DE202022106940U1

DE202022106940U1 - Energieversorgungssystem mit Umschaltung der Spannungsniveaus

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Publication number: DE202022106940U1
Application number: DE202022106940.9U
Authority: DE
Original assignee: Hofer Powertrain Innovation GmbH
Current assignee: Hofer Powertrain Innovation GmbH
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-13

Abstract

Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001)
mit einer Trennbox (25, 125, 225, 325, 325^I, 325^II, 325^III),
mit wenigstens einem ersten Traktionsakkumulator (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III) und
mit wenigstens einem zweiten Traktionsakkumulator (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III),
die in einem ersten Schaltzustand durch leistungsschaltende Elemente den ersten Traktionsakkumulator und den zweiten Traktionsakkumulator in eine Parallelverschaltung und
in einem zweiten Schaltzustand durch die leistungsschaltenden Elemente den ersten Traktionsakkumulator und den zweiten Traktionsakkumulator in eine Reihenverschaltung verbringen,
dadurch gekennzeichnet, dass
Pole (43, 43^I 45, 45^I) der Traktionsakkumulatoren (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321", 321^III) derart angeschlossen sind, dass die Pole (43, 43^I 45, 45^I) von der Trennbox (25) verdeckt und nicht von außen berührbar sind,
wobei an positiven Polen (43, 43^I) des ersten Traktionsakkumulators und des zweiten Traktionsakkumulators ein Überstromschutz vorhanden ist
und an negativen Polen (45, 45^I) des ersten Traktionsakkumulators und des zweiten Traktionsakkumulators ein Stromsensor angeschlossen ist,
und dass an dem negativen Pol (45, 45^I) des ersten Traktionsakkumulators zwei leistungsschaltende Elemente direkt oder indirekt, z. B. als Serienverschaltung, angeschlossen sind,
und dass an dem negativen Pol (45, 45^I) des zweiten Traktionsakkumulators zwei leistungsschaltende Elemente angebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt ein Energieversorgungssystem mit mehreren Schaltern, durch die zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus umgeschaltet werden kann.
Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Energieversorgungssystem bzw. eine Energieversorgungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Technisches Gebiet
Für das Laden von Traktionsakkumulatoren in Kraftfahrzeugen gibt es unterschiedliche Ladesäulen sowie Ladesysteme und damit verbundene Spannungsniveaus. Zum einen wird elektrische Energie auf einem Spannungsniveau im Bereich von 380 Volt bis 400 Volt an einigen „Stromtankstellen“ (Ladesäulen) angeboten. Andere Ladesäulen und Ladesysteme bieten Spannungen im Bereich um 800 Volt an.
Die Ladeinfrastruktur ist in vielen europäischen Staaten zum Jahreswechsel der Jahre 2022 und 2023 lückenhaft. Folglich ist einem Fahrer bzw. einer Fahrerin eines Kraftfahrzeuges mit Elektroantrieb im Vorhinein, d. h. selbst bei Antritt einer längeren Fahrt über mehrere Hundert Kilometer, häufig noch nicht klar, an welchen Ladestationen er bzw. sie gezwungen sein wird, das Elektrofahrzeug bzw. dessen Traktionsakkumulatorsystem, genauer dessen Traktionsakkumulator (bzw. die Traktionsakkumulatoren), wieder aufzuladen.
Für unterschiedliche Stecksysteme gibt es verschiedene Stecker und Adapter, sodass ein Ladekabel an vielen „Stromtankstellen“ ansteckbar ist, sofern der Fahrer (die Fahrerin) den richtigen Adapter mitführt.
Schwerwiegender ist es aber, dass an den einen Ladesäulen und Ladesystemen Spannungen im Bereich um 400 V (400 Volt) angeboten werden, an anderen „Stromtankstellen“ werden Spannungen im Bereich von z. B. 800 V (800 Volt) zur Verfügung gestellt. Inzwischen sind auch schon Antriebe „auf die Straße gebracht worden“, die in einem Spannungsniveau von 1.200 Volt arbeiten. Der Traktionsakkumulator oder das Array aus mehreren Traktionsakkumulatoren sollte daher in der Lage sein, mit den verschiedenen Spannungsniveaus umgehen zu können. Eine Technik, Spannungen verschiedener Spannungsniveaus zum Aufladen des oder der Traktionsakkumulatoren nutzen zu können, ist durch ein Umschaltsystem oder eine Umschaltvorrichtung bekannt.
Stand der Technik
In der Schutzrechtsliteratur werden verschiedene Umschaltsysteme mit einer Reihe von Schaltern vorgestellt, teilweise zusammen mit ihren Akkumulatoren, die dafür ausgelegt sind, Spannungen unterschiedlicher Niveaus beim Laden und/oder im Antriebsbetrieb zu akzeptieren.
Beispielhaft mögen die folgenden, aufschlussreichen Umschaltvorrichtungen bzw. Umschaltsysteme aus den nachfolgend aufgelisteten Schutzrechtsdokumenten angeführt werden:

• DE 10 2016 207 272 A1 (Anmelderin: Bayerische Motoren Werke Aktengesellschaft; Offenlegungstag: 02.11.2017),
• US 10 870 367 B2 (Inhaberin: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft; Erteilungstag: 22.12.2020),
• DE 10 2016 224 005 A1 (Anmelderin: Audi AG; Offenlegungstag: 07.06.2018),
• DE 10 2019 105 890 A1 (Anmelderin: GM Global Technology Operations LLC; Offenlegungstag: 19.09.2019),
• EP 3 687 028 A1 (Anmelderin: Iveco S.p.A.; Offenlegungstag: 29.07.2020),
• US 10 974 617 B2 (Inhaberin: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Erteilungstag: 13.04.2021),
• DE 10 2017 214 580 A1 (Anmelderin: Yazaki Corporation; Offenlegungstag: 01.03.2018),
• DE 10 2016 008 263 A1 (Anmelderin: Daimler AG, Offenlegungstag: 16.02.2017) und
• EP 3 481 675 A1 (Anmelderin: Daimler AG; Offenlegungstag: 11.01.2018).

Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, dass erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen Spannungsniveaus, Umschaltzeiten, Umschaltvorgängen und Leistungsschaltern erörtert werden müssen, sondern die Begriffe wie „Kfz-Spannungsniveau“, „Umschaltzeit“, „Trennschalter“ und „Leistungsschalter“ sollen durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.
Auch von Interesse sind die

• DE 10 2011 086 495 A1 (Anmelderin: Continental Automotive GmbH; Offenlegungstag: 16.05.2013),
• DE 10 2019 123 403 A1 (Anmelderin: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft; Offenlegungstag: 04.03.2021),
• DE 41 07 391 A1 (Anmelderin: ABB Patent GmbH; Offenlegungstag: 10.09.1992),
• US 2014/042 807 A1 (Anmelderin: Valeo Systemes de Controle Moteur; Offenlegungstag: 13.02.2014) und
• EP 2 527 186 A2 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen AG; Offenlegungstag: 28.11.2012).

Die DE 10 2011 086 495 A1 behandelt ein Energiespeichersystem für ein Fahrzeug mit einer steuerbaren Schalteinrichtung zum gesteuerten Verbinden und Trennen eines Energiespeichers von einem Bordnetz. Es werden zahlreiche Fehlerfälle für „ihre Schütze“, wie „Überstrombelastungen“, wie „zu geringe Isolationswiderstände“ oder wie „Masseschleifen“, beschrieben.
Aus der DE 10 2019 123 403 A1 gehen ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie, eine Steuereinrichtung und ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug hervor. Die in der DE 10 2019 123 403 A1 beschriebene Anordnung soll u. a. zwei Batterieeinheiten, einen Ladeanschluss zum Verbinden mit einer Ladestation und einen Versorgungsanschluss zum Verbinden mit einem Antrieb sowie sieben Schalteinrichtungen aufweisen. Mithilfe der Schalteinrichtungen sollen drei Phasen des Betriebs der Hochvoltbatterie bereitstellbar sein.
Leider sind viele Umschaltvorrichtungen mit Nachteilen behaftet, z. B. mit Ladungsverlusten, mit langen Schaltzeiten oder mit geringer Zuverlässigkeit.
Aufgabenstellung
Es besteht ein Bedarf nach alternativen Energieversorgungsvorrichtungen, die an unterschiedlichen Ladenetzen und für unterschiedliche Bordsysteme einsetzbar sind. Ideal wäre es, wenn die Energieversorgungsvorrichtung zumindest einige Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme ausräumt.
Erfindungsbeschreibung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Ein Energieversorgungssystem, das in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, hat wenigstens einen ersten Traktionsakkumulator und wenigstens einen zweiten Traktionsakkumulator. Außerdem gibt es leistungsschaltende Elemente, z. B. IGBTs, MOS-Fets, Schütze und/oder Relais.
In einem ersten Schaltzustand werden durch die leistungsschaltenden Elemente, die z. B. Schalter für elektrische Leistungsschaltungen sein können, der erste Traktionsakkumulator und der zweite Traktionsakkumulator in eine Parallelverschaltung gebracht.
In einem zweiten Schaltzustand werden mithilfe der leistungsschaltenden Elemente der erste Traktionsakkumulator und der zweite Traktionsakkumulator in eine Reihenschaltung gebracht.
Am negativen Pol des ersten Traktionsakkumulators sind zwei leistungsschaltende Elemente vorhanden, die entweder direkt oder auch indirekt, z. B. als Serienverschaltung, dort angeschlossen sind.
An einem negativen Pol des zweiten Traktionsakkumulators sind zwei (zweite) leistungsschaltende Elemente angebracht.
Das Energieversorgungssystem besitzt vorteilhafterweise an wenigstens einem, wenn nicht sogar an allen seinen positiven Polen, also an den positiven Polen des ersten Traktionsakkumulators und/oder des zweiten Traktionsakkumulators, ein Überstromschutz.
Das Energieversorgungssystem hat, wie gesagt auch negative Pole. An dem negativen Pol des ersten Traktionsakkumulators und/oder an dem negativen Pol des zweiten Traktionsakkumulators ist vorteilhafterweise ein Stromsensor angeschlossen.
Wird die Trennbox an dem Traktionsakkumulator angeschlossen, bildet sich das Akkumulatorsystem, bei dem die Pole des Traktionsakkumulators nicht mehr von außen berührbar sind.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
Die zweiten leistungsschaltenden Elemente stehen derart mit dem zweiten Traktionsakkumulator in Verbindung, dass sie mit dem zweiten Traktionsakkumulator eine Sternschaltung mit einem Sternpunkt als Knoten bilden. Der Sternpunkt befindet sich zwischen dem negativen Pol des zweiten Traktionsakkumulators und jeweils einer Schalter-Hoch-Seite von ihnen (von den beiden leistungsschaltenden Elementen).
Das zuvor vorgestellte Energieversorgungssystem kann vorteilhafterweise dadurch weitergebildet werden, dass es mehrere erste Traktionsakkumulatoren gibt. Entsprechend der Anzahl mehrerer erster Traktionsakkumulatoren gibt es dann auch mehrere zweite Traktionsakkumulatoren. Das Energieversorgungssystem besitzt mehrere erste Traktionsakkumulatoren und mehrere zweite Traktionsakkumulatoren.
Jeweils ein erster Traktionsakkumulator und jeweils ein zweiter Traktionsakkumulator können als Schaltungspaare betrachtet werden. In Bezug auf ihr Arrangement zueinander kann ein solches Schaltungspaar in eine Parallelanordnung in einem der ersten Schaltzustände gebracht werden. In Bezug auf ihr Arrangement zueinander können die beiden Traktionsakkumulatoren, die ein Pärchen bilden, in eine Serienanordnung gebracht werden.
Das Energieversorgungssystem hat mehrere Kontakte. An einem Kontakt des Energieversorgungssystems kann eine erste Spannung angeschlossen werden.
An einem zweiten Kontakt des Energieversorgungssystems kann eine zweite Spannung angeschlossen werden.
Idealerweise beträgt die erste Spannung nur etwa zwischen 40 % und 60 % der zweiten Spannung.
Das Energieversorgungssystem ist für wenigstens zwei sehr unterschiedliche Spannungsniveaus konzipiert. Das Energieversorgungssystem kann so gestaltet sein, dass es für ein Spannungsniveau von 400 Volt und für ein Spannungsniveau von 800 Volt ausgelegt ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Spannungsniveau auch so gewählt werden und das Energieversorgungssystem so ausgelegt sein, dass es zwischen einem Spannungsniveau von 800 Volt und einem Spannungsniveau von 1600 Volt wechseln kann.
Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
Figurenkurzbeschreibung
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei

1 eine erste Ausführungsform eines Energieversorgungssystems mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zeigt,
2 eine zweite Ausführungsform eines Energieversorgungssystems mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zeigt,
3 eine dritte Ausführungsform eines Energieversorgungssystems mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zeigt,
4 einen alternativen Ausschnitt aus einer Energieversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zeigt,
5 ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Energieversorgungseinrichtung als Teil einer Sicherheitsvorrichtung zeigt,
6 eine weitere Ausführungsform einer entsprechenden Energieversorgungseinrichtung als Baugruppe eines ersten Teils einer Sicherheitsvorrichtung zeigt,
7 eine weitere Ausführungsform einer entsprechenden Energieversorgungseinrichtung als Teil einer Sicherheitsvorrichtung zeigt,
8 eine weitere Ausführungsform einer entsprechenden Energieversorgungseinrichtung als Teil einer Sicherheitsvorrichtung zeigt und
9 vier entsprechender Energieversorgungseinrichtungen, zusammengeschlossen zu einem Array, zeigt.

Figurenbeschreibung
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Energieversorgungssystems 1001 mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Energieversorgungssystems 2001 mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Energieversorgungssystems 3001 mit dazugehöriger Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
4 zeigt einen Ausschnitt, der als Alternative in eine der zuvor gezeigten Energieversorgungseinrichtungen 1001, 2001, 3001 eingebaut werden kann.
5 demonstriert anhand eines als Schemazeichnung dargestellten Fahrzeugs 3 die komponentenmäßige Zusammensetzung der Sicherheitsvorrichtung 1 gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung.
Das Fahrzeug 3 wird von einem Antriebsstrang 5 angetrieben. Das Fahrzeug 3 hat mehrere Räder 7, 9. Wenigstens ein Rad 9 des Fahrzeugs 3 wird, wenn das Fahrzeug 3 bewegt werden soll, durch den Motor 11 angetrieben. Der Motor 11 treibt die Achse 13 normalerweise in einer Geradeausfahrt an. Für die Achse 13 werden dann die Räder, wie das Hinterrad 9, von dem Antriebsstrang 5 angetrieben. Der Antriebsstrang 5 ist ein Hinterachsantrieb. Die elektrische Leistung für den Motor 11, der ein Elektromotor ist, wird über das Energieversorgungskabel 39 aus dem Akkumulatorsystem 23 zur Verfügung gestellt, sofern die Trennbox 25 in einem die Hochvoltleitungen 39^I, 39^II durchschaltenden Zustand geschaltet ist. Ist die Trennbox 25 in dem durchgeschalteten Zustand, ist über das Energieversorgungskabel 39 die elektrische Spannung des Traktionsakkumulators 21 im Fahrzeug 3 verteilbar.
Die Trennbox 25 kann den Traktionsakkumulator 21 von dem Energieversorgungskabel 39 durch Schalten von Trennelementen 41, 41^I (siehe 6) abtrennen.
Wird die Trennbox 25 an dem Traktionsakkumulator 21 angeschlossen, bildet sich das Akkumulatorsystem 23, bei dem die Pole 43, 45 des Traktionsakkumulators 21 nicht mehr von außen berührbar sind. Die Pole 43, 45 sind durch die Trennbox 25 verdeckt und dadurch gegen eine unmittelbare Berührung abgeschirmt.
Die Trennbox 25 ist mit einer Steuereinheit 27 ausgestattet, zu der auch eine Recheneinheit 29 gehört. Messwerte, die die Steuereinheit 27 ermittelt hat, und Daten, die die Steuereinheit 27 berechnet, verarbeitet oder erarbeitet hat, werden über den Kommunikationsbus 33 an eine zweite Steuereinheit 31, die entfernt von der ersten Steuereinheit 27 in dem Fahrzeug 3 angeordnet ist, übertragen. Für die Verbindung über den Kommunikationsbus 33 bietet die erste Steuereinheit 27 einen Kommunikationsbusanschluss 35. Für den Kommunikationsbus 33 bietet die zweite Steuereinheit 31 einen Kommunikationsbusanschluss 37. Der Kommunikationsbus 33 verläuft durch das Fahrzeug 3, sodass weitere Teile des Kommunikationsbus 33^I bis zu den elektrischen Geräten des Antriebsstrangs 5, wie zum Beispiel bis zu dem Wechselrichter 15 mit seinem Zwischenkreis und seinem Zwischenkreiskondensator, reichen. Über den Kommunikationsbusanschluss 35, 37 ist die jeweilige Steuereinheit 31, 27 (genauer ihre Recheneinheit 29) mit dem Kommunikationsbus 33 verbunden.
Die zweite Steuereinheit 31 hat mit der Datenermittlung durch Messvorgänge (an und um den Traktionsakkumulator 21 bzw. 21^I (vgl. 6)) nichts mehr zu tun. Die Messvorgänge finden in der ersten Steuereinheit 27 statt. Auch die physische Betätigung der Trennelemente 41, 41^I (vgl. 6) findet ausschließlich in der ersten Steuereinheit 27 statt. Die zweite Steuereinheit 31 ist in Bezug auf Ansteuerschaltungen für die Trennelemente 41, 41^I (vgl. 6) ohne jegliche Schaltausgänge ausgeführt.
6 zeigt anhand einer schematischen Zusammenstellung ein Akkumlatorsystem 23^I, das in einem Fahrzeug 3 (s. 5) verbaut werden kann, weil die Energieversorgungskabel 39^III, 39^IV aufgrund der Trennelemente 41, 41^I spannungsfrei durch die erste Steuereinheit 27 bzw. durch die Trennbox 25 geschaltet werden können. Das Akkumulatorsystem 23^I ähnelt in weiten Teilen dem Akkumulatorsystem 23 gem. 5. In Bezug auf seine Pole 43^I, 45^I ist der in 6 dargestellte Traktionsakkumulator 21^I aber andersartig realisiert als der in 5 gezeigte Traktionsakkumulator 21. Die Pole 43, 45 des in 5 gezeigten Traktionsakkumulator 21 weichen zu den Polen 43^I, 45^I des in 6 gezeigten Traktionsakkumulators 21^I bezüglich ihrer Lage, ihrer Positionierungen und ihrer Dimensionen ab.
Die Pole 43^I, 45^I des Traktionsakkumulators 21^I befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Traktionsakkumulators 21^I. Durch Hinzunahme der Trennbox 25 wird der Zugang zu den Polen 43^I, 45^I von einer Seite verhindert. Nur noch die weiterführenden Hochvoltleitungen 39^III, 39^IV können außerhalb des Akkumulatorsystems 23^I berührt werden. Die weiterführenden, sozusagen zweiten Hochvoltleitungen 39^III, 39^IV können, wie zuvor schon angesprochen, selektiv spannungsfrei geschaltet werden. Hierfür sind die beiden Trennelemente 41, 41^I in der Trennbox 25 vorhanden, die sowohl die positive wie auch die negative Spannungsseite der Gleichspannung abkoppeln können.
Der in 6 gezeigte Traktionsakkumulator 21^I ist an seinen Polen 43^I, 45^I über erste Hochvoltleitungen 39^I, 39^II mit der Trennbox 25 verbunden, um so das Akkumulatorsystem 23^I zu bilden. Sind die Trennelemente 41, 41^I in einer geöffneten Stellung, so kann die elektrische Spannung auf den Hochvoltleitungen 39^I, 39^II nicht auf die abgangsseitigen (den sozusagen zweiten) Hochvoltleitungen 39^III, 39^IV weitergeleitet werden. Die abgangsseitigen Hochvoltleitungen 39^III, 39^IV sind - in diesem Schaltzustand - spannungsfrei; sie sind berührungssicher.
An der Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 sind die Messkabel zu den Hochvoltmessungen angeschlossen. Die Messsignale, die durch die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 gemessen werden, werden über eine galvanische Trennung an die erste Steuereinheit 27 weitergeleitet, wo sie in Messdaten umgewandelt werden, um am Kommunikationsbusanschluss 35 zur Verfügung zu stehen.
Die erste Steuereinheit 27 kann die Trennelemente, wie die in der Hochvoltleitungen 39^I, 39^III bzw. 39", 39^IV sitzenden Trennelemente 41, 41^I, schalten.
Zur Schaffung der Entscheidung, ob ein Trennelement 41, 41^I geschaltet werden soll, führt zum einen die Recheneinheit 29 mehr als eine Berechnung durch. Zum anderen kann die Steuereinheit 27 einen Befehl über den Kommunikationsbus 33 erhalten, der die Steuereinheit 27 veranlasst, wenigstens einen der Trennelemente 41, 41^I zu schalten.
Für das Schalten der Trennelemente 41, 41^I besitzt die Steuereinheit 27 Schalter-Treiber 57, 57^I, 57^II. Ein Schalter-Treiber 57^II ist für das Schalten des Vorlade-Schalters 55, der Teil der Vorlade-Einheit 51 ist, zuständig. Die anderen Schalter-Treiber 57, 57^I sind für das Schalten der Trennelemente 41, 41^I zuständig.
Als eine weitere Maßnahme der strommäßigen Begrenzung und damit zur Sicherung gegen Überströme bzw. zu hohe elektrische Ströme (Kurzschlussströme) hat die Trennbox 25 Sicherungen 71, 71^I, von denen beispielsweise eine eine Schmelzsicherung ist und die andere eine Halbleitersicherung ist.
Zur Berechnung und für den Datenaustausch im Zusammenhang mit berechneten und ermittelten Messwerten sowie der Auswertung der Messwerte in Daten und Datenpaketen verfügt die Recheneinheit 29 über wenigstens drei Rechenmodule 61, 65, 67 und über ein Kommunikationsmodul 63. In dem Modul Fehleranalyse-Modul 61 wird u. a. berechnet, ob die Messwerte bzw. die Messsignale in validen Wertebereichen liegen. In dem Modul Trennbox-Analyse-Modul 65 wird die Trennbox 25 auf Funktionstüchtigkeit überwacht, z. B. ob die Trennelemente 41, 41^I zuverlässig schalten, insbesondere auch zuverlässig trennen können. In dem Modul Widerstands-und-Isolations-Mess-Modul 67 werden die Widerstandswerte und die Isolationswerte der Trennbox 25 überwacht. Darüber hinaus besitzt die Trennbox 25 die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47, die Spannungswerte und elektrische Spannungen über Messleitungen 49, 49^I, 49^II, 49^III, 49^IV, 49^V, 49^vI aufnehmen kann. Der Traktionsakkumulator 21^I ist ein Hochvolttraktionsakkumulator. Folglich können auf den Messleitungen 49, 49^I, 49^II, 49^III, 49^IV, 49^V, 49^VI Spannungen von bis zu 800 Volt anliegen. Die Spannungen werden gemessen und überwacht. Außerdem überwacht die Trennbox 25 mithilfe des Trennbox-Analyse-Moduls 65, ob die Trennbox 25 zu jedem beliebigen Zeitpunkt einwandfrei funktioniert. D. h., die Trennbox 25 kann sich selbst überwachen, indem sie auf Bauteilebene Überwachungen durchführt. Auch überwacht die Trennbox 25 den Traktionsakkumulator 21^I. So ist eine Funktionstüchtigkeitsüberwachung des Akkumulatorsystems 23^I sichergestellt.
Durch die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 und durch die gesondert ausgeführte Recheneinheit 29 in der Trennbox 25 sind zwei Spannungsbereiche geschaffen. Somit kann der Kommunikationsbus 33 als Niedervolt-Kommunikationsbus ausgelegt sein. Die weiteren Geräte an dem Kommunikationsbus, wie z. B. die zweite Steuereinheit 31 (vgl. 5), können als Niedervoltsteuergeräte gestaltet sein. Die Hochspannung von den Hochvoltleitungen 39^III, 39^IV wird zuverlässig von dem Niedervoltbereich und den dort vorhandenen elektrischen Messgeräten und den elektrischen Steuergeräten des Fahrzeugs (z. B. Fahrzeug 3 gem. 5) ferngehalten.
Die von der Recheneinheit 29 behandelten Messwerte und Auswerteergebnisse können über den Kommunikationsbusanschluss 35 auf dem Kommunikationsbus 33 übertragen werden. Soll eine externe Auswertelogik, die z. B. in einer zweiten Steuereinheit 31 (vgl. 5) sitzt, komplexere Analysen durchführen und das Ergebnis in Form zum Beispiel eines Schaltbefehls an die Trennelemente 41, 41^I übertragen, so können auch Daten, Befehle und Datensätze über den Kommunikationsbus 33 übertragen werden und an dem Kommunikationsbusanschluss 35 empfangen werden. Die Recheneinheit 29 ist so programmiert,

• dass bei Erhalt eines fehlerhaften externen Befehls von der zweiten Steuereinheit 31,
• dass bei einem fehlerhaften Messwert,
• dass bei einem außerhalb von Toleranzgrenzen angesiedelten Messwert und
• dass bei einem nicht vorhandenen Messwert, obwohl der Messwert bekannt sein müsste,

^I

Die Vorlade-Einheit 51 umfasst einen Vorlade-Schalter 55 und einen Vorlade-Widerstand 53. Mithilfe der Vorlade-Einheit 51 kann ein Zwischenkreiskondensator (siehe den Wechselrichter 15 in 5) über eine Aufladezeit verzögert, d. h. mit einem kontrolliert niedrigeren Strom, aufgeladen werden (z. B. über eine Zeitbasis von 5 tau, z. B. innerhalb von weniger als 100 ms).
Sollte ein Fall für die Recheneinheit 29 vorliegen, dass wenigstens eines der Trennelemente 41, 41^I zu schalten ist, werden die Schalter-Treiber 57, 57^I durch die Schaltersteuerung 69 angesteuert.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines Akkumulatorsystems 123 mit einer Trennbox 125 und einem Traktionsakkumulator 121.
In 7 ist der Traktionsakkumulator 121 durch vier in Reihe verschaltete Zellen symbolisch dargestellt. Es ist die Trennbox 125 zu sehen, zu der anhand einer bedruckten Leiterplatte (bzw. ihrer Umrisse) die erste Steuereinheit 127 mit der Recheneinheit 129 gehört. An dem Kommunikationsbus 133, 133^I, genauer an den Kontakten 175^II, 175^III des Kommunikationsbusses 133, 133^I ist die zweite Steuereinheit 131 angeschlossen. Die zweite Steuereinheit 131 ist für die komplexeren Auswertealgorithmen zuständig und verantwortlich. Die Recheneinheit 129 konzentriert sich auf Plausibilitätsüberwachungen der über die Messleitungen (bzw. für Messdaten bestimmte Datenleitungen) 149, 149^I, 149^II, 149^III, 149^IV, 149^V, 149^VI, 149^VII, 149^VIII, 149^IX übertragenen Messwerte, wie Spannungswerte auf den Hochvoltleitungen 139^I, 139^II, 139^III, 139^IV, wie Spannungen unmittelbar am Traktionsakkumulator 121, wie elektrische Stromwerte auf den Hochvoltleitungen 139^I, 139^II, 139^III, 139^IV und wie eine Überwachung auf Schaltvorgänge an dem Vorlade-Schalter 155.
Sowohl in Richtung auf den Traktionsakkumulator 121 hin als auch nach außen hin, z. B. gegenüber der zweiten Steuereinheit 131, bietet die Trennbox 125 eine überschaubare Anzahl Kontakte, genauer weniger als zehn Kontakte, um noch exakter zu sein, genau neun Kontakte 175, 175^I, 175^II, 175^III, 175^IV, 175^V, 175^VI, 175^VII, 175^III, 175^IX. Bei der geringen Anzahl der Kontakte 175^I, 175^II, 175^III, 175^IV, 175^V, 175^VI, 175^VII, 175^III, 175^IX (bzw. Pinne) ist die Gefährdung durch Spannungsschlag reduziert.
Mithilfe der Messleitungen 149^I, 149^II kann die Spannung, die an dem Shunt 179 abfällt durch die erste Steuereinheit 127 gemessen werden. Der Shunt 179 sitzt in der Hochvoltleitung 139^III, die für das negative Potential am negativen Pol des Traktionsakkumulators 121 mit seinen in Serie verschalteten Zellen zur Erzeugung der Hochspannung (im Bereich von 400 Volt). Über die weitere Messleitung 149^III kann die Steuereinheit 127 den in der Hochvoltleitung 139^II fließenden elektrischen Strom durch das integrierte Strommessgerät unmittelbar messen. Aufgrund der doppelten Messung der ersten Steuereinheit 127 des elektrischen Stroms in der Hochvoltleitung 139^II kann die erste Steuereinheit 127, genauer ihre Recheneinheit 129 Plausibilitätsprüfungen und Querkontrollen durchführen. Ist irgendeine der Plausibilitätsprüfungen, wie z. B. die Stromflussprüfung, in der ersten Steuereinheit 127 außerhalb eines validen Toleranzbandes, unterbricht die erste Steuereinheit 127 die den Stromfluss durch Betätigung der Trennelemente 141, 141^I.
Durch den Vorlade-Schalter 155, der Teil der Vorlade-Einheit 151 ist, kann zum Start des Betriebs des Fahrzeugs eine kontrollierte Aufladung von Kapazitäten im Antriebsstrang, wie z. B. dem Antriebsstrang 5 des Fahrzeugs 3 (siehe 5) durchgeführt werden. Die Hochvoltleitungen 139^I, 139^II fächern sich hinter den Sicherungen 171, 171^I in mehrere Hochvoltleitungen 139^III, 139^IV auf. Einige der Hochvoltleitungen 139^III, 139^IV lassen nur einen reduzierten Lade- bzw. Anfangsstrom fließen, z. B. aufgrund des Vorlade-Widerstands 153. Die erste Steuereinheit 127 kann auch solche Stromflüsse über ihre Messleitungen 149^I, 149^II, 149^III und den Messsensoren 179 sowie Strommessgerät „Hall-Effekt-Sensor“ delektieren und auswerten. Nur wenn der Ladevorgang zuverlässig, schlüssig und in einer ausreichend kurz bemessenen Zeit (z. B. innerhalb von Zeiten von 5 Tau bis 10 Tau) abwickelbar war, wird der Schaltvorgang für das Durchschalten wie folgt abgewickelt.
Soll der Antriebsstrang (siehe Antriebsstrang 5 gem. 9) in Betrieb genommen werden, so wird zuerst das Trennelement 141^I geschlossen. Anschließend wird der Vorlade-Schalter 155 geschlossen. In einem daran sich anschließenden Schritt wird die Zeit (z. B. 3 Tau oder 5 Tau oder 10 Tau) abgewartet und die Spannungsüberwachung kontrolliert. Ergibt sich die richtige Spannung, wird anschließend das Trennelement 141 geschlossen, um daraufhin den Vorlade-Schalter 155 zu öffnen.
Stellt jedoch die erste Steuereinheit 127 fest, dass eine Grenzwertüberprüfung oder eine Plausibilitätsüberprüfung ein fehlerhaftes Messergebnis oder einen Fehlerzustand geliefert hat, meldet die erste Steuereinheit über den Kommunikationsbus 133, 133^I an die zweite Steuereinheit 131 den erkannten Fehler weiter. Ist die zweite Steuereinheit 131 eines der zentralen Fahrzeugsteuergeräte, so ist dem gesamten Fahrzeug bekannt, dass es einen Fehlerfall entweder im Akkumulatorsystem 123 oder sogar dem Antriebsstrang 5 (siehe 5) gegeben hat.
Über den Kontakt 175^VI, der zu der Sicherung 171^I führt, kann, weil es sich bei der Sicherung 171^I um ein Pyro-Fuse handelt, die Sicherungen extern ausgelöst werden, z. B. über eine Airbag-Zündung. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei schwereren Fällen, die zu Zündungen eines oder mehrerer Airbags geführt hat, die Trennbox 125 die Hochvoltleitungen 139^III, 139^IV augenblicklich (in einem Zeitintervall von weniger als 5 Millisekunden) spannungsfrei durch Betätigung der Trennelemente 141, 141^I oder ersatzweise durch Ansprechen der Pyro-Fuse 171^I geschaltet hat.
Das Traktionsakkumulatorsystem 123 besitzt eine Platine für ein Zell-Monitoring durch die Zell-Überwachungen 183, 183^I, 183^II, 183^III. Das Zell-Monitoring kann einzelne Zellen, tatsächlich alle Zellen, des Traktionsakkumulators 121 messtechnisch überwachen. Hierfür führt das Zell-Monitoring Spannungsmessungen durch. Zusätzlich kann das Zell-Monitoring Temperaturmessungen an einzelnen Zellen durchführen. Die Messergebnisse werden über Messleitung 149^V (bzw. Datenleitungen zur Messdatenübertragung) der Recheneinheit 129 zur Verfügung gestellt. Der Kontakt 175^VIII ist ein Mehr-Pin-Kontakt, sodass Spannungswerte und Temperaturwerte vom Zell-Monitoring zur Recheneinheit 129 übertragen werden können.
Eine weitere Überwachungsfunktion kann durch die Trennelemente-Diagnose 181 durchgeführt werden, die misst, ob die Trennelemente 141, 141^I, wie berechnet, entweder im geschalteten oder im getrennten Schaltzustand sich befinden. Es wird also geprüft, ob die Trennelemente 141, 141^I den Schaltzustand erreicht haben, den die Recheneinheit 129 zu den einzelnen Trennelementen 141, 141^I aufgrund ihrer Berechnungen erwartet. Die Trennelemente-Diagnose 181 ist Teil des in 6 dargestellten Trennbox-Analyse-Moduls 65.
Darüber hinaus bietet die Trennbox 125 zweite Trennelemente 141^II, 141^III, über die das Akkumulatorsystem 123 in einen Auflade-Zustand versetzt werden kann. Soll der Traktionsakkumulator 121 geladen werden, d. h., soll ein elektrischer Strom zum Aufladen des Traktionsakkumulators 121 in diesen hineinfließen, wird eine gesonderte Ladestrecke durch die Trennelemente 141^II, 141^III durchgeschaltet, während die Trennelemente 141, 141^I und Vorladeschalter 155 im getrennten Schaltzustand sich befinden.
8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines Akkumulatorsystems 223 mit einer Trennbox 225 und einem ersten Traktionsakkumulator 221 und einem zweiten Traktionsakkumulator 221^I.
Das Akkumulatorsystem 223, das in 8 gezeigt ist, ähnelt in weiten Teilen dem Akkumulatorsystem 123, das aus 7 bekannt ist.
Aufgrund der beiden Traktionsakkumulatoren 221, 221^I, die jeweils für eine Betriebsspannung von 400 Volt mehr als 80 Lithium-lonen-Zellen besitzen, kann, insbesondere in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Ladespannung von entweder 400 Volt oder 800 Volt, die Trennbox 225 durch ihre Spannungsniveau-Schalter 277, 277^I, 277^II zwischen einem Spannungsniveau von 400 Volt und einem Spannungsniveau von 800 Volt durch Parallel- oder Seriell-Schaltung der Traktionsakkumulatoren 221, 221^I hin- und herschalten.
Ist der Stromfluss zu groß, spricht wenigstens eine der Sicherungen 271, 271^II an und unterbricht den Stromfluss durch Unterbrechung der elektrischen Verbindung in den Hochvoltleitungen.
Die Erläuterungen im Zusammenhang mit 7 können in weiten Teilen auf das Akkumulatorsystem 223, das in 8 gezeigt ist, übertragen werden, wobei Komponenten, Gegenstände und Bauteile sowie funktionale Angaben bezüglich ihrer Bezugszeichen bei ähnlichen Komponenten, Gegenständen und Bauteilen sowie funktionalen Angaben mit um 100 höher nummerierten Bezugszeichen ausgestattet sind.
Die beiden Traktionsakkumulatoren 221, 221^I können durch die Trennbox 225 und ihre Spannungsniveau-Schalter 277, 277^I, 277^II in paralleler Verschaltung sowie in Serienverschaltung gehalten bzw. betrieben werden. Dies ist sowohl bei einem Aufladevorgang über die Kontakte 275, 275^V und den geschalteten zweiten Trennelementen 141^II, 141^III als auch bei einem regulären Fahrbetrieb mit geschlossenen Trennelementen 241, 241^I möglich. Obwohl für eine Vorladung durch den Vorladewiderstand 253 nach Schließen des Vorlade-Schalters 255 ein größerer Strom durch parallel betriebene Traktionsakkumulatoren 221, 221^I nicht nötig ist, kann selbst in einem Vorlade-Zustand (zur Aufladung der Zwischenkreiskondensatoren) ein paralleler Betrieb der Traktionsakkumulatoren 221, 221^I durchgeführt werden. Sollen die Traktionsakkumulatoren 221, 221^I parallel geschaltet sein, sind die Spannungsniveau-Schalter 277, 277^II in einen geschlossenen Zustand zu bringen. Sollen die Traktionsakkumulatoren 221, 221^I für eine höhere Spannung in einer seriellen Anordnung verschaltet sein, so ist der Spannungsniveau-Schalter 277¹ in einen geschlossenen Zustand zu bringen. Aufgrund der Möglichkeit des parallelen Betriebs der Traktionsakkumulatoren 221, 221^I ist hinter jedem für den Anschluss der Traktionsakkumulatoren 221, 221^I vorgesehenen Kontakt 275^VII, 275^VIII, 275^XI, 275^XII eine Sicherung 271, 271^I, 271^II als Über-Strom-Schutz vorhanden.
Die Recheneinheit 229 der Steuereinheit 227 hat Messleitungen 249^V, 249^X an den Platinenkontakten 5, 6, über die Spannungen, Temperaturwerte und ggf. auch Gaswerte der Traktionsakkumulatoren 221, 221^I ermittelt werden können.
Die Traktionsakkumulatoren 221, 221^I werden über die Kontakte 275^VII, 275^VIII, 275^XI, 275^XII und über die Kontakte 275^IX, 275^X für die Messleitungen 249^V, 249^X an die Trennbox 225 angeschlossen. Abgangsseitig hat die Trennbox 225 die Kontakte 275, 275^I, 275^II, 275^III, 275^IV, 275^V. Einige der Kontakte, nämlich die Kontakte 275, 275^I, 275^IV, 275^V, sind für Hochvoltverbindungen gestaltet; es handelt sich also um Hochvoltleitungen. Andere Kontakte, genauer die Kontakte 275^II, 275^III, sind für den Anschluss einer zweiten Steuereinheit 231 in dem Kommunikationsbus 233 gestaltet, also für eine Kleinstspannung.
Elektrische Ströme in der Trennbox 225 können über die Messleitungen 249^I, 249^II, 249^III gemessen werden. Weil mehrere Messmethoden zur Verfügung stehen (siehe beispielsweise den Mess-Schunt 279; siehe das Strommessgerät „A“) kann die Recheneinheit 229 in der ersten Steuereinheit 227 vergleichende Prüfungen und Vergleichsrechnungen durchführen, um so z. B. Abweichungen in den Stromwerten zu detektieren.
Außerdem gibt es in der Trennbox 225 eine Trennelemente-Diagnose 283, die über die Messleitung 249^IV mit den entsprechenden Pinnen der Recheneinheit 229 verbunden ist, wodurch die Schaltzustände der Trennelemente 241, 241^I, 241^II, 241^III und des Vorlade-Schalters 255 detektiert werden können.
Welche Spannungen an den Hochvoltleitungen und an den Kontakten 275, 275^I, 275^IV, 275^V anliegen, kann über die Messleitungen 249^VI, 249^VII, 249^VII, 249^IX, die Spannungsmessleitungen sind, gemessen werden. Die ausgangsseitigen Spannungen können mit den eingangsseitigen Hochspannungen von den Traktionsakkumulatoren 221, 221^I verglichen werden, weil es Messleitungen 249, 249^I gibt, über die die eingangsseitigen Hochvoltspannungen durch die Recheneinheit 229 gemessen werden können.
Im Falle eines schwereren Unfalls schaltet die Trennbox 225 durch ihre Sicherung 271^I, die ein Pyro-Fuse ist, den Stromfluss weg. Hierfür gibt es den Kontakt 275^VI, über den die Pyro-Fuse 271^I ausgelöst werden kann. Auf diese Weise ist eine augenblickliche Stromflussunterbrechung mithilfe der Sicherung 271^I, ausgelöst über eine Auslösespannung an dem Kontakt 275^VI, möglich.
9 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines (Schwerfahrzeug-)Akkumulatorsystems, das also für höhere Leistungen im Mega-Watt-Bereich ausgelegt ist und sich tatsächlich aus vier Akkumulatorsystemen 323, 323^I, 323^II, 323^III zusammensetzt. Das Akkumulatorsystem wird von einer zweiten Steuereinheit 331 als übergreifende Steuereinheit und als Gesamtanalyseeinheit gesteuert und kontrolliert.
Die Sicherheitsvorrichtung 301 umfasst vier Akkumulatorsysteme 323, 323^I, 323^II, 323^III, die durch ihre Trennboxen 325, 325^I, 325^II, 325^III über die jeweiligen Kommunikationsbusse 333, 333^I, 333^II, 333^III mit dem zentralen Steuergerät des Fahrzeugs, der zweiten Steuereinheit 331 verbunden sind. Jedes ist durch seine Trennbox 325, 325^I, 325^II, 325^III derart geschaltet, dass die parallel und seriell verschalteten Traktionsakkumulatoren 321, 321^I, 321^II, 321^III nur dann eine Hochspannung 373 an den Hochvoltleitungen 339^III und 339^IV anliegen lassen, wenn die (nicht eingezeichneten) Trennelemente (vgl. 6 bis 8) in einem durchgeschalteten Zustand sind. Sind die Trennelemente in einem geöffneten Zustand, so sind die Hochvoltleitungen 339^III, 339^IV in einem spannungslosen Zustand. Die nach außen geführten Hochvoltleitungen 339^III, 339^IV können spannungslos geschaltet werden.
Darüber hinaus gibt es zwischen den Akkumulatorsystemen 323, 323^I, 323^II, 323^III Hochvoltleitungen 339^I, 339^II, die für die serielle bzw. parallele Verschaltung aller Akkumulatorensysteme 323, 323^I, 323^II, 323^III benötigt werden.
Erkennt entweder eine der Trennboxen 325, 325^I, 325", 325^III oder die zweite Steuereinheit 331 einen Fehlerfall, einen unerwünschten Zustand und/oder eine Bedingung, der zufolge zumindest einer der Traktionsakkumulatoren 321, 321^I, 321^II, 321^III geschützt werden sollte, so werden die nach außen führenden Hochvoltleitungen 339^III, 339^IV abgeschaltet. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang (wie z. B. der Kraftfahrzeugantriebsstrang 5 gemäß 5) kann keinen Strom mehr aus den Traktionsakkumulatoren 321, 321^I, 321^II, 321^III ziehen. Die Hochspannung 373 liegt nicht mehr an. Eine Reparatur oder Wartung des Fahrzeuges kann unproblematisch durchgeführt werden, ohne dass der die Arbeiten ausführende Kfz-Mechaniker (Kfz-Mechatroniker) gefährdet wird, solange die Kontakte oder Pinne innerhalb der Traktionsakkumulatoren 321, 321^I, 321^II, 321^III durch Entfernen der Trennboxen 325, 325^I, 325^II, 325^III nicht freigelegt werden.
Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
Das Akkumulatorsystem kann für mehr als vier Traktionsakkumulatoren gestaltet sein.
Die erste Steuereinheit kann mehr als drei Spannungseingänge umfassen. In einer reduzierten Form kann die erste Steuereinheit aber auch mit einem einzigen Spannungseingang ausgestattet sein.
Die erste Steuereinheit kann auch mehr als einen Busanschluss besitzen.
Die erste Steuereinheit kann auch mit anderen als den vorgestellten Prozessortypen ausgestattet sein; wobei das Konzept der verteilten Sicherheit einen Vorteil dadurch entfaltet, dass die Rechenanforderungen an die Recheneinheit der ersten Steuereinheit generell niedriger gehalten werden als z. B. die Rechenanforderungen an ein zentrales Fahrzeugsteuergerät.
Beispielhaft kann ein Energieversorgungssystem auch mit mehr oder weniger Schaltern realisiert werden als vorliegend vorgestellt.
Bezugszeichenliste

1, 301: Sicherheitsvorrichtung
3: Fahrzeug
5: Antriebsstrang
7: erstes Rad
9: zweites Rad
11: Motor
13: Achse
15: Wechselrichter, insbesondere mit einem Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator
21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III: Traktionsakkumulator
23, 23I, 123, 223, 323, 323I, 323II, 323III: Akkumulatorsystem
25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III: Trennbox
27, 127, 227: erste Steuereinheit
29, 129, 229: Recheneinheit
31, 131, 231, 331: zweite Steuereinheit
33, 33I, 133, 133I, 233, 333, 333I, 333II, 333III: Kommunikationsbus
35: Kommunikatiosbusanschluss, insbesondere in der ersten Steuereinheit
37: Kommunikatiosbusanschluss, insbesondere in der zweiten Steuereinheit
39: Energieversorgungskabelstrang, insbesondere Bündel von Hochvoltleitungen
39I, 39II, 39III, 39IV, 139I, 139II, 139III, 139IV, 339I,: Energieversorgungskabel, insbesondere Hochvoltleitung
339II, 339III, 339IV 41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III: Trennelement
43, 43I: erster Pol, insbesondere Plus-Pol des Traktionsakkumulator
45, 45I: Zweiter Pol, insbesondere Minus-Pol des Traktionsakkumulator
47: Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit
49, 49I, 49II, 49III, 49IV, 49V, 49VI, 149, 149I, 149II, 149III, 149IV, 149V, 149VI, 149VII, 149VIII,: Messleitung
149IX, 249, 249I, 249II, 249III, 249IV, 249V, 249VI, 249VII, 249VIII, 249IX, 249X: Messleitung
51, 151: Vorlade-Einheit
53, 153, 253: Vorlade-Widerstand
55, 155, 255: Vorlade-Schalter
57, 57I, 57II: Schalter-Treiber
61: Fehleranalyse-Modul
63: Kommunikationsmodul
65: Trennbox-Analyse-Modul
67: Widerstands-und-Isolations-Mess-Modul
69: Schaltersteuerung
71, 71I, 171, 171I, 271, 271I, 271II: Sicherung
373: Hochspannung
175, 175I 175II, 175III, 175IV, 175V, 175VI, 175VII, 175VIII, 175IX, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VI, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII: Kontakt bzw. Pin
277,: erster Spannungsniveau-Schalter
277I: zweiter Spannungsniveau-Schalter
277II: dritter Spannungsniveau-Schalter
179, 279: Shunt, insbesondere für eine Strommessung
181, 283: Trennelemente-Diagnose
183, 183I: Zell-Monitoring
183II, 183III 1001, 2001, 3001: Energieversorgungssystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit Umschaltvorrichtung
1011, 2011,: erster (wiederaufladbarer) Energiespeicher
3011, 4011 1013, 2013, 3013: zweiter (wiederaufladbarer) Energiespeicher
1021, 2021, 3021: erster Schalter
1023, 2023, 3023: zweiter Schalter
1025, 2025, 3025: dritter Schalter
1027, 2027, 3027: vierter Schalter
1029, 2029, 3029: fünfter Schalter
1031, 2031, 3031: sechster Schalter
1033, 2033, 3033: siebter Schalter
1051, 2051, 3051: erster Kontakt (insbesondere zweipolig)
1053, 2053, 3053: zweiter Kontakt (insbesondere zweipolig)
1061, 2061, 3061: erste Leitung
1063, 2063, 3063: zweite Leitung
1065, 2065, 3065: dritte Leitung
1067, 2067, 3067: vierte Leitung
1069, 2069, 3069: fünfte Leitung
1071, 2071, 3071: sechste Leitung
1073, 2073, 3073: siebte Leitung
1075, 2075, 3075: achte Leitung
1077, 2077, 3077: neunte Leitung
1079, 2079, 3079: zehnte Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016207272 A1 [0008]
US 10870367 B2 [0008]
DE 102016224005 A1 [0008]
DE 102019105890 A1 [0008]
EP 3687028 A1 [0008]
US 10974617 B2 [0008]
DE 102017214580 A1 [0008]
DE 102016008263 A1 [0008]
EP 3481675 A1 [0008]
DE 102011086495 A1 [0010, 0011]
DE 102019123403 A1 [0010, 0012]
DE 4107391 A1 [0010]
US 2014042807 A1 [0010]
EP 2527186 A2 [0010]

Claims

Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) mit einer Trennbox (25, 125, 225, 325, 325^I, 325^II, 325^III), mit wenigstens einem ersten Traktionsakkumulator (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III) und mit wenigstens einem zweiten Traktionsakkumulator (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III), die in einem ersten Schaltzustand durch leistungsschaltende Elemente den ersten Traktionsakkumulator und den zweiten Traktionsakkumulator in eine Parallelverschaltung und in einem zweiten Schaltzustand durch die leistungsschaltenden Elemente den ersten Traktionsakkumulator und den zweiten Traktionsakkumulator in eine Reihenverschaltung verbringen, dadurch gekennzeichnet, dass Pole (43, 43^I 45, 45^I) der Traktionsakkumulatoren (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321", 321^III) derart angeschlossen sind, dass die Pole (43, 43^I 45, 45^I) von der Trennbox (25) verdeckt und nicht von außen berührbar sind, wobei an positiven Polen (43, 43^I) des ersten Traktionsakkumulators und des zweiten Traktionsakkumulators ein Überstromschutz vorhanden ist und an negativen Polen (45, 45^I) des ersten Traktionsakkumulators und des zweiten Traktionsakkumulators ein Stromsensor angeschlossen ist, und dass an dem negativen Pol (45, 45^I) des ersten Traktionsakkumulators zwei leistungsschaltende Elemente direkt oder indirekt, z. B. als Serienverschaltung, angeschlossen sind, und dass an dem negativen Pol (45, 45^I) des zweiten Traktionsakkumulators zwei leistungsschaltende Elemente angebracht sind.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem mehrere erste Traktionsakkumulatoren (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III) und mehrere zweite Traktionsakkumulatoren (21, 21^I, 121, 221, 221^I, 321, 321^I, 321^II, 321^III) besitzt, von denen vorzugsweise jeweils ein erster Traktionsakkumulator und ein zweiter Traktionsakkumulator in Bezug auf ihr Arrangement zueinander in eine Parallelanordnung in einem der ersten Schaltzustände und in Bezug auf ihr Arrangement zueinander in eine Serienanordnung verbringbar sind.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Kontakt des Energieversorgungssystems eine erste Spannung angeschlossen werden kann, an einem zweiten Kontakt des Energieversorgungssystems eine zweite Spannung angeschlossen werden kann, wobei die erste Spannung im Bereich von 40 % bis 60 % der zweiten Spannung liegt.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem für ein Spannungsniveau von 400 Volt und für ein Spannungsniveau von 800 Volt ausgelegt ist oder für ein Spannungsniveau von 800 Volt und für ein Spannungsniveau von 1600 Volt ausgelegt ist.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungsschaltenden Elemente Schalter (55, 155, 255, 277, 277^I, 277^II, 3021, 3023, 3025, 3027, 3029, 3031, 3033) für elektrische Leistungsschaltungen, z. B. IGBTs, MOS-Fets, Schütze und/oder Relais, sind.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei leistungsschaltenden Elemente an dem negativen Pol (45, 45^I) des zweiten Traktionsakkumulators mit dem zweiten Traktionsakkumulator eine Sternschaltung mit einem Sternpunkt als Knoten zwischen dem negativen Pol (45, 45^I) des zweiten Traktionsakkumulators und jeweils einer Schalter-Hoch-Seite der beiden leistungsschaltenden Elemente bilden.
Energieversorgungssystem (1001, 2001, 3001) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25) mit einer Steuereinheit (27) ausgestattet ist, zu der auch eine Recheneinheit (29) gehört, wobei Messwerte, die die Steuereinheit (27) ermittelt hat, und Daten, die die Steuereinheit (27) berechnet, verarbeitet oder erarbeitet hat, über einen Kommunikationsbusanschluss (35) auf einem Kommunikationsbus (33) übertragbar sind.