EP3844016A1 - Verfahren zum betreiben wenigstens einer elektrischen komponente eines fahrzeuges - Google Patents

Verfahren zum betreiben wenigstens einer elektrischen komponente eines fahrzeuges

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EP3844016A1
EP3844016A1 EP19753045.4A EP19753045A EP3844016A1 EP 3844016 A1 EP3844016 A1 EP 3844016A1 EP 19753045 A EP19753045 A EP 19753045A EP 3844016 A1 EP3844016 A1 EP 3844016A1
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EP
European Patent Office
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battery
connection
switching unit
battery cells
vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
EP19753045.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Grabowski
Joachim Joos
Walter Von Emden
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating at least one electrical component of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a device for operating at least one electrical component of a vehicle.
  • Electric vehicle is initially charged a capacity of an intermediate circuit to avoid harmful current fluctuations from the power electronics to the battery. Since the DC link capacitance is connected to the battery almost instantaneously, very large electrical currents can occur during this precharge. These have to be brought into an uncritical region by means of a pre-charging resistor. For this purpose, the electrical current is first passed between the battery and an electric machine of the vehicle
  • Precharge resistor steered e.g. B. by switching a precharge relay. After the intermediate circuit capacitance has been precharged, the relay can bridge the precharging resistor again, so that the current limitation is deactivated.
  • a battery for an electrical system of a motor vehicle is known from the document DE 10 2015 016980 A1, at least two battery strings being provided. These each have at least one battery cell and a switching element connected in series therewith.
  • a precharging device is provided, which is designed in a first operating mode of the battery for precharging an intermediate circuit of the boron network.
  • a so-called soft start system for precharging an intermediate circuit is known from US 2013/0062891 A1.
  • the invention relates to a method with the features of
  • a method for operating at least one electrical component, in particular drive component, of a vehicle by means of a (in particular rechargeable) battery, preferably a high-voltage battery, is particularly protected.
  • the electrical component can be designed as an electrical consumer of an electrical system of the vehicle.
  • the electrical component can be designed as a high-voltage component and / or a drive component of the vehicle, such as an electric motor. Accordingly, it is possible for the battery to be designed as a rechargeable high-voltage battery for supplying energy to the high-voltage component in order to enable the vehicle to move.
  • the vehicle is designed as a passenger car or truck or the like.
  • the vehicle is advantageously designed as an electric vehicle which has a hybrid drive or exclusively an electric drive.
  • the component can be a component of a high-voltage drive train of an electric machine of the vehicle. It is therefore possible with such electric vehicles that a topology made of high-voltage Battery pack (i.e. the battery), intermediate circuit and power electronics of the electric machine is provided.
  • an intermediate circuit is first loaded, which connects the battery with the component. In this way, harmful current fluctuations and / or ripples from the vehicle's power electronics to the battery can be avoided.
  • An intermediate circuit capacitance e.g. an intermediate circuit capacitor
  • a discrete precharge resistor for limiting this current within an uncritical region in the intermediate circuit can optionally be dispensed with according to the invention.
  • Such a precharging resistor and / or other precharging components, such as an intermediate circuit relay are usually integrated in the intermediate circuit and limit a current from the battery to the component and / or vice versa (so-called soft start by means of precharging).
  • Switch on by at least one or exactly two switching unit (s) per battery cell.
  • the electrical connection advantageously serves to conduct an electrical current and to supply energy to the
  • Component the current intensity of the current depending (and / or
  • step b) possibly being carried out several times until all the battery cells of the battery have been connected: a) connecting a first of the battery cells,
  • further battery cells such as a third and fourth and fifth (etc.) of the battery cells, can also be connected one after the other, in particular in the same way as the connection of the second after the first battery cell.
  • the method according to the invention has the advantage that additional precharging components are saved and the quality of the precharging is improved by a lower probability of failure.
  • further battery cells are connected in steps, preferably at least 5 or at least 10 or at least 20 of the battery cells being connected in succession.
  • the further step-by-step connection can be repeated until a predetermined total voltage of the battery is reached and / or a predetermined current of the
  • step-by-step connection can take place with a time delay, so that the total voltage and / or current strength is increased only slowly.
  • step b) only takes place when a connection condition for the
  • connection condition can be an overshoot or an undershoot or reaching a predetermined current, which after the previous connection in the
  • the current strength can preferably be recorded in the current path in which a coupling switching unit and / or the (last) connected battery cell is integrated.
  • the connection condition can also be the achievement of a certain period of time, for. B. in the 1 to 3-digit millisecond range.
  • the specific period of time can be determined, for example, by a battery timer. This enables the step-by-step connection and thus the provision of a soft start.
  • step-by-step connection according to step b) is in each case time-dependent and / or current-dependent, in particular time-controlled and / or current-controlled, preferably as a function of an electrical current detection in the current path for that and / or the previous one Switching used switching unit and / or one
  • the current detection in particular current measurement, can, for. B. done by electronics, which is integrated in the battery.
  • associated electronics for current detection can preferably be integrated in and / or associated with the battery cell. These electronics can also take over the control of the switching on, i.e. the switching of the switching unit. This can also be done autonomously, so that the battery can control the connection independently of a battery management system or the like.
  • the electronics are designed, for example, as an application-specific integrated circuit.
  • connection between the battery cells and the component has a parasitic impedance which, in particular exclusively, d. H. without using a discrete
  • Pre-charging resistor used to limit the current during pre-charging.
  • a natural current limitation can thus be used without having to use additional limiting and / or precharging components.
  • connection between the battery cells and the component has an electrical line which has a length of at least 1 m or at least 1.5 m or at least 2 m, the line being free over this length of
  • the at least one respective switching unit has at least one coupling switching unit and at least one short-circuit switching unit, which are assigned to the respective battery cell and which are alternately switched over to connect this battery cell.
  • each battery cell can be assigned at least or exactly two switching units, namely that Coupling switching unit and the short-circuit switching unit.
  • the coupling switching unit can preferably be connected in series in a current path with the
  • Battery cell to be arranged. This enables flexible connection of the battery cell. In addition, the advantage can be achieved that
  • the battery cell can be bridged or short-circuited.
  • the step-by-step connection is repeated for different ones of the battery cells in such a way that one provided by the battery for the component successively
  • Total voltage (for power supply) is increased, preferably until the total voltage is (essentially) 400 V or 800 V.
  • the step-by-step connection of the individual battery cells can result in a maximum charging voltage on the intermediate circuit (on the battery) of 4.2 V to 4.35 V. This enables a reliable operation of a
  • High-voltage battery is running. This is used in particular for the reliable energy supply of an electric drive of the vehicle.
  • the switching units are integrated in the battery, so that in particular a discrete precharging resistor and / or an intermediate circuit relay and / or an intermediate circuit switch for precharging can be dispensed with.
  • the precharge can only be implemented by components that are integrated in the battery. This enables a significant reduction in the technical outlay for producing the precharging system.
  • the invention also relates to a device for operating at least one electrical component of a vehicle using a battery. It is particularly provided that the device for
  • Fig. 2 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 3 is a schematic representation of a flow of a
  • FIG. 1 to 3 schematically illustrate a method according to the invention for operating at least one electrical component 11, the component 11 in particular a drive component 11 of a
  • Vehicle 10 can be. This is powered and operated by a battery 12, in particular a high-voltage battery 12.
  • the battery 12 can be connected to the component 11 via an intermediate circuit 13, the intermediate circuit 13 at least one
  • the intermediate circuit capacitor 14 serves to be harmful
  • Device 100 and / or a method according to the invention for limiting this current, i. H. serve to precharge the intermediate circuit 13.
  • FIG. 2 shows a device 100 according to the invention for carrying out a method according to the invention with further details.
  • At least two battery cells 30a, 30b of the battery 12 can be electrically connected to the at least one component 11 via at least one respective switching unit 20a, 20b and thus connected.
  • the battery 12 can have a first battery cell 30a, a second battery cell 30b and possibly further battery cells 30 up to an nth battery cell 30n.
  • Each of these battery cells 30 can be assigned at least one or at least two or exactly two switching units 20.
  • at least one first switching unit 20a can be assigned to the first battery cell 30a, at least one second switching unit 20b to the second battery cell 30b and an nth switching unit 20n to the nth battery cell 30n (n being an arbitrary integer).
  • n being an arbitrary integer.
  • the coupling switching unit 22 is, for example, integrated in the same current path 21 as the battery cell 30 assigned to it.
  • the short-circuit switching unit 23 is, for example, integrated with the further short-circuit switching units 23 in a current path which leads from the intermediate circuit or from the component 11 to a ground potential 40.
  • the coupling units 22 can be the battery cell assigned to them 30 connect to component 11, whereas the
  • Short-circuit switching units 23 which can bridge battery cells 30 assigned to them.
  • FIG. 2 is only to be understood as representative, so that further battery cells 30 can also be provided and precharged for precharging the intermediate circuit 13, only at least 5 or at least 10 or at least 20 or at least 20 battery cells 30 in succession
  • the at least one respective switching unit 20 can have at least one coupling switching unit 22 and one
  • step-by-step connection only takes place when a connection condition occurs with the previous one
  • the step-by-step connection can be carried out in each case as a function of an electrical current detection in the current path of the switching unit 20 used for this connection, until in particular a total voltage U by a voltage 2 of the battery 12 is reached.
  • FIG. 3 shows an exemplary course of a voltage 2 on the intermediate circuit and an electrical current 3 in the intermediate circuit over time t.
  • the switching unit S2_l shown in FIG. 2 can be closed and Sl_l opened.
  • a period of time can then be waited until the current 3 has decayed (ie remained at 0 amperes). In this way, the maximum current of the current 3 is limited. This can e.g. B. timed or current controlled by electronics in the battery 12.
  • the switching unit S2_2 can be closed and the switching unit Sl_2 can be opened when switching on a second time lb.
  • a third connection lc can also be made after the connection condition has been met, that is to say in particular the duration.
  • Switching on can be carried out several times for the further battery cells 30, up to an nth connection ln, at which a switching unit S2_n is closed and a switching unit S1_n is opened.
  • the switching units, which are assigned to a common battery cell 30, can optionally be opened mutually. When all switches Sl_l to Sl_n are open and all switches S2_l to S2_n are closed accordingly, the full intermediate circuit voltage is present and the power electronics can start the electric motor 11 or component 11.

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente (11) eines Fahrzeuges (10) durch eine Batterie (12), wobei wenigstens zwei Batteriezellen (30) der Batterie (12) über wenigstens eine jeweilige Schalteinheit (20) mit der wenigstens einen Komponente (11) elektrisch verbunden und somit hinzugeschaltet werden, wobei die nachfolgenden Schritte zur Vorladung eines Zwischenkreises (13) des Fahrzeuges (10) durchgeführt werden: a) Hinzuschalten einer ersten (30a) der Batteriezellen (30), b) Schrittweises Hinzuschalten wenigstens einer zweiten (30b) der Batteriezellen (30), jeweils nachdem ein vorangegangenes Hinzuschalten erfolgt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente eines
Fahrzeuges
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente eines Fahrzeuges. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente eines Fahrzeuges.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass beim Starten eines
Elektrofahrzeuges zunächst eine Kapazität eines Zwischenkreises geladen wird, um schädliche Stromschwankungen aus der Leistungselektronik zur Batterie zu vermeiden. Da die Zwischenkreiskapazität hierbei quasi instantan mit der Batterie verbunden wird, können sehr große elektrische Ströme bei dieser Vorladung auftreten. Diese müssen mittels eines Vorladewiderstandes in eine unkritische Region gebracht werden. Hierzu wird zunächst zwischen der Batterie und einer E-Maschine des Fahrzeuges der elektrische Strom durch den
Vorladewiderstand gelenkt, z. B. durch Schalten eines Vorlade-Relais. Nach der Vorladung der Zwischenkreiskapazität kann das Relais den Vorladewiderstand wieder überbrücken, sodass die Strombegrenzung deaktiviert wird.
Aus der Schrift DE 10 2015 016980 Al ist eine Batterie für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei zumindest zwei Batteriestränge vorgesehen sind. Diese weisen jeweils zumindest eine Batteriezelle und ein dazu seriell geschaltetes Schaltelement auf. Darüber hinaus ist eine Vorladevorrichtung vorgesehen, welche in einem ersten Betriebsmodus der Batterie zum Vorladen eines Zwischenkreises des Bornetzes ausgelegt ist. Aus der Schrift US 2013/0062891 Al ist ein sog. Softstartsystem zur Vorladung eines Zwischenkreises bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren mit den Merkmalen des
unabhängigen Verfahrensanspruchs und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Insbesondere unter Schutz gestellt ist ein Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente, insbesondere Antriebskomponente, eines Fahrzeuges durch eine (insbesondere wiederaufladbare) Batterie, vorzugsweise Hochvoltbatterie. Die elektrische Komponente kann dabei als ein elektrischer Verbraucher eines Bordnetzes des Fahrzeuges ausgeführt sein. Außerdem kann die elektrische Komponente als eine Hochvolt- Komponente und/oder eine Antriebskomponente des Fahrzeuges ausgebildet sein, wie ein Elektromotor. Entsprechend ist es möglich, dass die Batterie als eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie zur Energieversorgung der Hochvolt- Komponente ausgebildet ist, um eine Fortbewegung des Fahrzeuges zu ermöglichen.
Von Vorteil ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Fahrzeug als ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug oder dergleichen ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug ausgebildet, welches einen Hybrid-Antrieb oder ausschließlich einen elektrischen Antrieb aufweist. Entsprechend kann die Komponente eine Komponente eines Hochvolt-Antriebsstrangs einer E-Maschine des Fahrzeuges sein. Es ist daher bei derartigen Elektrofahrzeugen möglich, dass eine Topologie aus Hochvolt- Bateriepack (also die Baterie), Zwischenkreis und Leistungselektronik der E- Maschine vorgesehen ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass beim Starten des Fahrzeuges und/oder beim Starten eines Elektromotors des Fahrzeuges und/oder bei einer
Inbetriebnahme der Komponente zunächst ein Zwischenkreis geladen wird, welcher die Baterie mit der Komponente verbindet. Auf diese Weise können schädliche Stromschwankungen und/oder Rippel aus einer Leistungselektronik des Fahrzeuges zur Baterie vermieden werden. Eine Zwischenkreiskapazität (z. B. eines Zwischenkreiskondensators) kann dabei beim Starten mit der Baterie elektrisch verbunden werden, sodass hierbei grundsätzlich große elektrische Ströme auftreten können. Auf einen diskreten Vorladewiderstand zur Begrenzung dieses Stroms innerhalb einer unkritischen Region im Zwischenkreis kann erfindungsgemäß ggf. verzichtet werden. Ein solcher Vorladewiderstand und/oder weitere Vorladekomponenten, wie ein Zwischenkreisrelais, sind üblicherweise im Zwischenkreis integriert, und begrenzen einen Strom von der Baterie zur Komponente und/oder umgekehrt (sogenannter Softstart mitels Vorladung).
Um die Vorladung zu optimieren und ggf. auf den Vorladewiderstand und/oder die weiteren Vorladekomponenten verzichten zu können, ist es erfindungsgemäß möglich, dass wenigstens zwei Bateriezellen der Baterie (insbesondere nacheinander) über wenigstens eine jeweilige (elektrische oder elektronische) Schalteinheit mit der wenigstens einen Komponente elektrisch verbunden und somit hinzugeschaltet werden können. In anderen Worten kann das
Hinzuschalten durch mindestens eine oder genau zwei Schalteinheit(en) pro Bateriezelle erfolgen. Die elektrische Verbindung dient dabei vorteilhafterweise zur Leitung eines elektrischen Stroms und zur Energieversorgung der
Komponente, wobei die Stromstärke des Stroms abhängig (und/oder
proportional) ist von der (zur) Anzahl der hinzugeschalteten Bateriezellen.
Dabei können die nachfolgenden Schrite zur Vorladung eines Zwischenkreises des Fahrzeuges durchgeführt werden, insbesondere nacheinander, wobei Schrit b) ggf. mehrfach durchgeführt wird, bis sämtliche Bateriezellen der Baterie hinzugeschaltet sind: a) Hinzuschalten einer ersten der Batteriezellen,
b) Schrittweises Hinzuschalten wenigstens einer zweiten der Batteriezellen, jeweils nachdem ein vorangegangenes Hinzuschalten erfolgt ist.
In anderen Worten können auch weitere Batteriezellen, wie eine dritte und vierte und fünfte (usw.) der Batteriezellen, jeweils nacheinander hinzugeschaltet werden, insbesondere in gleicher Weise wie das Hinzuschalten der zweiten nach der ersten Batteriezelle. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass zusätzliche Vorladekomponenten eingespart werden und die Qualität der Vorladung durch eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit verbessert wird.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn zur Vorladung des Zwischenkreises weitere der Batteriezellen schrittweise hinzugeschaltet werden, wobei bevorzugt wenigstens 5 oder wenigstens 10 oder wenigstens 20 der Batteriezellen nacheinander hinzugeschaltet werden. Bspw. kann das weitere schrittweise Hinzuschalten so oft wiederholt werden, bis eine vorgegebene Gesamtspannung der Batterie erreicht ist und/oder eine vorgegebene Stromstärke der
Energieversorgung erreicht ist und/oder sämtliche Batteriezellen hinzugeschaltet sind. Insbesondere kann dabei das schrittweise Hinzuschalten zeitverzögert erfolgen, sodass nur langsam die Gesamtspannung und/oder Stromstärke erhöht wird.
Es kann weiter möglich sein, dass das schrittweise Hinzuschalten gemäß Schritt b) jeweils erst dann erfolgt, wenn eine Zuschaltbedingung bei dem
vorangegangenen Hinzuschalten vorliegt. Die Zuschaltbedingung kann ein Überschreiten oder ein Unterschreiten oder ein Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke sein, welche nach dem vorangegangenen Hinzuschalten im
Strompfad der für dieses vorangegangene Hinzuschalten genutzten Schalteinheit erfasst wird. Bevorzugt kann die Stromstärke in dem Strompfad erfasst werden, in welchem eine Kopplungsschalteinheit und/oder die (zuletzt) hinzugeschaltete Batteriezelle integriert ist. Auch kann die Zuschaltbedingung das Erreichen einer bestimmten Zeitdauer sein, z. B. im 1 bis 3-stelligen Millisekunden Bereich. Die bestimmte Zeitdauer kann bspw. durch einen Timer der Batterie ermittelt werden. Dies ermöglicht das schrittweise Hinzuschalten und damit die Bereitstellung eines Softstarts. Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das schritweise Hinzuschalten gemäß Schrit b) jeweils zeit- und/oder stromabhängig, insbesondere zeit- und/oder stromgesteuert, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer elektrischen Stromerfassung im Strompfad der für dieses und/oder das vorangegangene Hinzuschalten genutzten Schalteinheit und/oder einer
Zeitmessung erfolgt. Die Stromerfassung, insbesondere Strommessung, kann z. B. durch eine Elektronik erfolgen, welche in der Baterie integriert ist.
Vorzugsweise kann für jede Bateriezelle eine zugehörige Elektronik für die Stromerfassung in oder an der Bateriezelle integriert und/oder dieser zugeordnet sein. Diese Elektronik kann auch die Steuerung des Hinzuschaltens, also das Umschalten der Schalteinheit, übernehmen. Dies kann auch autark erfolgen, sodass die Baterie unabhängig von einem Bateriemanagementsystem oder dergleichen autark das Hinzuschalten steuern kann. Die Elektronik ist bspw. als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgeführt.
Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen den Bateriezellen und der Komponente eine parasitäre Impedanz aufweist, welche, insbesondere ausschließlich d. h. ohne Nutzung eines diskreten
Vorladewiderstands, zur Strombegrenzung bei der Vorladung verwendet wird. Somit kann eine natürliche Strombegrenzung genutzt werden ohne hierzu zusätzliche Begrenzungs- und/oder Vorladekomponenten einsetzen zu müssen.
Es ist ferner im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Verbindung zwischen den Bateriezellen und der Komponente eine elektrische Leitung aufweist, welche eine Länge von mindestens 1 m oder mindestens 1,5 m oder mindestens 2 m aufweist, wobei vorzugsweise über diese Länge die Leitung frei von
zwischengeschalteten elektrischen Bauelementen ist. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit erhöht werden und/oder der Materialaufwand verringert werden.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die zumindest eine jeweilige Schalteinheit wenigstens eine Kopplungsschalteinheit und wenigstens eine Kurzschlussschalteinheit aufweist, welche der jeweiligen Bateriezelle zugeordnet sind, welche zum Hinzuschalten dieser Bateriezelle wechselseitig umgeschaltet werden. In anderen Worten können jeder Bateriezelle zumindest oder genau zwei Schalteinheiten zugeordnet sein, nämlich die Kopplungsschalteinheit und die Kurzschlussschalteinheit. Vorzugsweise die Kopplungsschalteinheit kann dabei seriell in einem Strompfad mit der
Batteriezelle angeordnet sein. Dies ermöglicht ein flexibles Hinzuschalten der Batteriezelle. Zudem kann der Vorteil erzielt werden, dass durch die
Kurzschlussschalteinheit die Batteriezelle überbrückt bzw. kurzgeschlossen werden kann.
Gemäß einem weiteren Vorteil kann vorgesehen sein, dass das schrittweise Hinzuschalten derart für verschiedene der Batteriezellen wiederholt wird, dass sukzessive eine durch die Batterie für die Komponente bereitgestellte
Gesamtspannung (zur Energieversorgung) erhöht wird, vorzugsweise bis die Gesamtspannung (im Wesentlichen) 400 V oder 800 V beträgt. Insbesondere kann dabei durch das schrittweise Hinzuschalten der einzelnen Batteriezellen eine maximale Ladespannung am Zwischenkreis (an der Batterie) von 4,2 V bis 4,35 V entstehen. Dies ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb eines
Elektromotors des Fahrzeuges.
Weiter ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Batterie als
Hochvoltbatterie ausgeführt ist. Diese wird insbesondere zur zuverlässigen Energieversorgung eines Elektroantriebs des Fahrzeugs genutzt.
Ferner ist es optional vorgesehen, dass die Schalteinheiten in die Batterie integriert sind, sodass insbesondere auf einen diskreten Vorladewiderstand und/oder auf ein Zwischenkreisrelais und/oder auf einen Zwischenkreisschalter zur Vorladung verzichtet werden kann. In anderen Worten kann die Vorladung ausschließlich durch Komponenten realisiert werden, welche in der Batterie integriert sind. Somit ist eine deutliche Reduzierung des technischen Aufwands zur Herstellung des Vorladesystems möglich.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente eines Fahrzeuges durch eine Batterie. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung zur
Durchführung der Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Damit bringt die erfindungsgemäße Vorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen
Bezugszeichen verwendet.
Anhand den Fig. 1 bis 3 wird schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente 11 visualisiert, wobei die Komponente 11 insbesondere eine Antriebskomponente 11 eines
Fahrzeuges 10 sein kann. Diese wird durch eine Batterie 12, insbesondere Hochvoltbatterie 12, mit Energie versorgt und damit betrieben.
Die Batterie 12 kann über einen Zwischenkreis 13 mit der Komponente 11 verbunden sein, wobei der Zwischenkreis 13 zumindest einen
Zwischenkreiskondensator 14 aufweist. Die Zwischenkreiskapazität des
Zwischenkreiskondensators 14 dient dabei dazu, schädliche
Stromschwankungen zu vermeiden. Jedoch können bei der Kopplung der Baterie 12 mit der Komponente 11 sehr große Ströme entstehen, welche zur Vermeidung eines kritischen Betriebszustands in einen unkritischen Bereich begrenzt werden müssen. Entsprechend kann eine erfindungsgemäße
Vorrichtung 100 und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Begrenzung dieses Stroms, d. h. zur Durchführung einer Vorladung des Zwischenkreises 13, dienen.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit weiteren Einzelheiten gezeigt.
Dabei können wenigstens zwei Bateriezellen 30a, 30b der Baterie 12 über wenigstens eine jeweilige Schalteinheit 20a, 20b mit der wenigstens einen Komponente 11 elektrisch verbunden und somit hinzugeschaltet werden. Hierzu ist es vorgesehen, dass die nachfolgenden Schrite zur Vorladung eines
Zwischenkreises 13 des Fahrzeuges 10 durchgeführt werden:
Hinzuschalten einer ersten 30a der Bateriezellen 30,
Schritweises Hinzuschalten wenigstens einer zweiten 30b der
Bateriezellen 30, jeweils nachdem ein vorangegangenes Hinzuschalten erfolgt ist.
Die Baterie 12 kann eine erste Bateriezelle 30a, eine zweite Bateriezelle 30b und ggf. weitere Bateriezellen 30 bis zu einer n-ten Bateriezelle 30n aufweisen. Jeder dieser Bateriezellen 30 können zumindest eine oder zumindest zwei oder genau zwei Schalteinheiten 20 zugeordnet sein. Entsprechend kann wenigstens eine erste Schalteinheit 20a der ersten Bateriezelle 30a, wenigstens eine zweite Schalteinheit 20b der zweiten Bateriezelle 30b und eine n-te Schalteinheit 20n der n-ten Bateriezelle 30n zugeordnet sein, (n ist hierbei eine beliebige ganze Zahl). Falls jeder der Bateriezellen 30 wenigstens zwei Schalteinheiten 20 zugeordnet sind, können diese zudem in eine Kopplungsschalteinheit 22 und eine Kurzschlussschalteinheit 23 unterteilt werden. Die Kopplungsschalteinheit 22 ist bspw. im selben Strompfad 21 integriert wie die dieser zugeordneten Bateriezelle 30. Die Kurzschlussschalteinheit 23 ist bspw. mit den weiteren Kurzschlussschalteinheiten 23 in einen Strompfad integriert, welcher vom Zwischenkreis bzw. von der Komponente 11 zu einem Massepotential 40 führt. Die Kopplungseinheiten 22 können dabei die dieser zugeordneten Bateriezelle 30 mit der Komponente 11 verbinden, wohingegen die
Kurzschlussschalteinheiten 23 die dieser zugeordneten Batteriezellen 30 überbrücken können.
Fig. 2 ist dabei nur repräsentativ zu verstehen, sodass zur Vorladung des Zwischenkreises 13 auch weitere Batteriezellen 30 vorgesehen und schrittweise hinzugeschaltet werden können, wobei nur beispielhaft wenigstens 5 oder wenigstens 10 oder wenigstens 20 Batteriezellen 30 nacheinander
hinzugeschaltet werden. Insbesondere kann die zumindest eine jeweilige Schalteinheit 20 wenigstens eine Kopplungsschalteinheit 22 und eine
Kurzschlussschalteinheit 23 umfassen, welche der jeweiligen Batteriezelle 30 zugeordnet sind, und welche zum Hinzuschalten dieser Batteriezelle 30 wechselseitig umgeschaltet werden.
Gemäß Fig. 3 ist visualisiert, dass das schrittweise Hinzuschalten jeweils erst dann erfolgt, wenn eine Zuschaltbedingung bei dem vorangegangenen
Hinzuschalten vorliegt. Dazu kann das schrittweise Hinzuschalten jeweils in Abhängigkeit von einer elektrischen Stromerfassung im Strompfad der für dieses Hinzuschalten genutzten Schalteinheit 20 durchgeführt werden, bis insbesondere eine Gesamtspannung U durch eine Spannung 2 der Batterie 12 erreicht ist.
Es wird nun ein beispielhafter Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei das hierzu notwendige Hinzuschalten der Batteriezellen 30 mittels der zugehörigen Schalteinheiten 20 durch geführt wird. Dabei ist in Fig. 3 ein beispielhafter Verlauf einer Spannung 2 am Zwischenkreis sowie eines elektrischen Stroms 3 im Zwischenkreis über die Zeit t gezeigt. Bei einem ersten Hinzuschalten la kann dabei zunächst die (in Fig. 2 gezeigte) Schalteinheit S2_l geschlossen und Sl_l geöffnet werden. Es kann sodann eine Zeitdauer abgewartet werden, bis der Strom 3 abgeklungen (d. h. auf 0 Ampere geblieben) ist. Auf diese Weise wird die maximale Stromstärke des Stroms 3 begrenzt. Dies kann z. B. zeitgesteuert oder stromgesteuert durch eine Elektronik in der Batterie 12 durchgeführt werden. Anschließend kann bei einem zweiten Hinzuschalten lb die Schalteinheit S2_2 geschlossen und die Schalteinheit Sl_2 geöffnet werden. Ebenfalls nach dem Vorliegen der Zuschaltbedingung, also insbesondere der Zeitdauer, kann ein drittes Hinzuschalten lc erfolgen. Das Hinzuschalten kann mehrfach für die weiteren Batteriezellen 30 durchgeführt werden, bis zu einem n- ten Hinzuschalten ln, bei welchem eine Schalteinheit S2_n geschlossen und eine Schalteinheit Sl_n geöffnet wird. Die Schalteinheiten, welche einer gemeinsamen Batteriezelle 30 zugeordnet sind, können dabei ggf. wechselseitig geöffnet werden. Wenn alle Schalter Sl_l bis Sl_n geöffnet sind und entsprechend alle Schalter S2_l bis S2_n geschlossen sind, liegt die volle Zwischenkreisspannung an und die Leistungselektronik kann den E-Motor 11 bzw. die Komponente 11 starten. Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente (11) eines Fahrzeuges (10) durch eine Batterie (12), wobei
wenigstens zwei Batteriezellen (30) der Batterie (12) über wenigstens eine jeweilige Schalteinheit (20) mit der wenigstens einen Komponente (11) elektrisch verbunden und somit hinzugeschaltet werden,
wobei die nachfolgenden Schritte zur Vorladung eines Zwischenkreises (13) des Fahrzeuges (10) durchgeführt werden:
a) Hinzuschalten einer ersten (30a) der Batteriezellen (30),
b) Schrittweises Hinzuschalten wenigstens einer zweiten (30b) der
Batteriezellen (30), jeweils nachdem ein vorangegangenes
Hinzuschalten erfolgt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Vorladung des Zwischenkreises (13) weitere der Batteriezellen (30) schrittweise hinzugeschaltet werden, wobei wenigstens 5 oder wenigstens 10 oder wenigstens 20 der Batteriezellen (30) nacheinander hinzugeschaltet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das schrittweise Hinzuschalten gemäß Schritt b) jeweils erst dann erfolgt, wenn eine Zuschaltbedingung bei dem vorangegangenen
Hinzuschalten vorliegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das schrittweise Hinzuschalten gemäß Schritt b) jeweils zeit- und/oder stromabhängig erfolgt, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer elektrischen Stromerfassung im Strompfad der für ein vorangegangenes Hinzuschalten genutzten Schalteinheit (20) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung zwischen den Batteriezellen (30) und der Komponente
(11) eine parasitäre Impedanz aufweist, welche, insbesondere
ausschließlich, zur Strombegrenzung bei der Vorladung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest eine jeweilige Schalteinheit (20) eine
Kopplungsschalteinheit (22) und eine Kurzschlussschalteinheit (23) aufweist, welche der jeweiligen Batteriezelle (30) zugeordnet sind, und welche zum Hinzuschalten dieser jeweiligen Batteriezelle (30)
wechselseitig umgeschaltet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das schrittweise Hinzuschalten derart für verschiedene der
Batteriezellen (30) wiederholt wird, dass sukzessive eine durch die Batterie
(12) für die Komponente (11) bereitgestellte Gesamtspannung zur
Energieversorgung erhöht wird, vorzugsweise bis die Gesamtspannung 400 V oder 800 V beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Batterie als Hochvoltbatterie ausgeführt ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinheiten (20) in die Batterie (12) integriert sind. 10. Vorrichtung (100) zum Betreiben wenigstens einer elektrischen
Komponente (11) eines Fahrzeuges (10) durch eine Batterie (12), dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
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