WO2020007617A1 - Mehrspannungsbatterievorrichtung und mehrspannungsbordnetz für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2020007617A1
WO2020007617A1 PCT/EP2019/066264 EP2019066264W WO2020007617A1 WO 2020007617 A1 WO2020007617 A1 WO 2020007617A1 EP 2019066264 W EP2019066264 W EP 2019066264W WO 2020007617 A1 WO2020007617 A1 WO 2020007617A1
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battery cell
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battery
electrical system
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PCT/EP2019/066264
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Tobias Aschenbrenner
Stefan Lauer
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Vitesco Technologies GmbH
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
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    • H02J1/082—Plural DC voltage, e.g. DC supply voltage with at least two different DC voltage levels
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    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
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    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Definitions

  • the present invention relates to a multi-voltage battery device and a multi-voltage electrical system for a motor vehicle, in particular a hybrid electric / electric vehicle, with a multi-voltage battery device.
  • Multi-voltage battery devices for providing various nominal or operating voltages for multi-voltage on-board networks of motor vehicles, in particular hybrid electric / electric vehicles, are known.
  • the multi-voltage battery devices can, for example, discharge in the event of a long standstill of the motor vehicles below their critical state of charge (deep discharge), which can damage individual battery cells. This in turn can lead to faults in the multi-voltage electrical systems.
  • the battery cells of the multi-voltage battery devices Due to the physical nature, the battery cells of the multi-voltage battery devices have a limited maximum charging power, which, if exceeded, can also damage the battery cells. This can also lead to faults in the multi-voltage electrical systems.
  • the object of the invention is therefore to provide a possibility with which the multi-voltage battery devices and thus also the multi-voltage electrical systems of motor vehicles can be reliably protected against malfunctions due to damage to the battery cells of the multi-voltage battery devices.
  • a multi-voltage battery device for a multi-voltage electrical system of a motor vehicle, in particular a hybrid electric / electric vehicle, is provided.
  • the multi-voltage battery device comprises a first power connection and a ground current connection for providing a first nominal voltage, for example a first electrical system voltage for the multi-voltage electrical system.
  • the multi-voltage battery device further comprises a second power connection which is used with the ground current connection to provide a second nominal voltage, for example a second vehicle electrical system voltage for the multi-voltage vehicle electrical system, and to connect the multi-voltage battery device to an external power source.
  • a second power connection which is used with the ground current connection to provide a second nominal voltage, for example a second vehicle electrical system voltage for the multi-voltage vehicle electrical system, and to connect the multi-voltage battery device to an external power source.
  • the multi-voltage battery device further comprises a first battery cell group, which is electrically connected between the first and the second power connection.
  • the multi-voltage battery device also comprises a second battery cell group which is electrically connected between the second power connection and the ground current connection.
  • the multi-voltage battery device also comprises a DC-DC converter which is electrically connected on the input voltage side between the second power connection and the second battery cell group and on the output voltage side between the first current connection and the first battery cell group.
  • the DC-DC converter is set up to convert an input voltage present at the second current connection (or between the second current connection and the ground current connection) into a charging voltage for charging the first battery cell group.
  • the multi-voltage battery device also includes a battery management arrangement for operating the multi-voltage battery device, which is set up, in the event of a critical state of charge of the second battery cell group, to connect it to the second power connection (or
  • the battery management arrangement is also set up in the event that the input power provided at the second power connection exceeds a (maximum) charging power that can be absorbed by the second battery cell group
  • a multi-voltage battery device is provided with two battery cell groups that provide different nominal voltages or vehicle electrical system voltages for different vehicle electrical system branches of a multi-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • the multi-voltage battery device can monitor the state of charge of the second battery cell group and, in the event of a critical state of charge of the second battery cell group (or in the event of impending deep discharge), charge it with the input power provided by the external power source at the second power connection. As a result, the second battery cell group and thus the multi-voltage battery device can be protected from damage by deep discharge.
  • the multi-voltage battery device in the event that the input power provided by the external power source exceeds the maximum charging power that can be absorbed by the second battery cell group, can transfer the excess input power to the first battery cell group and thus protect the second battery cell group from damage caused by excessive charging power. The excess input power is then measured using the
  • the first battery cell group Since the first battery cell group is usually already partially discharged by the current consumption during the driving operation of the motor vehicle before the sleep mode at the time when the motor vehicle goes into the sleep mode, this can easily be operated with the above-mentioned power difference (or the excess) Input power) can be charged. In addition, the charging process of the first battery cell group with the power difference from the battery management arrangement is only maintained until it is fully charged.
  • the multi-voltage battery device can, for example, with the second battery cell group even during a sleep mode of the motor vehicle, in which the motor vehicle is switched off (after the end of a ferry operation) and in which only safety-relevant and other relevant functions of the vehicle are carried out, a minimum current for carrying out the relevant Provide functions.
  • An imminent deep discharge of the second battery cell group is recognized in good time by the battery management arrangement and averted by charging the second battery cell group with the current provided by the external power source at the second power connection (or between the second power connection and the ground current connection).
  • the second battery cell group can be charged by different external power sources with different nominal output powers, since the excess input power, which is provided by the external power source and lies above the maximum charging power that can be absorbed by the second battery cell group, is controlled by the battery management arrangement to the first battery cell group is dissipated.
  • Multi-voltage battery device and thus also a multi-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle can be reliably protected against interference from damage to the multi-voltage battery device or to the battery cells of the multi-voltage battery device.
  • an on-board emergency power source such as. B an emergency battery or a
  • an external, in particular stationary, emergency power source such as, for. B. a power connection to a public power grid or
  • On-board battery of another vehicle can be used as the external power source to which the second battery cell group can be electrically connected for charging.
  • the multi-voltage battery device further comprises a first controllable switch which is electrically connected between the first and the second power connection and thus in series with the first battery cell group.
  • the first switch thus connects the first battery cell group to the second battery cell group in a switchable manner.
  • the multi-voltage battery device can thus provide the first nominal voltage with a voltage level between the first current connection and the ground current connection that corresponds to the sum of the nominal voltages of the two battery cell groups.
  • the multi-voltage battery device further includes a second controllable switch that is between the second
  • the second switch serves to establish or interrupt the electrical connection from the second battery cell group to the second power connection or the ground current connection, as required.
  • the battery management arrangement is also set up to charge the second switch, especially the first switch, when the second battery cell group is critically charged to close the second battery cell group or the two battery cell groups or to keep them in the closed conductive switching state.
  • the first and / or the second switch are each designed as a relay.
  • the DC / DC converter is designed as a bidirectional DC / DC converter and is also set up to charge the first battery cell group with current from the second battery cell group and / or to charge the second battery cell group with current from the first battery cell group.
  • the battery management arrangement is further configured to operate the DC / DC converter in the critical state of charge of the second battery cell group in such a way that it charges the second battery cell group with the current of the first battery cell group.
  • the aforementioned critical state of charge of the first and / or the second battery cell group is, for example, below 30%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5% or 3%.
  • the critical state of charge depends in particular on the materials or cell chemistry used, as well as on cell temperatures and / or other physical states of the battery cells of the first and second battery cell groups.
  • the first nominal voltage is 48 volts.
  • the second nominal voltage is 12 volts.
  • a multi-voltage on-board electrical system for a motor vehicle in particular for a hybrid electric / electric vehicle
  • the multi-voltage electrical system comprises a first electrical system branch with a first electrical system voltage and a second electrical system branch with a second electrical system voltage.
  • the multi-voltage electrical system further comprises a previously described multi-voltage battery device which is electrically connected to the first electrical system branch via the first power connection (and the ground current connection) and to the second electrical system branch via the second current connection (and the ground current connection).
  • the multi-voltage electrical system comprises the (previously mentioned external) current source which is electrically connected in the second electrical system branch between the second current connection and the ground current connection.
  • the current source has an internal resistance which serves to limit the nominal output voltage of the current source to the level of the second electrical system voltage.
  • the single figure shows a schematic representation of a multi-voltage electrical system BN of a hybrid electric vehicle with a multi-voltage battery device MB according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the multi-voltage electrical system BN is installed in the figure in a hybrid electric vehicle with a 48 volt mild hybrid drive, which comprises an internal combustion engine and a starter generator for starting the internal combustion engine.
  • the multi-voltage electrical system BN comprises a first electrical system branch BZ1, in which a first electrical system voltage Ul of 48 volts is present.
  • a first electrical system voltage Ul of 48 volts is present.
  • electricity consumers with an operating voltage of 48 volts are electrically connected, and they consume a lot of electrical power during operation.
  • These electricity consumers include, for example, the starter generator and an electric heater for heating the vehicle interior.
  • the multi-voltage electrical system BN further comprises a second electrical system branch BZ2, in which a second electrical system voltage U2 of 12 volts is present.
  • a second electrical system voltage U2 of 12 volts is present in the second electrical system branch BZ2
  • electricity consumers with an operating voltage of 12 volts are electrically connected, some of which have to be maintained in operation even after the vehicle has been switched off and thus in the vehicle's idle mode.
  • These electricity consumers include, for example, a vehicle diagnostic system and various sensors.
  • an emergency power source SQ such as. B. in the form of a 12 volt genera gate arrangement.
  • the emergency power source SQ or the generator arrangement can have an internal resistance R which limits the nominal output voltage of the emergency power source SQ or the generator arrangement to the level of the second electrical system voltage U2 of 12 volts.
  • the multi-voltage electrical system BN also includes a multi-voltage battery device MB for providing or for maintaining the two electrical system voltages Ul, U2.
  • the multi-voltage battery device MB is formed as a so-called AES battery, ie a 48 volt battery with a 12 volt tap and an integrated DC voltage converter GW.
  • the multi-voltage battery device MB comprises, on the output side, a first current connection A1 and a ground current connection MA, via which the multi-voltage battery device MB is electrically connected to the first electrical system branch BZ1.
  • the multi-voltage battery device MB provides, as a first nominal voltage, the first on-board electrical system voltage Ul, which is between the first power connection Al and the Mas
  • the multi-voltage battery device MB further comprises a second current connection A2 on the output side and is electrically connected to the second electrical system branch BZ2 via the second current connection A2 and the ground current connection MA.
  • the multi-voltage battery device MB provides, as a second nominal voltage, the second electrical system voltage U2 which is present between the second current connection A2 and the ground current connection MA.
  • the multi-voltage battery device MB comprises, between the first power connection A1 and the second power connection A2, a first series connection of a first fuse FS1, a first relay RL1 as a first controllable switch and a first battery cell group ZG1.
  • the first battery cell group ZG1 is electrically connected to the first current connection A1 via its positive pole PP1 (and furthermore via the first relay RL1 and the first fuse FS1) and via its negative pole NP1 to the second current connection A2.
  • the first battery cell group ZG1 has a nominal output voltage of 36 volts and thus provides part of the first electrical system voltage Ul (of 48 volts).
  • the first series connection with the first battery cell group ZG1 thus forms a first part of the current / voltage source for the first electrical system branch BZ1.
  • the multi-voltage battery device MB further comprises between the second current connection A2 and the ground current connection MA a second series connection of a second battery cell group ZG2, a second fuse FS2 and a second relay RL2 as a second controllable switch.
  • the second battery cell group ZG2 is electrical via its positive pole PP2 with the second power connection A2 (and thus with the negative pole NP1 of the first battery cell group ZG1) and via its negative pole NP2 (and via the second fuse FS2 and the second relay RL2) with the ground current connection MA connected.
  • the second battery cell group ZG2 has a nominal output voltage of 12 volts and provides the second electrical system voltage U2 (12 volts).
  • the second series circuit with the second battery cell group ZG2 thus forms the current / voltage source for the second electrical system branch BZ2.
  • the second battery cell group ZG2 (with the 12 volt nominal output voltage) (when the two relays RL1, RL2 are in the closed switching state) with the first battery cell group ZG1 (with the 36 volt nominal output voltage) provides the first on-board electrical system voltage Ul of 48 volts in series.
  • the second series connection with the second battery cell group ZG2 thus forms a second part of the current / voltage source for the first electrical system branch BZ1.
  • the two battery cell groups ZG1, ZG2 are formed from the same Li-ion battery cells, which are assembled in a cell pack with a total nominal output voltage of 48 volts.
  • the cell pack has a center tap which divides the total number of battery cells three to one or into the first and second battery cell groups ZG1, ZG2, each with a nominal output voltage of 36 volts or 12 volts.
  • This center tap also forms the negative pole NP1 of the first battery cell group ZG1 and the positive pole PP2 of the second battery cell group ZG2, and is electrically connected to the second power connection A2.
  • the multi-voltage battery device MB also includes a bidirectional DC voltage converter GW, the input voltage side of the above-mentioned center tap and thus to the second power connection A2 and the output voltage side to the first power connection Al and thus (via the first fuse FS1 and the first relay RL1) at the positive pole PP1 of the first Battery cell group ZG1 is electrically connected.
  • a bidirectional DC voltage converter GW the input voltage side of the above-mentioned center tap and thus to the second power connection A2 and the output voltage side to the first power connection Al and thus (via the first fuse FS1 and the first relay RL1) at the positive pole PP1 of the first Battery cell group ZG1 is electrically connected.
  • the DC-DC converter GW is set up, if necessary (or in the case of a critical state of charge in the second battery cell groups ZG2 or in the two battery cell groups ZG1, ZG2) the second battery cell group ZG2 or the two battery cell groups ZG1, ZG2 with a current provided by the current source SQ charge.
  • the DC-DC converter GW is also set up to charge the respective battery cell group ZG1 or ZG2 with the critical state of charge with current from the respective other battery cell group ZG2 or ZG1 if necessary (or in the case of a critical state of charge in one of the two battery cell groups ZG1, ZG2).
  • the multi-voltage battery device MB also includes a battery management arrangement BM for operating or for controlling or regulating the multi-voltage battery device MB.
  • the battery management arrangement BM is electrically connected via its supply current connections VA1, VA2 between the second current connection A2 and the ground current connection MA and thus parallel to the second series connection or to the second battery cell group ZG2 and the second relay RL2.
  • the battery management arrangement BM (if the second relay RL2 is closed) is thus supplied with current by the second battery cell group ZG2.
  • the battery management arrangement BM is connected on the signal input side via two measurement signal connections MAI, MA2 to the two battery cell groups ZG1, ZG2 and monitors the charge states (in English "State of Charge, SoC") via these measurement signal connections MAI, MA2 in a manner known to the person skilled in the art Aging conditions (in English "State of Health, SoH”) and other properties, such as. B. temperatures of the two battery cell groups ZG1, ZG2.
  • the battery management arrangement BM is connected to the signal output side via three control signal connections SA1, SA2, SA3
  • DC voltage converter GW the first and the second relay RL1, RL2 or with respective control signal connections of these com ponents connected in terms of signal technology.
  • the battery management arrangement BM is set up to monitor the charge states of the two battery cell groups ZG1, ZG2 in a manner known to the person skilled in the art and, in the case of critical charge states of the respective battery cell groups ZG1, ZG2, to control or regulate the direct voltage converter GW, the two relays RL1, RL2, so that the two battery cell groups ZG1, ZG2 are each charged with the current from the other battery cell group ZG2, ZG1 and thus protected against damage from deep discharge.
  • Nominal voltage of 12 volts (12 volt consumers) are therefore connected in the second electrical system branch BZ2 and are consequently supplied with power by the second battery cell group ZG2 - even while the vehicle is in sleep mode.
  • the first relay RL1 is usually opened in a controlled manner by the battery management arrangement BM and the first battery cell group ZG1 is electrically isolated from the multi-voltage electrical system BN and thus from power consumers in the first electrical system branch BZ1.
  • the second relay RL2 remains controlled (still) closed by the battery management arrangement BM in order initially to provide a further power supply for the aforementioned 12 volt consumers, i.e. the systems or components which carry out the safety-relevant and other relevant functions during the vehicle's idle mode to ensure.
  • the second battery cell group ZG2 is sufficiently charged at the time when the vehicle goes into sleep mode, it can supply the 12 volt consumers with power for a period of several days or weeks in which the vehicle is in sleep mode throughout.
  • the battery management arrangement BM closes the second relay RL2 or keeps it in the closed switching state, so that the power supply for the 12 volt consumers is guaranteed by the second battery cell group ZG2 for the stated period of time.
  • Li-ion battery cells of the second battery cell group ZG2 are discharged to a critical charge level of, for example, 5%, the battery cells are at risk of irreversible damage due to deep discharge.
  • the battery management arrangement BM uses the remaining battery properties to check whether the battery cells of the second battery cell group ZG2 are irreversibly damaged.
  • the battery management arrangement BM when the second relay RL2 is closed, initiates the second battery cell group ZG2 with that of the Charge current source SQ between the second current connection A2 and the ground current connection MA.
  • the battery management arrangement BM compares the input power provided by the current source SQ at the second power connection A2 with the charging power (maximum) that can be absorbed by the second battery cell group ZG2. In the event that the input power exceeds the (maximum) absorbable charging power, the battery management arrangement BM controls the DC voltage converter GW in such a way that it charges the first battery cell group ZG1 with an electric power that corresponds to the power difference between the input power and the charging power of the second Battery cell group ZG2 corresponds.
  • the battery management arrangement BM also closes the first relay RL1 and holds it in the closed switching state, so that the current flow from the second current connection A2 via the direct voltage converter GW to the first battery cell group ZG1 is made possible.
  • the battery management arrangement BM checks the state of charge of the first battery cell group ZG1 in the event of impending deep discharge in the second battery cell group ZG2.
  • the battery management arrangement BM keeps the second relay RL2 closed and additionally closes the first relay RL1, which was opened in a controlled manner by the battery management arrangement BM when the motor vehicle was in the sleep mode. Furthermore, the battery management arrangement BM controls the DC voltage converter GW in such a way that it charges the second battery cell group ZG2 with the current from the first battery cell group ZG1. This protects the second battery cell group ZG2 from the impending deep discharge. In addition, the 12 volt consumers continue to be supplied with power from the first battery cell group ZG1 and thus continue to be operated.

Abstract

Offenbart wird eine Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) für ein Mehrspannungsbordnetz, umfassend: einen ersten Stromanschluss (A1) und einen Massestromanschluss (MA) zum Bereitstellen einer ersten Nennspannung (U1) für das Mehrspannungsbordnetz; einen zweiten Stromanschluss (A2) und den Massestromanschluss (MA) zum Bereitstellen einer zweiten Nennspannung (U2) für das Mehrspannungsbordnetz und zum Anschließen der MehrSpannungsbatterieVorrichtung (MB) an eine externe Stromquelle (SQ); eine erste Batteriezellengruppe (ZG1) zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten (A2) Stromanschluss; eine zweite Batteriezellengruppe (ZG2) zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und dem Massestromanschluss (MA); einen Gleichspannungswandler (GW) zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) einerseits und zwischen dem ersten Stromanschluss (A1) und der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) andererseits; eine Batteriemanagementanordnung (BM), eingerichtet, bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) diese mit einer von der Stromquelle (SQ) bereitgestellten Eingangsleistung aufzuladen, und im Falle, dass die Eingangsleistung eine von der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, mithilfe vom Gleichspannungswandler (GW) die erste Batteriezellengruppe (ZG1) mit der Leistungsdifferenz zwischen der Eingangsleistung und der Ladeleistung aufzuladen.

Description

Beschreibung
Mehrspannungsbatterievorrichtung und Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug
Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrspannungsbatte rievorrichtung und ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraft fahrzeug, insb. ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, mit einer MehrSpannungsbatterieVorrichtung .
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
Mehrspannungsbatterievorrichtungen zum Bereitstellen von verschiedenen Nenn- bzw. Betriebsspannungen für Mehrspan nungsbordnetze von Kraftfahrzeugen, insb. Hybridelekt- ro-/Elektrofahrzeugen, sind bekannt.
Bedingt durch die beschränkt zur Verfügung stehende Ladeka pazität können die Mehrspannungsbatterievorrichtungen bspw. im Falle einer langen Standzeit der Kraftfahrzeuge bis unter deren kritischen Ladezustand entladen (Tiefentladung) , wodurch einzelne Batteriezellen beschädigt werden können. Dies kann wiederum zu Störungen in den Mehrspannungsbordnetzen führen.
Aufgrund der physikalischen Beschaffenheit weisen die Batte riezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtungen eine begrenzte maximale Ladeleistung auf, bei deren Überschreitung die Bat teriezellen ebenfalls beschädigt werden können. Dies kann ebenfalls zu Störungen in den Mehrspannungsbordnetzen führen.
Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Mehrspannungsbatterievorrichtungen und somit auch die Mehrspannungsbordnetze von Kraftfahrzeugen vor Störungen durch Beschädigung bei den Batteriezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtungen zuverlässig geschützt werden können.
Beschreibung der Erfindung:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un teransprüche .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Mehrspan nungsbatterievorrichtung für ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt .
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst einen ersten Stromanschluss und einen Massestromanschluss zum Bereitstellen einer ersten Nennspannung, bspw. einer ersten Bordnetzspannung für das Mehrspannungsbordnetz.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner einen zweiten Stromanschluss, der mit dem Massestromanschluss zum Bereitstellen einer zweiten Nennspannung, bspw. einer zweiten Bordnetzspannung für das Mehrspannungsbordnetz, sowie zum Anschließen der Mehrspannungsbatterievorrichtung an eine ex terne Stromquelle dient.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner eine erste Batteriezellengruppe, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst zudem eine zweite Batteriezellengruppe, die zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst außerdem einen Gleichspannungswandler, der eingangsspannungsseitig zwischen dem zweiten Stromanschluss und der zweiten Batteriezellengruppe, sowie ausgangsspannungsseitig zwischen dem ersten Stroman schluss und der ersten Batteriezellengruppe elektrisch ange schlossen ist . Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, eine am zweiten Stromanschluss (bzw. zwischen dem zweiten Strom anschluss und dem Massestromanschluss) anliegende Eingangs spannung in eine Ladespannung zum Aufladen der ersten Batte riezellengruppe umzuwandeln.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst zudem eine Bat teriemanagementanordnung zum Betreiben der Mehrspannungsbat terievorrichtung, die eingerichtet ist, bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe diese mit einer von der externen Stromquelle am zweiten Stromanschluss (bzw.
zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss) bereitgestellten Eingangsleistung (bzw. einen von der Strom quelle zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Mas sestromanschluss bereitgestellten Strom) aufzuladen.
Die Batteriemanagementanordnung ist ferner eingerichtet, im Falle, dass die am zweiten Stromanschluss bereitgestellte Eingangsleistung eine von der zweiten Batteriezellengruppe (maximal) aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, den
Gleichspannungswandler derart zu betreiben, dass dieser die erste Batteriezellengruppe mit einer Leistung auflädt, die der Leistungsdifferenz zwischen der Eingangsleistung und der La deleistung der zweiten Batteriezellengruppe entspricht. Damit ist eine Mehrspannungsbatterievorrichtung mit zwei Batteriezellengruppen bereitgestellt, die verschiedene Nenn spannungen bzw. Bordnetzspannungen für verschiedene Bord netzzweige eines Mehrspannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitstellen .
Mit der Batteriemanagementanordnung kann die Mehrspannungs batterievorrichtung den Ladezustand der zweiten Batteriezel lengruppe überwachen und bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (bzw. bei drohender Tiefentladung) diese mit der von der externen Stromquelle am zweiten Strom anschluss bereitgestellten Eingangsleistung aufladen. Dadurch können die zweite Batteriezellengruppe und somit die die Mehrspannungsbatterievorrichtung vor Beschädigung durch Tie fentladung geschützt werden.
Mit dem Gleichspannungswandler kann die Mehrspannungsbatte rievorrichtung im Falle, dass die von der externen Stromquelle bereitgestellte Eingangsleistung die von der zweiten Batte riezellengruppe maximal aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, die überschüssige Eingangsleistung an die erste Batteriezel lengruppe weiterleiten und somit die zweite Batteriezellengruppe vor Beschädigung durch überhöhte Ladeleistung schützen. Die überschüssige Eingangsleistung wird dann mithilfe des
Gleichspannungswandlers für späteren Verbrauch in der ersten Batteriezellengruppe gespeichert .
Da die erste Batteriezellengruppe zum Zeitpunkt, in dem das Kraftfahrzeug in den Ruhemodus übergeht, durch den Stromver brauch während des Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs vor dem Ruhemodus in der Regel bereits teilweise entladen ist, kann diese ohne weiteres mit der oben genannten Leistungsdifferenz (bzw. der überschüssigen Eingangsleistung) aufgeladen werden. Darüber hinaus wird der Ladevorgang der ersten Batteriezellengruppe mit der Leistungsdifferenz von der Batteriemanagementanordnung auch nur solange aufrechterhalten, bis diese vollständig aufgeladen ist .
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung kann bspw. mit der zweiten Batteriezellengruppe auch während eines Ruhemodus des Kraft fahrzeugs, in dem das Kraftfahrzeug (nach Ende eines Fährbe triebs) abgestellt ist und in dem nur sicherheitsrelevante und sonstige relevante Funktionen des Fahrzeugs durchgeführt werden, einen Mindeststrom zum Durchführen der relevanten Funktionen bereitstellen . Eine drohende Tiefentladung der zweiten Bat teriezellengruppe wird von der Batteriemanagementanordnung rechtzeitig erkannt und durch Aufladen der zweiten Batterie zellengruppe mit dem von der externen Stromquelle am zweiten Stromanschluss (bzw. zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss) bereitgestellten Strom abgewendet.
Dank der Batteriemanagementanordnung kann die zweite Batte riezellengruppe von verschiedenen externen Stromquellen mit unterschiedliche Nennausgangsleistungen aufgeladen werden, da die überschüssige Eingangsleistung, die von der externen Stromquelle bereitgestellt wird und über die von der zweiten Batteriezellengruppe maximal aufnehmbare Ladeleistung liegt, von der Batteriemanagementanordnung gesteuert an die erste Batteriezellengruppe abgeführt wird.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine
Mehrspannungsbatterievorrichtung und somit auch ein Mehr spannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs vor Störungen durch eine Beschädigung bei der Mehrspannungsbatterievorrichtung bzw. bei den Batteriezellen der Mehrspannungsbatterievorrichtung zu verlässig geschützt werden können. Als die externe Stromquelle kann eine am Fahrzeugbord befindliche Notstromquelle, wie z. B eine Notstrombatterie oder ein
(Notstrom- ) Generator, verwendet werden, die bei Bedarf zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch ange schlossen werden kann. Alternativ kann eine fahrzeugexterne, insb. stationäre, Notstromquelle, wie z. B. eine Stroman schlussstelle zu einem öffentlichen Stromnetz oder eine
On-Board-Batterie eines anderen Fahrzeugs als die externe Stromquelle verwendet werden, an die die zweite Batteriezel lengruppe zum Aufladen elektrisch angeschlossen werden kann.
Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen ersten steuerbaren Schalter, der zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss und somit seriell zu der ersten Bat teriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist. Der erste Schalter verbindet somit die erste Batteriezellengruppe mit der zweiten Batteriezellengruppe schaltbar in Serie. Damit kann die Mehrspannungsbatterievorrichtung zwischen dem ersten Strom anschluss und dem Massestromanschluss die erste Nennspannung mit einer Spannungshöhe bereitstellen, die der Summe der Nenn spannungen der beiden Batteriezellengruppen entspricht.
Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen zweiten steuerbaren Schalter, der zwischen dem zweiten
Stromanschluss und dem Massestromanschluss und somit seriell zu der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist. Der zweite Schalter dient dazu, je nach Bedarf die elektrische Verbindung von der zweiten Batteriezellengruppe zu dem zweiten Stromanschluss bzw. dem Massestromanschluss herzustellen oder zu unterbrechen .
Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den zweiten Schalter, insb. auch den ersten Schalter, zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe oder der beiden Batterie zellengruppen zu schließen bzw. im geschlossen leitenden Schaltzustand zu halten.
Bspw. sind der erste und/oder der zweite Schalter jeweils als ein Relais ausgebildet.
Bspw. ist der Gleichspannungswandler als ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet und ferner eingerichtet, je nach Bedarf mit Strom der zweiten Batteriezellengruppe die erste Batteriezellengruppe und/oder mit Strom der ersten Batterie zellengruppe die zweite Batteriezellengruppe aufzuladen.
Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den Gleichspannungswandler derart zu betreiben, dass dieser die zweite Batteriezellengruppe mit dem Strom der ersten Batte riezellengruppe aufzuladen.
Der zuvor genannte kritische Ladezustand der ersten und/oder der zweiten Batteriezellengruppe liegt bspw. bei unter 30%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5% oder 3%. Dabei hängt der kritische Ladezustand unter andrem insb. von verwendeten Materialien bzw. Zellenchemie sowie von Zellentemperaturen und/oder sonstigen physikalischen Zu ständen der Batteriezellen der ersten bzw. der zweiten Bat teriezellengruppe ab.
Bspw. liegt die erste Nennspannung bei 48 Volt. Bspw. liegt die zweite Nennspannung bei 12 Volt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Mehrspan nungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. für ein Hybride- lektro- /Elektrofahrzeug, bereitgestellt . Das Mehrspannungsbordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung und einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung. Das Mehrspannungsbordnetz umfasst ferner eine zuvor beschriebene Mehrspannungsbatte rievorrichtung, die über den ersten Stromanschluss (und den Massestromanschluss) am ersten Bordnetzzweig und über den zweiten Stromanschluss (und den Massestromanschluss) am zweiten Bordnetzzweig elektrisch angeschlossen ist.
Bspw. umfasst das Mehrspannungsbordnetz die (zuvor genannte externe) Stromquelle, die im zweiten Bordnetzzweig zwischen dem zweiten Stromanschluss und dem Massestromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
Bspw. weist die Stromquelle einen Innenwiderstand auf, der zum Beschränken der Nennausgangsspannung der Stromquelle auf die Höhe der zweiten Bordnetzspannung dient.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Mehr spannungsbatterievorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Mehrspannungsbordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Mehrspannungsbordnetzes an zusehen .
Beschreibung der Zeichnung:
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Er findung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung ein Mehrspannungsbordnetz BN eines Hybridelekt rofahrzeugs mit einer Mehrspannungsbatterievorrichtung MB gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Mehrspannungsbordnetz BN ist in der Figur in einem Hyb ridelektrofahrzeug mit einem 48 Volt Mildhybrid-Antrieb verbaut, der einen Verbrennungsmotor und einen Startergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors umfasst.
Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1, in dem eine erste Bordnetzspannung Ul in Höhe von 48 Volt vorliegt. In dem ersten Bordnetzzweig BZ1 sind Stromverbraucher mit 48 Volt Betriebsspannung elektrisch angeschlossen, die beim Betrieb viel elektrische Leistung verbrauchen. Zu diesen Stromverbrauchern gehören bspw. der Startergenerator und eine elektrische Heizung zum Heizen vom Fahrzeuginnenraum.
Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst ferner einen zweiten Bordnetzzweig BZ2, in dem eine zweite Bordnetzspannung U2 in Höhe von 12 Volt vorliegt. In dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 sind Stromverbraucher mit 12 Volt Betriebsspannung elektrisch an geschlossen, die zum Teil auch nach Abstellen des Fahrzeugs und somit im Ruhemodus des Fahrzeugs weiterhin im Betrieb auf rechterhalten werden müssen. Zu diesen Stromverbrauchern gehören bspw. ein Fahrzeugdiagnosesystem und diverse Sensoren.
In dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 zwischen dem zweiten Strom anschluss A2 und dem Massestromanschluss MA kann eine Not stromquelle SQ wie z. B. in Form von einer 12 Volt Genera toranordnung elektrisch angeschlossen sein. Dabei kann die Notstromquelle SQ bzw. die Generatoranordnung einen Innenwi derstand R aufweisen, der die Nennausgangsspannung der Not stromquelle SQ bzw. der Generatoranordnung auf die Höhe der zweiten Bordnetzspannung U2 von 12 Volt beschränkt.
Das Mehrspannungsbordnetz BN umfasst außerdem eine Mehrspan nungsbatterievorrichtung MB zum Bereitstellen bzw. zum Auf rechterhalten der beiden Bordnetzspannungen Ul, U2. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB wird als eine so ge nannte AES Batterie, also eine 48 Volt Batterie mit einem 12 Volt Abgriff und einem integrierten Gleichspannungswandler GW, gebildet .
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromaus gangsseitig einen ersten Stromanschluss Al und einen Mas sestromanschluss MA, über die die Mehrspannungsbatterievor richtung MB an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch ange schlossen ist. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine erste Nennspannung die erste Bordnetzspannung Ul bereit, die zwischen dem ersten Stromanschluss Al und dem Mas
sestromanschluss MA anliegt.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromaus gangsseitig ferner einen zweiten Stromanschluss A2 und ist über den zweiten Stromanschluss A2 und den Massestromanschluss MA an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 elektrisch angeschlossen. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine zweite Nennspannung die zweite Bordnetzspannung U2 bereit, die zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA anliegt .
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zwischen dem ersten Stromanschluss Al und dem zweiten Stromanschluss A2 eine erste Serienschaltung von einer ersten Schmelzsicherung FS1, einem ersten Relais RL1 als einem ersten steuerbaren Schalter sowie einer ersten Batteriezellengruppe ZG1. Dabei ist die erste Batteriezellengruppe ZG1 über ihren Pluspol PP1 (und ferner über das erste Relais RL1 und die erste Schmelzsicherung FS1) mit dem ersten Stromanschluss Al und über ihren Minuspol NP1 mit dem zweiten Stromanschluss A2 elektrisch verbunden. Die erste Batteriezellengruppe ZG1 weist eine Nennausgangs spannung in Höhe von 36 Volt auf und stellt somit einen Teil der ersten Bordnetzspannung Ul (von 48 Volt) bereit. Damit bildet die erste Serienschaltung mit der ersten Batteriezellengruppe ZG1 einen ersten Teil der Strom-/Spannungsquelle für den ersten Bordnetzzweig BZ1.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst ferner zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA eine zweite Serienschaltung von einer zweiten Batteriezellengruppe ZG2, einer zweiten Schmelzsicherung FS2 sowie einem zweiten Relais RL2 als einem zweiten steuerbaren Schalter. Dabei ist die zweite Batteriezellengruppe ZG2 über ihren Pluspol PP2 mit dem zweiten Stromanschluss A2 (und somit mit dem Minuspol NP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 ) und über ihren Minuspol NP2 (und über die zweite Schmelzsicherung FS2 und das zweite Relais RL2) mit dem Massestromanschluss MA elektrisch verbunden.
Die zweite Batteriezellengruppe ZG2 weist eine Nennausgangs spannung in Höhe von 12 Volt auf und stellt die zweite Bord netzspannung U2 (12 Volt) bereit. Damit bildet die zweite Serienschaltung mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 die Strom-/Spannungsquelle für den zweiten Bordnetzzweig BZ2.
Darüber hinaus stellt die zweite Batteriezellengruppe ZG2 (mit der 12 Volt Nennausgangsspannung) (beim geschlossen Schalt zustand der beiden Relais RL1, RL2) mit der ersten Batterie zellengruppe ZG1 (mit der 36 Volt Nennausgangsspannung) in Serie die erste Bordnetzspannung Ul von 48 Volt bereit. Damit bildet die zweite Serienschaltung mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 einen zweiten Teil der Strom-/Spannungsquelle für den ersten Bordnetzzweig BZ1. Die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 sind aus gleichen Li-Ionen Batteriezellen ausgebildet, die in einem Zellenpack mit einer Gesamt-Nennausgangsspannung von 48 Volt zusammengebaut sind. Dabei weist das Zellenpack einen Mittelabgriff auf, der die gesamten Batteriezellen in ihrer Anzahl drei zu eins bzw. in die erste und die zweite Batteriezellengruppe ZG1, ZG2 mit jeweils einer Nennausgangsspannung von 36 Volt bzw. 12 Volt aufteilt. Dieser Mittelabgriff bildet zugleich das Minuspol NP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 und das Pluspol PP2 der zweiten Batteriezellengruppe ZG2, und ist mit dem zweiten Stromanschluss A2 elektrisch verbunden.
Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst außerdem einen bidirektionalen Gleichspannungswandler GW, der eingangsspan nungsseitig an dem oben genannten Mittelabgriff und somit an dem zweiten Stromanschluss A2 und ausgangsspannungsseitig am ersten Stromanschluss Al und somit (über die erste Schmelzsicherung FS1 und das erste Relais RL1) am Pluspol PP1 der ersten Batte riezellengruppe ZG1 elektrisch angeschlossen ist.
Der Gleichspannungswandler GW ist eingerichtet, bei Bedarf (bzw. bei einem kritischen Ladezustand bei der zweiten Batterie zellengruppen ZG2 oder bei den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2) die zweite Batteriezellengruppe ZG2 bzw. die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 mit einem von der Stromquelle SQ bereitgestellten Strom aufzuladen. Der Gleichspannungswandler GW ist ferner eingerichtet, bei Bedarf (bzw. bei einem kritischen Ladezustand bei einer der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2) die jeweilige Batteriezellengruppe ZG1 oder ZG2 mit dem kri tischen Ladezustand mit Strom von der jeweils anderen Batte riezellengruppe ZG2 bzw. ZG1 aufzuladen. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zudem eine Batteriemanagementanordnung BM zum Betreiben bzw. zum Steuern oder zum Regeln der Mehrspannungsbatterievorrichtung MB.
Die Batteriemanagementanordnung BM ist über ihre Versor gungsstromanschlüsse VA1, VA2 zwischen dem zweiten Stroman schluss A2 und dem Massestromanschluss MA und somit parallel zu der zweiten Serienschaltung bzw. zu der zweiten Batteriezel lengruppe ZG2 und dem zweiten Relais RL2 elektrisch ange schlossen. Damit wird die Batteriemanagementanordnung BM (sofern das zweite Relais RL2 geschlossen ist) von der zweiten Bat teriezellengruppe ZG2 mit Strom versorgt.
Die Batteriemanagementanordnung BM ist signaleingangsseitig über zwei Messsignalanschlüsse MAI, MA2 mit den beiden Bat teriezellengruppen ZG1, ZG2 messtechnisch verbunden und überwacht über diese Messsignalanschlüsse MAI, MA2 in einer dem Fachmann bekannten Weise die Ladezustände (auf Englisch „State of Charge, SoC") , die Alterungszustände (auf Englisch „State of Health, SoH") und sonstige Eigenschaften, wie z. B. Temperaturen, der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2.
Die Batteriemanagementanordnung BM ist signalausgangsseitig über drei Steuersignalanschlüsse SA1, SA2, SA3 mit dem
Gleichspannungswandler GW, dem ersten und dem zweiten Relais RL1, RL2 bzw. mit jeweiligen Steuersignalanschlüssen dieser Kom ponenten signaltechnisch verbunden.
Die Batteriemanagementanordnung BM ist eingerichtet, in einer dem Fachmann bekannten Weise die Ladezustände der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 zu überwachen und bei kritischen Ladezuständen der jeweiligen Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 den Gleichspannungswandler GW, die beiden Relais RL1, RL2 derart zu steuern oder zu regeln, sodass die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 jeweils mit dem Strom von der jeweils anderen Bat teriezellengruppe ZG2, ZG1 aufgeladen werden und somit vor Beschädigungen durch Tiefentladung geschützt werden.
Wird das Kraftfahrzeug nach Ende eines Fährbetriebs abgestellt und geht in ein Ruhemodus, so werden nur sicherheitsrelevante und sonstige für das Ruhemodus relevante Funktionen des Fahrzeugs weiterhin durchgeführt. Entsprechend verbrauchen elektrische Systeme bzw. Komponenten, wie z. B. Sensoren, Bussysteme und Steuergeräte, die diese relevanten Funktionen durchführen, weiterhin Strom.
In der Regel weisen diese Systeme bzw. Komponenten eine
Nennspannung von 12 Volt (12 Volt Verbraucher) auf und sind daher in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 angeschlossen und werden folglich von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 - auch während des Ruhemodus des Fahrzeugs - mit Strom versorgt.
Im Ruhemodus des Fahrzeugs werden das erste Relais RL1 in der Regel von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert geöffnet und die erste Batteriezellengruppe ZG1 von dem Mehrspan nungsbordnetz BN und somit von Stromverbrauchern in dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch getrennt.
Das zweite Relais RL2 bleibt jedoch von der Batteriemanage mentanordnung BM gesteuert (weiterhin) geschlossen, um zunächst eine weiterführende Stromversorgung für die zuvor genannten 12 Volt Verbraucher, also die Systeme bzw. Komponenten, die während des Ruhemodus des Fahrzeugs die sicherheitsrelevanten und sonstige relevanten Funktionen durchführen, sicherzustellen.
Die meisten dieser 12 Volt Verbraucher befinden sich währen des Ruhemodus des Fahrzeugs entsprechend in einem Stromsparmodus und haben somit einen deutlich reduzierten Stromverbrauch. Sofern die zweite Batteriezellengruppe ZG2 zum Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug in das Ruhemodus übergeht, ausreichend aufgeladen ist, kann diese die 12 Volt Verbraucher über eine Zeitdauer von mehreren Tagen oder Wochen mit Strom versorgen, in der sich das Fahrzeug durchgehend im Ruhemodus befindet.
Hierzu schließt die Batteriemanagementanordnung BM das zweite Relais RL2 bzw. hält dies in dem geschlossenen Schalzustand, sodass die Stromversorgung für die 12 Volt Verbraucher durch die zweite Batteriezellengruppe ZG2 für die genannte Zeitdauer gewährleistet ist.
Sind die Li-Ionen Batteriezellen der zweiten Batteriezellen gruppe ZG2 (bspw. nach der genannten Zeitdauer) bis zu einem kritischen Ladezustand von bspw. 5% entladen, so droht den Batteriezellen eine irreversible Beschädigung durch eine Tiefentladung .
Diese drohende Tiefentladung wird von der Batteriemanagemen tanordnung BM durch das Ermitteln des Ladezustandes der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 und durch das Vergleichen des er mittelten Ladezustandes mit einem vorgegebenen Min- dest-Ladezustand von bspw. 5% (und Berücksichtigung von restlichen zuvor genannten Batterieeigenschaften) erkannt. Ferner überprüft die Batteriemanagementanordnung BM anhand von den restlichen Batterieeigenschaften, ob die Batteriezellen der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 irreversibel beschädigt sind.
Wird eine drohende Tiefentladung erkannt und sind die Batte riezellen nicht irreversibel beschädigt, so veranlasst die Batteriemanagementanordnung BM beim geschlossenen zweiten Relais RL2, die zweite Batteriezellengruppe ZG2 mit dem von der Stromquelle SQ zwischen dem zweiten Stromanschluss A2 und dem Massestromanschluss MA bereitgestellten Strom aufzuladen.
Dabei vergleicht die Batteriemanagementanordnung BM die von der Stromquelle SQ am zweiten Stromanschluss A2 bereitgestellte Eingangsleistung mit der von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 (maximal) aufnehmbaren Ladeleistung. Im Falle, dass die Eingangsleistung die (maximal) aufnehmbare Ladeleistung überschreitet, steuert und regelt die Batteriemanagementan ordnung BM den Gleichspannungswandler GW derart, dass dieser die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit einer elektrischen Leistung auflädt, die der Leistungsdifferenz zwischen der Eingangs leistung und der Ladeleistung der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 entspricht.
Dadurch wird der Strom, der von der externen Stromquelle SQ zum Aufladen bereitgestellt wird, von der Batteriemanagementan ordnung BM mithilfe von dem Gleichspannungswandler GW aufgeteilt und den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 zugeführt. Hierzu schließt die Batteriemanagementanordnung BM das erste Relais RL1 ebenfalls und hält dies im geschlossenen Schaltzustand, sodass der Stromfluss von dem zweiten Stromanschluss A2 über den Gleichspannungswandler GW zu der ersten Batteriezellengruppe ZG1 ermöglicht wird.
Alternativ überprüft die Batteriemanagementanordnung BM im Falle der drohenden Tiefentladung bei der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 den Ladezustand der ersten Batteriezellengruppe ZG1.
Weist die erste Batteriezellengruppe ZG1 einen ausreichenden Ladezustand, so hält die Batteriemanagementanordnung BM das zweite Relais RL2 geschlossen und schließt zusätzlich das erste Relais RL1, das beim Übergang in den Ruhemodus des Kraftfahrzeugs von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert geöffnet wurde. Ferner steuert bzw. regelt die Batteriemanagementanordnung BM den Gleichspannungswandler GW derart, dass dieser die zweite Batteriezellengruppe ZG2 mit dem Strom von der ersten Batte- riezellengruppe ZG1 auflädt. Dadurch wird die zweite Batte riezellengruppe ZG2 von der drohenden Tiefentladung geschützt. Zusätzlich werden die 12 Volt Verbraucher weiterhin mit Strom von der ersten Batteriezellengruppe ZG1 versorgt und somit weiterhin im Betrieb gehalten.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) für ein Mehrspan nungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
einen ersten Stromanschluss (Al) und einen Mas sestromanschluss (MA) zum Bereitstellen einer ersten Nennspannung (Ul) für das Mehrspannungsbordnetz;
einen zweiten Stromanschluss (A2) und den Mas sestromanschluss (MA) zum Bereitstellen einer zweiten Nennspannung (U2) für das Mehrspannungsbordnetz und zum Anschließen der Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) an eine externe Stromquelle (SQ) ;
eine erste Batteriezellengruppe (ZG1) zwischen dem ersten (Al) und dem zweiten (A2) Stromanschluss;
eine zweite Batteriezellengruppe (ZG2) zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und dem Massestromanschluss (MA) ;
einen Gleichspannungswandler (GW) , der eingangsspan nungsseitig zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2), und aus gangsspannungsseitig zwischen dem ersten Stromanschluss (Al) und der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine am zweiten Stromanschluss (A2) anliegende Eingangs spannung (Ue) in eine Ladespannung zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) umzuwandeln; eine Batteriemanagementanordnung (BM) zum Betreiben der Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) , die einge richtet ist, bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) diese mit einer von der Stromquelle (SQ) am zweiten Stromanschluss (A2) bereitgestellten Eingangsleistung aufzuladen; wobei die Batteriemanagementanordnung (BM) ferner eingerichtet ist, im Falle, dass die Eingangsleistung eine von der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) auf- nehmbare Ladeleistung überschreitet, den Gleichspan nungswandler (GW) derart zu betreiben, dass dieser die erste Batteriezellengruppe (ZG1) mit der Leistungs- differenz zwischen der Eingangsleistung und der La deleistung auflädt.
2. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen ersten steuerbaren Schalter (RL1), der zwischen dem ersten (Al) und dem zweiten Stromanschluss (A2) und somit seriell zu der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) elektrisch angeschlossen ist.
3. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach einem der vo rangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten steuerbaren Schalter (RL2), der zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und dem Massestromanschluss (MA) und somit seriell zu der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) elektrisch angeschlossen ist.
4. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach Anspruch 3, wobei die Batteriemanagementanordnung (BM) ferner einge richtet ist, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) den zweiten Schalter (RL2) zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) oder der beiden Batteriezellengruppen (ZG1, ZG2) zu schließen.
5. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach einem der An sprüche 2 bis 4, wobei der erste (RL1) und/oder der zweite (RL2) Schalter jeweils als ein Relais ausgebildet sind.
6. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach einem der vo rangehenden Ansprüche,
wobei der Gleichspannungswandler (GW) als ein bidi rektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet ist und ferner eingerichtet ist, mit Strom der zweiten Bat teriezellengruppe (ZG2) die erste Batteriezellengruppe (ZG1) und/oder mit Strom der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) die zweite Batteriezellengruppe (ZG2) aufzuladen; und
die Batteriemanagementanordnung (BM) ferner einge richtet ist, beim kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) den Gleichspannungswandler (GW) zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe (ZG2) mit dem Strom der ersten Batteriezellengruppe (ZG1) zu betreiben .
7. Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach einem der vo rangehenden Ansprüche, wobei der kritische Ladezustand der ersten (ZG1) und/oder der zweiten (ZG2) Batteriezellengruppe bei 30%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5% oder 3% liegt.
8. Mehrspannungsbordnetz (BN) für ein Kraftfahrzeug, insb. ein Hybridelektro- /Elektrofahrzeug, umfassend :
einen ersten Bordnetzzweig (BZ1) mit einer ersten Bordnetzspannung (Ul);
einen zweiten Bordnetzzweig (BZ2) mit einer zweiten Bordnetzspannung (U2);
eine Mehrspannungsbatterievorrichtung (MB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die über den ersten Stromanschluss (Al) am ersten Bordnetzzweig (BZ1) und über den zweiten Stromanschluss (A2) am zweiten Bordnetzzweig (BZ2) elektrisch angeschlossen ist.
9. Mehrspannungsbordnetz (BN) nach Anspruch 8 , ferner umfassend eine Stromquelle (SQ) im zweiten Bordnetzzweig (BZ2), die zwischen dem zweiten Stromanschluss (A2) und dem Mas sestromanschluss (MA) elektrisch angeschlossen ist.
10. Mehrspannungsbordnetz (BN) nach Anspruch 9, wobei die
Stromquelle (SQ) einen Innenwiderstand (R) zum Beschränken der Nennausgangsspannung der Stromquelle (SQ) auf die Höhe der zweiten Bordnetzspannung (U2) aufweist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021205967A1 (de) * 2021-06-11 2022-12-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsbordnetzes sowie Recheneinheit und Computerprogramm zu dessen Durchführung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027863A1 (de) * 2010-04-16 2011-12-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102012017674A1 (de) * 2012-09-07 2014-03-13 Audi Ag Kraftfahrzeug mit einem Mehrspannungs-Bordnetz und zugehöriges Verfahren
DE102015219589A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbatterievorrichtung
EP3173280A1 (de) * 2015-11-24 2017-05-31 Auto-Kabel Management GmbH Batterie, fahrzeug mit einer solchen batterie und verwendung einer solchen batterie

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016207033A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 Continental Automotive Gmbh Elektrische Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeugbordnetz, Fahrzeugbordnetz
DE102017222557A1 (de) 2017-12-13 2019-06-13 Continental Automotive Gmbh Mehrspannungsbatterievorrichtung und Bordnetz für ein Kraftfahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027863A1 (de) * 2010-04-16 2011-12-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102012017674A1 (de) * 2012-09-07 2014-03-13 Audi Ag Kraftfahrzeug mit einem Mehrspannungs-Bordnetz und zugehöriges Verfahren
DE102015219589A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbatterievorrichtung
EP3173280A1 (de) * 2015-11-24 2017-05-31 Auto-Kabel Management GmbH Batterie, fahrzeug mit einer solchen batterie und verwendung einer solchen batterie

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