass die Anzahl der Zellen und damit deren Entlade- bzw. Ladespannung festgelegt ist. Das Bordnetz und die Verbraucher, die über die Batterie gespeist werden sollen, müssen somit auf die feste Ausgangsspannung der Batterie abgestimmt sein. Sinkt die Ausgangsspannung der Batterie, d.h. die Spannung, die von der Batterie abgreifbar ist, so werden in der Regel einzelne Verbraucher abgeschaltet, vorzugsweise Verbraucher, die lediglich für den Komfort der Fahrzeuginsassen zuständig sind, was aber zu einer Komfortreduktion führt. Weiterhin ist von Nachteil, dass auch für das Laden der Batterie stets eine bestimmte Mindestladespannung eingehalten werden muss, um die Batterie vollständig laden zu können.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht daher darin, eine Batterie zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist und somit flexibel einsetzbar ist. Die Batterie soll insbesondere das Laden auch bei geringerer zur Verfügung stehender Ladespannung ermöglichen und an Anforderungen an die Abgabe von Spannungen angepasst werden können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe durch eine modulare Batterie gelöst werden kann, bei der an unterschiedlichen Kombinationen von Zelten eine Spannung abgegriffen oder angelegt werden kann.

Die Aufgabe wird daher gelöst durch eine Kraftfahrzeugbatterie, die zumindest drei Zellen aufweist und zumindest drei Pole zum wahlweise Verbinden einiger oder aller der mindestens drei Zellen für die Abgabe oder Aufnahme einer Spannung.

Unter Verbindung wird im Sinne dieser Erfindung die Kontaktierung von in Reihe geschalteten Zellen verstanden, wodurch eine Spannung auf die in Reihe geschalteten Zellen aufgebracht bzw. von diesen abgegriffen werden kann. Die Verbindung kann auch unter Umgehung von Zellen beispielsweise durch das Anschließen eines Verbrauchers oder eines Ladegeräts erfolgen. Sind lediglich einige und nicht alle der in der Batterie vorgesehenen Zellen im Sinne dieser Erfindung miteinander verbunden, so werden die verbleibenden Zellen beim Laden der Batterie nicht mit Spannung beaufschlagt bzw. beim Entladen der Batterie von diesen keine Spannung abgegriffen.

In einer Ausführungsform weist die Batterie drei Pole vor, wobei ein Pol als Minuspol und ein Pol als Pluspol wirkt. Der zwischen diesen beiden Polen angeordnete Pol wirkt entweder als Plus- oder als Minuspol. Zwischen dem Minuspol und dem Plus- bzw. Minuspol einerseits und zwischen dem Plus- bzw. Minuspol einerseits und dem Pluspol andererseits liegt eine Spannung an, die kleiner als den Nennspannung der Batterie ist. Hierdurch können von einer einzigen Batterie somit unterschiedliche Spannungen abgegriffen wer den, bzw. die über eine Ladespannung zu ladende Anzahl von Zellen je nach Ladespannung variiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist jede Zelle zumindest einen Pol auf. Durch diese Ausgestaltung kann die Verwendung der Batterie noch flexibler gestaltet werden. Wirkt die erste Zelle beispielsweise als Minuspol und die übrigen Zellen jeweils als Pluspol, so werden Untersysteme in der Batterie in einer Anzahl, die um eins geringer ist, als die Anzahl der vorgesehenen Zellen, gebildet. Von diesen Untersystemen kann jeweils eine andere Spannung abgegriffen werden und auf diese Untersysteme kann jeweils eine andere Ladespannung aufgebracht werden.

Durch die Schaffung von Polen, die im Folgenden auch als Anschlüsse bezeichnet werden, in einer Anzahl von mindestens drei und vorzugsweise für jede Zelle der Batterie, wird es möglich, unterschiedliche Kombinationen von Zellen einzustellen. Hierbei können die Anschlüsse der ersten und der letzten Zelle einer solchen Kombination als Endpole dienen, über die die Batterie mit Verbrauchern oder einem Ladegerät verbunden werden können. Die Anschlüsse der dazwischen liegenden Zellen sind in diesem Fall nicht kontaktiert. Es kann somit mit einer einzigen erfindungsgemäßen modularen Batterie eine Spannungsquelle für unterschiedliche Nennspannungen geschaffen werden. Beispielsweise können mit einer 36-Volt-Batterie daher ohne Spannungswandler auch 12-Volt-Verbraucher gespeist werden. Weiterhin können unterschiedliche, insbesondere unterhalb der für das Laden der gesamten Batterie erforderlichen Ladespannung liegende Ladespannungen verwendet werden, um die Batterie durch geeignete Wahl der Kombination von Zellen, insbesondere der geeigneten Anzahl von Zellen, geladen werden. Zur Ladung der beim ersten Ladevorgang nicht angeschlossenen Zellen kann in einem zweiten Ladevorgang eine Kombination von Zellen vorgesehen werden, die nunmehr diese Zellen umfasst. Tiefentladungen, die beispielsweise bei Zellen mit einer Nennspannung von 2V bei einer Spannung von weniger als 1,75V auftreten können und die zu einer Beschädigung der Zelle führen können, können somit bei der erfindungsgemäßen Batterie vermieden werden.

In einer Ausführungsform weist die Batterie mindestens eine über die zur Erzeugung der geforderten Ausgangsspannung notwendige Anzahl von Zellen hinausgehende Zelle auf. Als geforderte Ausgangsspannung wird beispiels weise die für den Betrieb von angeschlossenen Verbrauchern notwendige Spannung bzw. die geforderte Bordnetzspannung für das Kraftfahrzeug bezeichnet. Die mindestens eine zusätzliche Zelle kann als Reservezelle dienen, falls eine der anderen Zellen ausfällt. Wenn jede Zelle mit zumindest einem Anschluss versehen ist, kann durch Verbinden der noch funktionsfähigen Zellen unter Umgehung der ausgefallenen bzw, toten Zelle eine Bereitstellung der Nennspannung sichergestellt werden. Besonders bevorzugt kann vorgesehen werden, diese Reservezelle(n) in einem separaten Gehäuse vorzusehen, so dass sie mit herkömmlichen Batterien kombiniert werden kann/können. Insbesondere können hierzu an der Reservezelle Befestigungsmittel vorgesehen werden, die eine einfache Befestigung an einer herkömmlichen Batterie ermöglichen, so dass eine Nachrüstung herkömmlicher Batterien problemlos erfolgen kann. Durch längenvariable Anschlüsse, insbesondere Verbindungskabel, kann sichergestellt werden, dass eine Verbindung mit der Vorrichtung zum Lade- und Entlademanagement in möglichst einfacher Weise erfolgen kann. Die Vorrichtung zum Lade- und Entlademanagement kann dazu über mindest zwei separate, leicht zugängliche Anschlüsse zum Anschließen der Reservezelle(n) verfügen.

Vorzugsweise weist die Batterie eine Vorrichtung für ein Lade- oder Entlade-Management auf und diese Vorrichtung steht vorzugsweise mit allen Anschlüssen der Batterie, d.h. allen Anschlüssen der einzelnen Zellen, in Kontakt. Als Entladen der Batterie wird der Zustand der Batterie bezeichnet, zu dem zumindest von einigen der Zellen der Batterie durch einen oder mehrere Verbraucher eine Spannung von der Batterie abgegriffen wird. Durch eine Managementvorrichtung können die für die beabsichtigte Verwendung der Batterie geeigneten Anschlüsse angeschlossen werden und die Kombination der Zellen variiert werden, ohne dass eine manuelle Trennung und ein erneutes manuelles Anschließen notwendig ist. Die Managementvorrichtung kann insbesondere so ausgelegt sein, dass über diese zum einen Zustände für ein Entladen mit der geforderten Ausgangsspannung und zum anderen Zustände für ein Laden der Batterie mit der zur Verfügung stehenden Ladespannung eingestellt werden können. Es kann auch vorgesehen werden, dass die Managementvorrichtung unterschiedliche Ausgangsspannungen bereitstellen kann.

Die Vorrichtung für das Lade- oder Entlademanagement weist vorzugsweise einen Plus- und einen Minus-Pol auf, die eine Kontaktierung von außen er lauben. Durch diese Ausgestaltung können nach einmaligem Anschließen an den beiden von außen zugänglichen Polen die gewünschten Zustände bereitgestellt werden.

Die Vorrichtung für das Lade- oder Entlademanagement kann eine Schaltung aufweisen, über die das Verbinden der mindestens drei Zellen in unterschiedlichen Kombinationen ausgeführt werden kann. Diese Schaltung kann elektronischer Natur sein oder über mechanische Schalter realisiert sein.

In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung für das Lade- oder Entlademanagement mit einem Steuergerät zum Ermitteln des Zustands von Verbrauchern und/oder Ladegeräten verbunden. Dieses Steuergerät kann in der Vorrichtung selbst vorgesehen sein oder ein separates Bauteil darstellen. Durch die Ermittlung des Zustands von Verbrauchern und/oder Ladegeräten kann die für diesen Zustand geeignete Kombination von Zellen ermittelt und diese über die Managementvorrichtung verbunden werden.

Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbatterie wird vorzugsweise als Bleiakkumulator ausgebildet. Es ist aber auch möglich, andere für den Einsatz in einem Fahrzeug geeignete elektrochemische Spannungsquellen, die einen zellularen Aufbau aufweisen, zu verwenden. Die Kraftfahrzeugbatterien können beispielsweise Nennspannungen von 12, 24 oder 36V aufweisen. Als Nennspannung der Batterie wird die zwischen dem ersten und dem letzten Pol anliegende nominelle Spannung, d.h. die durch Verbindung aller in der Batterie enthaltenen Zellen erzielbare nominelle Spannung bezeichnet. Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbatterie kann beispielsweise die Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs darstellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden oder Entladen einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei eine Anzahl von Zellen der Batterie, die geringer als die Gesamtanzahl von Zellen der Batterie ist, verbunden wird und diese Kombination der Zellen mit einer Ladespannung beaufschlagt wird oder von dieser Kombination der Ausgangsstrom abgegriffen wird. Die Kombination der Zellen wird vorzugsweise durch Anschließen von Anschlüssen an der ersten und der letzen Zelle dieser Kombination erzeugt. Die Zellen sind in Reihe geschaltet, so dass die zwischen der ersten und letzten Zelle liegenden Zellen zusammen mit der ersten und der letzten Zelle für die Abgabe oder die Aufnahme von abgegriffener oder aufgebrachter Spannung dienen. Somit kann durch geeignete Wahl der Anzahl der Zellen eine bestimmte Ausgangsspannung eingestellt bzw. eine erforderliche Ladespannung berücksichtigt werden.

Zum Laden der Batterie kann erfindungsgemäß in einem ersten Schritt eine erste Kombination von Zellen verbunden und mit der Ladespannung beaufschlagt werden und anschließend eine weitere Kombination von Zellen, die sich zumindest durch eine Zelle von der ersten Kombination unterscheidet, verbunden und mit der Ladespannung beaufschlagt werden. Durch diese Vorgehensweise kann eine Batterie, die eine Anzahl von Zellen aufweist, die mittels einer zur Verfügung stehenden Ladespannung nicht ausreichend geladen werden könnte, vollständig geladen werden.

Zum Laden der Batterie wird die Anzahl der mit der Ladespannung zu beaufschlagenden Zellen vorzugsweise in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Ladespannung festgelegt. Somit kann beispielsweise eine Batterie für ein Bordnetz von 36V (mit 18Zellen à 2V) mit einem 12V Generator geladen werden, indem 6 Zellen in einem ersten Schritt verbunden, an den Generator angeschlossen und somit geladen werden, und in anschließenden weiteren Schritten jeweils weitere 6 Zellen diesen Prozess durchlaufen. Dieser Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis die Batterie vollständig geladen ist. Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Batterie mit einem Ladegerät zu laden, dessen Spannung unterhalb der Nennspannung der Batterie liegt. Als Ladegerät kann beispielsweise der Generator des Kraftfahrzeugs verwendet werden.

Zum Entladen der Batterie, d.h. für die Versorgung von mit der Batterie verbundenen Verbrauchern, kann die Kombination der für das Abgreifen der Ausgangsspannung zu verbindenden Zellen in Abhängigkeit von der von dem mit der Batterie verbundenen Verbraucher benötigten Spannung festgelegt werden. Durch dieses Verfahren kann beispielsweise bei einem Verbraucher, dessen Spannungsbedarf unterhalb der Nennspannung der gesamten Batterie liegt, lediglich ein Teil der Zellen miteinander verbunden werden und so nur die benötigte Spannung erzeugt werden. So kann beispielsweise von einer Batterie mit einer Nennspannung von 36V eine Spannung von 12V abgegriffen werden, indem lediglich sechs der Zellen in den Stromkreis einbezogen werden, d.h. verbunden werden. Die weiteren Zellen können insbesondere gleichzeitig für andere Verwendungen genutzt werden.

Zum Entladen der Batterie kann zusätzlich oder alternativ die Kombination der für das Abgreifen der Ausgangsspannung zu verbindenden Zellen in Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit der einzelnen Zellen festgelegt werden. Wird der Ausfall einer Zelle in der Batterie erkannt, so kann erfindungsgemäß unter Umgehung der ausgefallenen Zelle eine Verbindung mit weiteren in der Batterie befindlichen Zellen realisiert werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise eine erfindungsgemäße Batterie verwendet, die zumindest drei Zellen aufweist und zumindest drei Pole zum wahlweise Verbinden einiger oder aller der mindestens drei Zellen für die Abgabe oder Aufnahme einer Spannung.

Die Vorteile und Merkmale, die bezüglich der Kraftfahrzeugbatterie beschrieben wurden, gelten, soweit anwendbar, entsprechend für die Verfahren zum Laden und Entladen und umgekehrt. Auch Vorteile und Merkmale, die bezüglich des Verfahrens zum Laden beschrieben werden, gelten entsprechend und soweit anwendbar auch für das Verfahren zum Entladen der Batterie.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die mögliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie darstellen, genauer beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie in verschiedenen Zuständen eines Ladevorgangs;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie in verschiedenen Zuständen des Entladevorgangs; und
3 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie mit einer Vorrichtung für das Lade- und Entlademanagement.
Die in den Figuren der Deutlichkeit halber angedeuteten Zellentrennwände müssen nicht von außen sichtbar sein.
In 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie 1 dargestellt. Diese weist sechs Zellen 11–16 auf, wobei jede Zelle 11–16 eine nominelle Spannung von 2V besitzt. Die Zellen 11–16 sind in Reihe geschaltet. Die Nennspannung der Batterie 1 beträgt somit 12V. Soll diese Batterie 1 geladen werden, so wäre bei einer herkömmlichen Batterie eine Ladespannung von mehr als 12V, insbesondere mindestens 14V, notwendig.
Wie in 1 gezeigt, weist die erfindungsgemäße Batterie 1 aber an jeder Zelle 11–16 Anschlüsse 111–161 auf, die ein Verbinden unterschiedlicher Kombinationen von Zellen 11–16 erlauben. Steht von dem Ladegerät beispielsweise nur eine Ladespannung von 8V zur Verfügung, so können beispielsweise zuerst die ersten vier Zellen 11–14 der Batterie 1, in der dargestellten Ausführungsform die linken vier Zellen 11–14, geladen werden. Hierzu wird der Anschluss 111 der ersten Zelle 11 und der Anschluss 141 der vierten Zelle 14 mit dem Ladegerät kontaktiert. Somit ist über die Anschlüsse 111 und 141, die als Plus- und Minuspol dienen, eine Spannung über die ersten vier Zellen 11–14 angelegt, und diese können geladen werden. An den weiteren Zellen 15–16 liegt zu diesem Zeitpunkt keine Spannung an.
Nachdem die Zellen 11–14 ausreichend geladen sind, können die letzten vier Zellen 13–16 an das Ladegerät angeschlossen werden. Hierbei dienen der Anschluss 131 der dritten Zelle 13 und der Anschluss 161 der sechsten Zelle 16 als Endpole. Zuvor werden die Anschlüsse der Zellen 11 und 14 von dem Ladegerät getrennt.
Eine solches Verfahren bietet sich beispielsweise an, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet. Hierbei wird vom Generator, der als Ladegerät dient, nur eine geringe Spannung zur Verfügung gestellt. Es könnte somit zu einer sogenannten Tiefentladung kommen, wenn über einen längeren Zeitraum vom Generator keine geeignete Ladespannung bereitgestellt wird, die groß genug wäre, um alle Zellen einer Batterie gleichzeitig zu laden, der Generator allein nicht ausreicht, um alle Verbraucher zu versorgen und die noch benötigte Leistung von der Batterie geliefert wird, Dieses Problem ist auch bekannt bei Automatikfahrzeugen mit Dieselmotor, bei denen bei niedrigen Drehzahlen der Generator so wenig Spannung bereitstellt, dass nicht alle Zellen einer Batterie gleichzeitig vernünftig geladen werden können. Eine Tiefentladung tritt bei Bleiakkumulatoren beispielsweise auf, wenn die Zellenspannung von 2V auf weniger als 1,75V sinkt. Eine solche Tiefentladung kann zu einer Beschädigung der Zelle und damit zur mangelnden Funktionsfähigkeit der Batterie führen. Mit der erfindungsgemäßen Batterie und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden der Batterie kann hingegen auch eine geringe Spannung zum vollständigen Laden der Batterie verwendet werden. Ein Ausschalten einzelner Verbraucher, das im Stand der Technik notwendig ist, um die zur Ladung zur Verfügung stehende Spannung zu erhöhen, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfallen, ohne eine Tiefentladung oder Komforteinbußen befürchten zu müssen.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie in unterschiedlichen Zuständen des Entladens dargestellt. Die dargestellte Batterie 1 weist eine Nennspannung von 36V auf. Die Batterie 1 ist hierzu durch 18 Zellen gebildet, von denen in 2 nur die ersten sechs und die letzten drei angedeutet sind. Diese können in einem Gehäuse oder aber in getrennten Gehäusen, beispielsweise à sechs Zellen, untergebracht sein. Soll durch diese Batterie 1 nun beispielsweise ein Bordnetz mit 12V versorgt werden, so können die Anschlüsse der ersten und der sechsten Zelle als Endpole dienen und mit dem Verbraucher verbunden werden. Dadurch wird die Spannungsversorgung für den Verbraucher durch die Zellen 11 bis 16 gebildet und von der Batterie 1 wird eine 12V-Spannung abgegeben. Bei diesem Verfahren kann eine aufwendige DC/DC-Wandlung, die bei herkömmlichen Batterien benötigt würde, um aus einer hohen Spannung eine niedrige Spannung zu erzeugen, verzichtet werden.
Gleichzeitig kann mit der gleichen Batterie eine Spannung von 36V zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall werden auch die Anschlüsse der ersten und der letzten Zelle als Endpole verwendet, mit denen der Verbraucher verbunden wird.
Schließlich ist in 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbatterie 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Diese weist sieben Zellen 11–17 auf. Jede der Zellen 11–17 besitzt einen Anschluss 111–171. Alle Anschlüsse 111–171 sind in der dargestellten Ausführungsform mit einer Vorrichtung 2 zum Lade- und Entlademanagement ver bunden. Die Vorrichtung 2 wiederum weist einen Plus- und einen Minuspol 21, 22 auf, die von außerhalb der Batterie 1 und der Vorrichtung 2 zugänglich sind. Wird an diese Vorrichtung 2 über die Pole 21, 22 ein Verbraucher (nicht dargestellt) angeschlossen, der beispielsweise 12V Spannung benötigt, so kann über die Vorrichtung 2 der Anschluss 111 der ersten Zelle 11 mit dem Pol 21 und der Anschluss 161 der sechsten Zelle 16 mit dem Pol 22 verbunden werden, wodurch eine Spannung von 12V ausgegeben werden kann, obwohl die Batterie 1 sieben Zellen 11–17 umfasst. Die Zelle 17 dient als Reservezelle. Ist beispielsweise eine der ersten sechs Zellen 11–16 defekt, so kann dies von der Vorrichtung 2 erkannt werden und unter Auslassung der defekten Zelle die restlichen sechs Zellen miteinander verbunden werden. Dadurch kann auch bei Ausfall einer der Zellen 11–16 eine vorgegebene Spannung abgegeben werden. Die Anzahl der Reservezellen ist aus Gewichtsgründen in der Regel niedrig. Vorzugsweise wird nur eine zusätzliche Zelle vorgesehen. Es ist aber auch möglich mehrere Reservezellen vorzusehen.
Durch die erfindungsgemäße Batterie mit mehreren Anschlüssen, die jeweils als Endpole dienen können und dadurch jeweils ein System von Zellen mit unterschiedlicher Anzahl von Zellen bilden können, können somit zum einen unterschiedliche Spannungen, beispielsweise Bordsystemspannungen, erzeugt werden. Weiterhin kann auch eine bereitstehende Ladespannung durch die bestimmte Wahl der Zellenzahl immer optimal für die Zelle eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigten und in vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Die Anzahl der Zellen, die durch Kontaktieren des Anschlusses der ersten und der letzten Zelle einer Kombination von Zellen verbunden wird und damit ein Untersystem in der Batterie bildet, kann eine gerade oder ungerade Anzahl sein.
Weiterhin ist die Ausgestaltung der Anschlüsse einer jeden Zelle nicht auf eine Ausgestaltung begrenzt. Solange die Anschlüsse aus dem Gehäuse herausragen und somit für eine Kontaktierung mit einem Verbraucher, einem Ladegerät oder einer Managementvorrichtung geeignet sind, können diese Anschlüsse gemäß der Erfindung darstellen.
Die Vorrichtung für das Lade- und Entlademanagement, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, kann auch für andere Batterien als der in 3 gezeigte verwendet werden. Das Vorsehen von Reservezellen ist für den Einsatz einer solchen Managementvorrichtung nicht notwendig. So kann die Managementvorrichtung auch an einer Batterie für die Bereitstellung einer 36V-Bordnetzspannung vorgesehen sein und je nach Bedarf des Kraftfahrzeugs wahlweise 36V oder 12V oder gleichzeitig 36 und 12 Spannungen bereitstellen. Auch für einen Ladevorgang einer 12V-Batterie kann selbstverständlich eine Managementvorrichtung verwendet werden.
Das Erkennen von Zuständen von Ladegeräten oder Verbrauchern, die vorzugsweise als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl von Zellen verwendet wird, kann innerhalb der Managementvorrichtung erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass diese Erkennung in einem anderen Steuergerät des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird und nur das Resultat als eine Anweisung an die Managementvorrichtung geliefert wird; beispielsweise über ein Bussystem und beispielsweise in Form von der Angabe der zur Verfügung stehenden Ladespannung.
Die zur Bildung von Untersystemen innerhalb der Batterie verwendeten Zellen sind vorzugsweise benachbarte Zellen. In dem Fall, dass eine Zelle umgangen werden soll, beispielsweise um eine defekte Zelle aus dem Schaltkreis auszuschließen, können beispielsweise in der Managementvorrichtung Schaltungselemente vorgesehen sein, die eine solche Umgehung ermöglichen.

Claims

Kraftfahrzeugbatterie (1), die zumindest drei Zellen (11–17) aufweist und zumindest drei Pole (111–171), zum wahlweise Verbinden einiger oder aller der mindestens drei Zellen (11–17) für die Abgabe oder Aufnahme einer Spannung.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle (11–17) zumindest einen Pol (111–171) aufweist.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) mindestens eine über die zur Erzeugung der geforderten Ausgangsspannung notwendige Anzahl von Zellen (11–16) hinausgehende Zelle (17) aufweist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Vorrichtung (2) für ein Lade- oder Entlade-Management umfasst und diese Vorrichtung (2) mit allen Polen (111–171) der Zellen (11–17) in Kontakt steht.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) für das Lade- oder Entlademanagement einen Plus- (21) und einen Minus-Pol (22) aufweist, die eine Kontaktierung von außen erlauben.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) für das Lade- oder Entlademanagement eine Schaltung aufweist, über die das Verbinden der mindestens drei Zellen in unterschiedlichen Kombinationen ausgeführt werden kann.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) für das Lade- oder Entlademanagement mit einem Steuergerät zum Ermitteln des Zustands von Verbrauchern und/oder Ladegeräten verbunden ist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugbatterie (1) durch Bleiakkumulatoren gebildet ist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugbatterie (1) eine Nennspannung von 12V, 24V oder 36V besitzt.
Verfahren zum Laden oder Entladen einer Kraftfahrzeugbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Zellen der Batterie (1), die geringer als die Gesamtanzahl von Zellen (11–17) der Batterie ist, verbunden wird und diese Kombination der Zellen mit einer Ladespannung beaufschlagt wird oder von dieser Kombination die Ausgangsspannung abgegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Laden der Batterie (1) in einem ersten Schritt eine erste Kombination von Zellen verbunden und mit der Ladespannung beaufschlagt wird und anschließend eine weitere Kombination von Zellen, die sich zumindest durch eine Zelle von der ersten Kombination unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Laden der Batterie (1) die Anzahl der mit der Ladespannung zu beaufschlagenden Zellen in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Ladespannung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass zum Entladen der Batterie (1) die Kombination der für das Abgreifen der Ausgangsspannung zu verbindenden Zellen in Abhängigkeit von der von dem mit der Batterie verbundenen Verbraucher benötigten Spannung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entladen der Batterie (1) die Kombination der für das Abgreifen der Ausgangsspannung zu verbindenden Zellen in Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit der einzelnen Zellen festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Verfahren eine Batterie (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reservezelle, insbesondere zur Ergänzung einer herkömmlichen Kraftfahrzeugbatterie, mit einer Vorrichtung für das Lade- und Entlademanagement verbunden wird.
Reservezelle für das Verfahren nach Anspruch 16.