WO2020114540A1 - Verfahren zum betrieb eines hochvoltnetzes in einem elektro- oder hybridfahrzeug, hochvoltnetz für ein elektro- oder hybridfahrzeug und elektro- oder hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines hochvoltnetzes in einem elektro- oder hybridfahrzeug, hochvoltnetz für ein elektro- oder hybridfahrzeug und elektro- oder hybridfahrzeug Download PDF

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WO2020114540A1
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battery
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hybrid vehicle
electric
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Andreas Segets
Landry Wandji
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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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 invention relates to a method for operating a high-voltage network in an electric or hybrid vehicle.
  • the invention further relates to a high-voltage network for an electric or hybrid vehicle and an electric or hybrid vehicle with a high-voltage network.
  • Electric or hybrid vehicles usually have a high-voltage network with a high-voltage battery.
  • the high-voltage battery generally has a nominal voltage of greater than 350 V and serves as an energy store that can be charged, for example, via a charging connection.
  • Such high-voltage networks in electric or hybrid vehicles typically also have a traction drive, which is fed from the high-voltage battery.
  • the failure of the high-voltage battery often means that the vehicle is no longer maneuverable. This will make the availability of the electrical or
  • the object is achieved by a method for operating a high-voltage network in an electric or hybrid vehicle, with at least one traction drive and with a battery system which comprises at least two high-voltage batteries, the battery system optionally being operated in a normal operating mode in which both high-voltage batteries are activated, to provide energy to operate the traction drive, or is operated in a fault mode in which a first high-voltage battery is activated and a second high-voltage battery is deactivated.
  • the task is also solved by a high-voltage network for an electrical or
  • Hybrid vehicle with at least one traction drive, with a battery system that comprises at least two high-voltage batteries, and with a control device for Control of the battery system, wherein the control device is configured to operate the battery system selectively in a normal operating mode in which both high-voltage batteries are activated in order to provide energy for operating the traction drive, or in an error operating mode in which a first high-voltage battery is activated and one second high-voltage battery is deactivated.
  • the high-voltage network has at least two high-voltage batteries which are activated in the normal operating mode, i.e. are available to absorb and deliver electrical energy.
  • the high-voltage network can optionally be operated in a fault mode in which only the first high-voltage battery is active, but the second high-voltage battery is not. This means that in the fault mode of operation the first high-voltage battery is ready to receive and deliver electrical energy, but the second high-voltage battery is not. It is thus possible to maintain the supply of the traction drive with energy from the first high-voltage battery in the fault operating mode.
  • the traction drive can therefore also be used to maneuver the vehicle if one of the high-voltage batteries fails. This increases the availability of the electric or hybrid vehicle.
  • the high-voltage network is optionally operated in an alternative fault operating mode in which the first high-voltage battery is deactivated and the second high-voltage battery is activated.
  • the battery system is switched from the normal operating mode to the fault operating mode when an error state is detected, in particular an error state in the second high-voltage battery. For example, a drop in through the second
  • High-voltage battery provided voltage and / or a short-circuit current and / or the exceeding of a temperature threshold value can be detected.
  • the high-voltage network particularly preferably has an error detection device for detecting an error state, in particular a sensor or detection logic.
  • An advantageous embodiment provides that the first high-voltage battery and the second high-voltage battery are connected in series in the normal operating mode.
  • the series connection of the two high-voltage batteries can be provided in the high-voltage network with a voltage which corresponds to the sum of the nominal voltages of both high-voltage batteries.
  • an increased voltage is available in the normal operating mode compared to the fault operating mode.
  • the emergency operation mode can be maintained with a voltage that corresponds to the nominal voltage of the active, first high-voltage battery.
  • the high-voltage network has a first traction drive and a second traction drive, in the normal operating mode either both traction drives being connected to the activated high-voltage batteries or only the first traction drive or only the second traction drive.
  • Has traction drive which is connected to the first high-voltage battery and not to the second high-voltage battery, and has a second traction drive, which is not connected to the first high-voltage battery but to the second high-voltage battery.
  • Such a high-voltage network thus has a plurality of traction drives, each of which is assigned to individual high-voltage batteries.
  • Hybrid vehicle can be formed and the second traction drive can be designed to drive a rear axle of the electric or hybrid vehicle.
  • the individual traction drive can be supplied from the same high-voltage battery both in normal and in fault mode, so that the same power is available for operating the respective traction drive in normal and in fault mode.
  • the vehicle electrical system preferably has an electrical system voltage that is lower than the nominal voltage of the high-voltage batteries. For example, the
  • Vehicle electrical system voltage a voltage in the range of 10 V to 50 V, preferably 12 V,
  • the two high-voltage batteries preferably have a nominal voltage in the range greater than 350 V, preferably in the range greater than 380 V, for example in the range greater than or equal to 400 V, in particular 400 V.
  • High-voltage network can be in the range between 350 V and 900 V, for example at 400 V or 800 V.
  • the two high-voltage batteries are operated in the normal operating mode in a master-slave mode, the first high-voltage battery preferably being configured as a master battery and the second high-voltage battery being configured as a slave battery.
  • the master-slave mode an operating state of the master battery can be taken over by the slave battery.
  • the master battery can be put into a state of charge by the master battery, in particular via a
  • the slave battery can take over this state of charge and can also be charged.
  • Another object of the invention is an electric or hybrid vehicle, in particular an autonomous electric or hybrid vehicle, with a high-voltage network described above.
  • the first high-voltage battery is in the area of a front axle of the electric or
  • Hybrid vehicle and the second high-voltage battery arranged in the region of a rear axle of the electric or hybrid vehicle. With such an arrangement, the risk of impairment of both high-voltage batteries in the event of a crash can be reduced.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a high-voltage network according to the invention in a schematic representation.
  • Fig. 2 shows a second, inventive embodiment of a high-voltage network schematic representation.
  • the high-voltage network 10 is basically suitable for an electric vehicle or a hybrid vehicle and has a plurality of traction drives 5, 6.
  • Another component of the high-voltage network 10 is a battery system 3, which comprises several, here two, high-voltage batteries 1, 2.
  • the high-voltage batteries each have a nominal voltage of 400 V.
  • the high-voltage network 10 also includes a charging connection 7.
  • the battery system 3 is connected in parallel to a capacitor 4, across which the rated voltage of the high-voltage network 1 drops and smoothes it.
  • the battery system 3 comprises a plurality of switching devices S1, S2, S3, S4, by means of which the connection of the high-voltage batteries 1, 2 can be set. In this respect, it is possible to set different operating states of the battery system 3 by setting the switching devices S1, S2, S3, S4.
  • the switching devices S1, S2, S3, S4 can be designed, for example, as a semiconductor switch, in particular as a MOSFET, IGBT or GTO, as a relay or as a contactor.
  • a first switching device S1 is connected to a positive potential P of the high-voltage network 10 and to a medium potential M of the high-voltage network.
  • a second switching device S2 is equipped with a negative potential N and the middle potential M.
  • a third switching device S3 is connected to a first high-voltage battery 1 and the medium potential M, and a fourth switching device S4 is connected to a second high-voltage battery 2 and the medium potential M.
  • the high-voltage network 10 also has a control device 8.
  • the control device 8 can be designed, for example, as a programmable control device.
  • the control device 8 is configured to optionally operate the battery system 3 in a normal operating mode in which both high-voltage batteries 1, 2 are activated in order to provide energy for operating the traction drives 5, 6, or in one
  • the two high-voltage batteries 1, 2 are connected in series.
  • the switching devices S1, S2, S3, S4 become such
  • the battery system can thus provide a nominal voltage which is the sum of the nominal voltages of the
  • High-voltage batteries 1, 2 corresponds, here 800 V.
  • the battery system 3 can be put into an error operating mode in which only one of the two high-voltage batteries 1, 2 is active and the respective other high-voltage battery 1, 2 is not active.
  • an error operating mode in which only one of the two high-voltage batteries 1, 2 is active and the respective other high-voltage battery 1, 2 is not active.
  • the switching devices S1, S2, S3, S4 are controlled such that the first switching device S1 is non-conductive, the second
  • Switching device S2 is conductive, the third switching device is conductive and the fourth switching device S4 is non-conductive. In this respect, only the first high-voltage battery 1 is activated in the first fault operating mode, while the second high-voltage battery 2 is deactivated. In a second fault operating mode, the
  • Switching devices S1, S2, S3, S4 are controlled such that the first
  • Switching device S1 is conductive, the second switching device S2 is non-conductive third switching device S3 is non-conductive and the fourth switching device S4 is conductive.
  • the battery system 3 can provide a nominal voltage that corresponds to the nominal voltage of the respective active high-voltage battery 1, 2.
  • the nominal voltage in the fault operating mode is 400 V.
  • the change from the normal operating mode to the error operating mode takes place when an error state is detected, in particular an error state in the high-voltage battery 1, 2, which is deactivated in the respective error operating mode.
  • an error state in particular an error state in the high-voltage battery 1, 2, which is deactivated in the respective error operating mode.
  • the high-voltage network 10 particularly preferably has an error detection device for detecting an error state, in particular a sensor or detection logic.
  • a plurality of traction drives 5, 6 are provided, which can be selectively connected to the positive potential P and the negative potential N des via suitable switching devices
  • High-voltage network 10 can be connected. To that extent it is in that
  • the high-voltage network 10 is connected to an electrical system, in particular with a
  • Low-voltage electrical system is connected.
  • One or more of these can be any low-voltage electrical system.
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a vehicle designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle with a high-voltage network 10 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the high-voltage network 10 according to the second exemplary embodiment has a plurality of traction drives 5, 6 and a high-voltage air conditioning system 9.
  • Another component of the high-voltage network 10 is a battery system 3, which comprises several, here two, high-voltage batteries 1, 2.
  • the high-voltage batteries each have a nominal voltage of 400 V.
  • the high-voltage network 10 further comprises a charging connection 7 and a control device 8 designed as a power balancing unit.
  • the battery system 3 has two high-voltage batteries 1, 2.
  • the control device 8 can be designed, for example, as a programmable control device.
  • the control device 8 is configured to optionally operate the battery system 3 in a normal operating mode in which both high-voltage batteries 1, 2 are activated in order to provide energy for operating the traction drives 5, 6, or to operate in a fault-operating mode in which a first high-voltage battery 1, 2 is activated and a second high-voltage battery 1, 2 is deactivated.
  • the battery system 3 is in the normal operating mode in the
  • Fault operating mode is set when a fault state is detected, in particular a fault state in the second high-voltage battery 2.
  • the high-voltage network 10 has a first traction drive 5, which is connected to the first high-voltage battery 1 and not to the second high-voltage battery 2, and a second traction drive 6, which is not connected to the first high-voltage battery 1 but to the second high-voltage battery 2.
  • the first traction drive 5 is fed by the first high-voltage battery 1 of the battery system 3 and the second traction drive 6 is fed by the second high-voltage battery 2 of the battery system 3.
  • the second traction drive 6 is fed by the second high-voltage battery 2 of the battery system 3.
  • a plurality of first traction drives 5 can be provided, which are fed from the first high-voltage battery 1 and / or a plurality of second traction drives 6 can be provided, which are fed from the second high-voltage battery 2.
  • both high-voltage batteries 1, 2 also feed energy into a common vehicle electrical system 20, in particular into one, via a DC voltage converter 11, 12 assigned to the respective high-voltage battery 1, 2
  • Low-voltage electrical system a.
  • the low-voltage electrical system can have a nominal voltage of 12 V, for example.
  • the vehicle electrical system typically includes a low-voltage battery. In the fault operating mode, in which the second high-voltage battery 2 is deactivated, only the first high-voltage battery 1 feeds energy into the vehicle electrical system 20 via the DC-DC converter 11 assigned to it, and the second high-voltage battery 2 does not feed any energy.
  • lighting devices 21, a control unit 22, a HAD (highly automated driving) system 23, a cooling 24, an Internet of Things (loT) system 25 and a low-voltage air conditioning system 26 are connected to the on-board electrical system 20
  • first steering device 27, for example for a front axle of the vehicle, and a second steering device 28, for example for the rear axle of the vehicle are connected to the vehicle electrical system 20.
  • a plurality of first steering devices 27, for example on each wheel of the front axle, and / or a plurality of second steering devices 28, for example on each wheel of the rear axle, can preferably be provided.
  • the high-voltage batteries 1, 2 have a nominal voltage in the range greater than 350 V, preferably in the range greater than 380 V, for example in the range greater than or equal to 400 V, in particular 400 V.
  • Hybrid vehicles with at least one traction drive 5, 6 and with one
  • Battery system 3 which comprises at least two high-voltage batteries 1, 2, an operating method can be used, in which battery system 3 is optionally operated in a normal operating mode in which both
  • High-voltage batteries 1, 2 are activated in order to provide energy for operating the traction drive 5, 6, or are operated in a fault mode in which a first high-voltage battery 1 is activated and a second high-voltage battery 2 is deactivated. As a result, the availability of the electric or hybrid vehicle can be increased.
  • the first high-voltage battery 1 is arranged in the area of a front axle of the electric or hybrid vehicle and the second high-voltage battery 2 is arranged in the area of a rear axle of the electric or hybrid vehicle. As a result, the risk of impairment of both high-voltage batteries 1, 2 in the event of a crash can be reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltnetzes (10) in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb (5, 6) und mit einem Batteriesystem (3), das mindestens zwei Hochvoltbatterien (1, 2) umfasst, wobei das Batteriesystem (3) wahlweise in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, in dem beide Hochvoltbatterien (1, 2) aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs (5, 6) bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus betrieben wird, in dem eine erste Hochvoltbatterie (1, 2) aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie (1, 2) deaktiviert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hochvoltnetz (10) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb (5, 6), mit einem Batteriesystem (3), das mindestens zwei Hochvoltbatterien (1, 2) umfasst, und mit einer Steuereinrichtung (8) zur Steuerung des Batteriesystems (3), wobei die Steuereinrichtung (8) konfiguriert ist, das Batteriesystem (3) wahlweise in einem Normalbetriebsmodus zu betreiben, in dem beide Hochvoltbatterien (1, 2) aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs (5, 6) bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus zu betreiben, in dem eine erste Hochvoltbatterie (1, 2) aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie (1, 2) deaktiviert ist.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltnetzes in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, Hochvoltnetz für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
und Elektro- oder Hybridfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltnetzes in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Hochvoltnetz für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Hochvoltnetz.
Elektro- oder Hybridfahrzeuge weisen üblicherweise ein Hochvoltnetz mit einer Hochvoltbatterie auf. Die Hochvoltbatterie hat in der Regel eine Nennspannung von größer als 350 V und dient als Energiespeicher, der beispielsweise über einen Ladeanschluss geladen werden kann. Typischerweise weisen solche Hochvoltnetze in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zudem einen Traktionsantrieb auf, der aus der Hochvoltbatterie gespeist wird. Bei derartigen Elektro- oder Hybridfahrzeugen führt der Ausfall der Hochvoltbatterie oftmals dazu, dass das Fahrzeug nicht mehr manövrierfähig ist. Hierdurch wird die Verfügbarkeit des Elektro- oder
Hybridfahrzeugs eingeschränkt.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Verfügbarkeit eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltnetzes in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb und mit einem Batteriesystem, das mindestens zwei Hochvoltbatterien umfasst, wobei das Batteriesystem wahlweise in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, in dem beide Hochvoltbatterien aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus betrieben wird, in dem eine erste Hochvoltbatterie aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie deaktiviert ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Hochvoltnetz für ein Elektro- oder
Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb, mit einem Batteriesystem, das mindestens zwei Hochvoltbatterien umfasst, und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Batteriesystems, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, das Batteriesystem wahlweise in einem Normalbetriebsmodus zu betreiben, in dem beide Hochvoltbatterien aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus zu betreiben, in dem eine erste Hochvoltbatterie aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie deaktiviert ist.
Gemäß der Erfindung weist das Hochvoltnetz mindestens zwei Hochvoltbatterien auf, die im Normalbetriebsmodus aktiviert sind, d.h. zur Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie bereitstehen. Das Hochvoltnetz kann wahlweise in einem Fehlerbetriebsmodus betrieben werden, in welchem nur die erste Hochvoltbatterie aktiv ist, die zweite Hochvoltbatterie hingegen nicht. Das bedeutet, dass in dem Fehlerbetriebsmodus die erste Hochvoltbatterie zur Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie bereitsteht, die zweite Hochvoltbatterie hingegen nicht. Somit ist es möglich, in dem Fehlerbetriebsmodus die Versorgung des Traktionsantriebs mit Energie aus der ersten Hochvoltbatterie aufrechtzuerhalten. Der Traktionsantrieb kann daher auch beim Ausfall einer der Hochvoltbatterien genutzt werden, um das Fahrzeug zu manövrieren. Hierdurch wird die Verfügbarkeit des Elektro- oder Hybridfahrzeugs erhöht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Hochvoltnetz wahlweise in einem alternativen Fehlerbetriebsmodus betrieben wird, in dem die erste Hochvoltbatterie deaktiviert ist und die zweite Hochvoltbatterie aktiviert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Batteriesystem ausgehend von dem Normalbetriebsmodus in den Fehlerbetriebsmodus versetzt wird, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird, insbesondere ein Fehlerzustand in der zweiten Hochvoltbatterie. Beispielsweise kann ein Abfall der durch die zweite
Hochvoltbatterie bereitgestellten Spannung und/oder ein Kurzschlussstrom und/oder die Überschreitung eines Temperaturschwellenwerts erkannt werden. Besonders bevorzugt weist das Hochvoltnetz eine Fehlerdetektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerzustands auf, insbesondere einen Sensor oder eine Detektionslogik.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Hochvoltbatterie und die zweite Hochvoltbatterie in dem Normalbetriebsmodus in Serie geschaltet sind. Durch die Serienschaltung der beiden Hochvoltbatterien kann in dem Hochvoltnetz eine Spannung bereitgestellt werden, die der Summe der Nennspannungen beider Hochvoltbatterien entspricht. Hierdurch steht im Normalbetriebsmodus eine gegenüber dem Fehlerbetriebsmodus erhöhte Spannung zur Verfügung. Im
Fehlerbetriebsmodus kann der Notfahrbetrieb mit einer Spannung aufrechterhalten werden, die der Nennspannung der aktiven, ersten Hochvoltbatterie entspricht.
Insofern steht im Fehlerbetriebsmodus eine gegenüber dem Normalbetriebsmodus reduzierte Spannung und reduzierte Leistung zur Verfügung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Hochvoltnetz einen ersten Traktionsantrieb und einen zweiten Traktionsantrieb aufweist, wobei in dem Normalbetriebsmodus wahlweise beide Traktionsantriebe mit den aktivierten Hochvoltbatterien verbunden werden oder nur der erste Traktionsantrieb oder nur der zweite Traktionsantrieb.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Hochvoltnetz einen ersten
Traktionsantrieb aufweist, der mit der ersten Hochvoltbatterie und nicht mit der zweiten Hochvoltbatterie verbunden ist, und einen zweiten Traktionsantrieb aufweist, der nicht mit der erste Hochvoltbatterie aber mit der zweiten Hochvoltbatterie verbunden ist. Ein derartiges Hochvoltnetz weist somit mehrere Traktionsantriebe auf, die jeweils einzelnen Hochvoltbatterien zugeordnet sind. Beispielsweise kann der erste Traktionsantrieb zum Antrieb einer Vorderachse des Elektro- oder
Hybridfahrzeugs ausgebildet sein und der zweite Traktionsantrieb kann zum Antrieb einer Hinterachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der einzelne Traktionsantrieb sowohl im Normal- als auch im Fehlerbetriebsmodus aus derselben Hochvoltbatterie gespeist werden, so dass im Normal- als auch im Fehlerbetriebsmodus dieselbe Leistung zum Betrieb des jeweiligen Traktionsantrieb zu Verfügung steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem
Normalbetriebsmodus beide Hochvoltbatterien über einen der jeweiligen
Hochvoltbatterie zugeordneten Gleichspannungswandler Energie in ein
gemeinsames Bordnetz, insbesondere in ein Niederspannungs-Bordnetz,
einspeisen, und in dem Fehlerbetriebsmodus die erste Hochvoltbatterie über den ihr zugeordneten Gleichspannungswandler Energie in das Bordnetz einspeist und die zweite Hochvoltbatterie nicht. Hierdurch kann eine Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie auch im Fehlerbetriebsmodus ermöglicht werden. Insbesondere kann eine Niedervoltbatterie des Bordnetzes im Fehlerbetriebsmodus über den jeweiligen Gleichspannungswandler aus der der ersten Hochvoltbatterie geladen werden. Das Bordnetz weist bevorzugt eine Bordnetzspannung auf, die niedriger ist als die Nennspannung der Hochvoltbatterien. Beispielsweise kann die
Bordnetzspannung eine Spannung im Bereich von 10 V bis 50 V, bevorzugt 12 V,
24 V oder 48 V, sein.
Bevorzugt weisen die beiden Hochvoltbatterien eine Nennspannung im Bereich größer als 350 V, bevorzugt im Bereich größer als 380 V, beispielsweise im Bereich größer oder gleich 400 V, insbesondere 400 V, auf. Die Spannung des
Hochvoltnetzes kann im Bereich zwischen 350 V und 900 V liegen, beispielsweise bei 400 V oder 800 V.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die beiden Hochvoltbatterien in dem Normalbetriebsmodus in einem Master-Slave-Betrieb betrieben, wobei bevorzugt die erste Hochvoltbatterie als Master-Batterie konfiguriert ist und die zweite Hochvoltbatterie als Slave-Batterie konfiguriert ist. In dem Master-Slave- Betrieb kann ein Betriebszustand der Master-Batterie von der Slave-Batterie übernommen werden. Beispielsweise kann die Master-Batterie in einen Ladezustand versetzt werden, indem die Master-Batterie, insbesondere über einen
Ladeanschluss, geladen wird. Die Slave-Batterie kann diesen Ladezustand übernehmen und ebenfalls geladen werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, insbesondere ein autonomes Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem vorstehend beschriebenen Hochvoltnetz.
Bei dem Elektro- oder Hybridfahrzeug können dieselben Vorteile erreich werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem Hochvoltnetz beschrieben worden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Elektro- oder Hybridfahrzeugs ist die erste Hochvoltbatterie im Bereich einer Vorderachse des Elektro- oder
Hybridfahrzeugs und die zweite Hochvoltbatterie im Bereich einer Hinterachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet. Durch eine derartige Anordnung kann die Gefahr, einer Beeinträchtigung beider Hochvoltbatterien bei einem Crash reduziert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
Fig. 1 ein erstes, erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Hochvoltnetzes in einer schematischen Darstellung; und
Fig. 2 ein zweites, erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Hochvoltnetzes schematischen Darstellung.
In der Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Hochvoltnetzes 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Hochvoltnetz 10 ist grundsätzlich für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug geeignet und weist mehrere Traktionsantriebe 5, 6 auf. Ein weiterer Bestandteil des Hochvoltnetzes 10 ist ein Batteriesystem 3, welche mehrere, hier zwei, Hochvoltbatterien 1 , 2 umfasst. Die Hochvoltbatterien weisen jeweils eine Nennspannung von 400 V auf. Ferner umfasst das Hochvoltnetz 10 einen Ladeanschluss 7.
Das Batteriesystem 3 ist parallel zu einem Kondensator 4 geschaltet, über dem die Nennspannung des Hochvoltnetzes 1 abfällt und diese glättet. Das Batteriesystem 3 umfasst mehrere Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4, über welche die Verschaltung der der Hochvoltbatterien 1 , 2 eingestellt werden kann. Insofern ist es möglich, durch das Einstellen der Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 verschieden Betriebszustände des Batteriesystems 3 einzustellen. Die Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 können beispielsweise als Halbleiterschalter, insbesondere als MOSFET, IGBT oder GTO, als Relais oder als Schütz ausgebildet sein. Eine erste Schalteinrichtung S1 ist mit einem positiven Potential P des Hochvoltnetzes 10 und mit einem Mittelpotential M des Hochvoltnetzes verbunden. Eine zweite Schalteinrichtung S2 ist mit einem negativen Potential N und dem Mittelpotential M verbunden. Eine dritte Schalteinrichtung S3 ist mit einer ersten Hochvoltbatterie 1 und dem Mittelpotential M verbunden und eine vierte Schalteinrichtung S4 ist mit einer zweiten Hochvoltbatterie 2 und dem Mittelpotential M verbunden.
Zur Einstellung der Betriebszustände des Batteriesystems 3, insbesondere zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 weist das Hochvoltnetz 10 ferner eine Steuereinrichtung 8 auf. Die Steuereinrichtung 8 kann beispielsweise als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 8 ist dazu konfiguriert ist, das Batteriesystem 3 wahlweise in einem Normalbetriebsmodus zu betreiben, in dem beide Hochvoltbatterien 1 , 2 aktiviert sind, um Energie zum Betrieb der Traktionsantriebe 5, 6 bereitzustellen, oder in einem
Fehlerbetriebsmodus zu betreiben, in dem eine erste Hochvoltbatterie 1 ,2 aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie 1 , 2 deaktiviert ist.
In dem Normalbetriebsmodus werden die beiden Hochvoltbatterien 1 , 2 in Serie geschaltet. Hierzu werden die Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 derart
angesteuert, dass die erste Schalteinrichtung S1 und die zweite Schalteinrichtung S2 nicht-leitend sind und die dritte Schalteinrichtung S3 und die vierte Schalteinrichtung S4 leitend sind. In dem Normalbetriebsmodus kann das Batteriesystem somit eine Nennspannung bereitstellen, die der Summe der Nennspannungen der
Hochvoltbatterien 1 , 2 entspricht, hier 800 V.
Wahlweise kann das Batteriesystem 3 in einen Fehlerbetriebsmodus versetzt werden, in welchem nur eine der beiden Hochvoltbatterien 1 , 2 aktiv ist und die jeweilige andere Hochvoltbatterie 1 , 2 nicht aktiv ist. In einem ersten
Fehlerbetriebsmodus werden die Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 derart angesteuert, dass die erste Schalteinrichtung S1 nicht-leitend ist, die zweite
Schalteinrichtung S2 leitend ist, die dritte Schalteinrichtung leitend ist und die vierte Schalteinrichtung S4 nicht-leitend ist. Insofern ist in dem ersten Fehlerbetriebsmodus nur die erste Hochvoltbatterie 1 aktiviert während die zweite Hochvoltbatterie 2 deaktiviert ist. In einem zweiten Fehlerbetriebsmodus werden die
Schalteinrichtungen S1 , S2, S3, S4 derart angesteuert, dass die erste
Schalteinrichtung S1 leitend ist, die zweite Schalteinrichtung S2 nicht-leitend ist, die dritte Schalteinrichtung S3 nicht-leitend ist und die vierte Schalteinrichtung S4 leitend ist. In diesem ersten Fehlerbetriebsmodus ist somit nur die zweite Hochvoltbatterie 2 aktiv während die erste Hochvoltbatterie 1 deaktiviert ist. In dem ersten oder zweiten Fehlerbetriebsmodus kann das Batteriesystem 3 eine Nennspannung bereitstellen, die der Nennspannung der jeweiligen aktiven Hochvoltbatterie 1 , 2 entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt die Nennspannung in dem Fehlerbetriebsmodus 400 V.
Der Wechsel von dem Normalbetriebsmodus in den Fehlerbetriebsmodus erfolgt dann, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird, insbesondere ein Fehlerzustand in der Hochvoltbatterie 1 , 2, die in dem jeweiligen Fehlerbetriebsmodus deaktiviert wird. Beispielsweise kann ein Abfall der durch die jeweilige Hochvoltbatterie 1 , 2 bereitgestellten Spannung und/oder ein Kurzschlussstrom und/oder die
Überschreitung eines Temperaturschwellenwerts erkannt werden. Besonders bevorzugt weist das Hochvoltnetz 10 eine Fehlerdetektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerzustands auf, insbesondere einen Sensor oder eine Detektionslogik.
Bei dem Hochvoltnetz 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind mehrere Traktionsantriebe 5, 6 vorgesehen, die über geeignete Schalteinrichtungen wahlweise mit dem positiven Potential P und dem negativen Potential N des
Hochvoltnetzes 10 verbunden werden können. Insofern ist es in dem
Normalbetriebsmodus möglich, entweder einen der Traktionsantriebe 5, 6, zwei der Traktionsantriebe 5, 6 eine höhere Anzahl an Traktionsantrieben 5, 6, oder alle Traktionsantrieben 5, 6 mit dem Batteriesystem 3 und damit mit den aktivierten Hochvoltbatterien 1 , 2, zu verbinden.
Gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein, dass das Hochvoltnetz 10 mit einem Bordnetz, insbesondere mit einem
Niederspannungs-Bordnetz, verbunden ist. Hierzu können ein oder mehrere
Gleichspannungswandler vorgesehen sein, über welche die höhere Spannung des Hochvoltnetzes 10 in eine geringe Spannung des Bordnetzes umgesetzt werden kann. In der Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild eines als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs mit einem Hochvoltnetz 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Hochvoltnetz 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist mehrere Traktionsantriebe 5, 6 und eine Hochspannungs-Klimaanlage 9 auf. Ein weiterer Bestandteil des Hochvoltnetzes 10 ist ein Batteriesystem 3, welche mehrere, hier zwei, Hochvoltbatterien 1 , 2 umfasst. Die Hochvoltbatterien weisen jeweils eine Nennspannung von 400 V auf. Ferner umfasst das Hochvoltnetz 10 einen Ladeanschluss 7 und eine als power balancing unit ausgebildete Steuereinrichtung 8.
Das Batteriesystem 3 weist zwei Hochvoltbatterien 1 , 2 auf. Die Steuereinrichtung 8 kann beispielsweise als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 8 ist dazu konfiguriert, das Batteriesystem 3 wahlweise in einem Normalbetriebsmodus zu betreiben, in dem beide Hochvoltbatterien 1 , 2 aktiviert sind, um Energie zum Betrieb der Traktionsantriebe 5, 6 bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus zu betreiben, in dem eine erste Hochvoltbatterie 1 ,2 aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie 1 , 2 deaktiviert ist. Dabei wird das Batteriesystem 3 ausgehend von dem Normalbetriebsmodus in den
Fehlerbetriebsmodus versetzt, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird, insbesondere ein Fehlerzustand in der zweiten Hochvoltbatterie 2.
Das Hochvoltnetz 10 weist einen ersten Traktionsantrieb 5 auf, der mit der ersten Hochvoltbatterie 1 und nicht mit der zweiten Hochvoltbatterie 2 verbunden ist, und einen zweiten Traktionsantrieb 6, der nicht mit der ersten Hochvoltbatterie 1 aber mit der zweiten Hochvoltbatterie 2 verbunden ist. In dem Normalbetriebsmodus wird der erste Traktionsantrieb 5 durch die erste Hochvoltbatterie 1 des Batteriesystems 3 gespeist und der zweite Traktionsantrieb 6 wird durch die zweite Hochvoltbatterie 2 des Batteriesystems 3 gespeist. Gemäß einer Abwandlung des zweiten
Ausführungsbeispiels können mehrere erste Traktionsantriebe 5 vorgesehen sein, die aus der ersten Hochvoltbatterie 1 gespeist werden und/oder es können mehrere zweite Traktionsantriebe 6 vorgesehen sein, die aus der zweiten Hochvoltbatterie 2 gespeist werden. In dem Normalbetriebsmodus speisen beide Hochvoltbatterien 1 , 2 zudem über einen der jeweiligen Hochvoltbatterie 1 , 2 zugeordneten Gleichspannungswandler 11 , 12 Energie in ein gemeinsames Bordnetz 20, insbesondere in ein
Niederspannungs-Bordnetz, ein. Das Niederspannungsbordnetz kann beispielsweise eine Nennspannung von 12 V aufweisen. Typischerweise umfasst das Bordnetz eine Niederspannungs-Batterie. In dem Fehlerbetriebsmodus, in welchem die zweite Hochvoltbatterie 2 deaktiviert ist, speist nur die erste Hochvoltbatterie 1 über den ihr zugeordneten Gleichspannungswandler 11 Energie in das Bordnetz 20 ein und die zweite Hochvoltbatterie 2 speist keine Energie ein.
An das Bordnetz 20 sind ferner Beleuchtungseinrichtungen 21 , eine Steuereinheit 22, ein HAD ( highly automated driving)- System 23, eine Kühlung 24, ein Internet of Things ( loT) System 25 sowie eine Niederspannungs-Klimaanlage 26
angeschlossen. Ferner sind mit dem Bordnetz 20 eine erster Lenkeinrichtung 27, beispielsweise für eine Vorderachse des Fahrzeugs, und eine zweite Lenkeinrichtung 28, beispielsweise für die Hinterachse des Fahrzeugs, verbunden. Bevorzugt können mehrere erste Lenkeinrichtungen 27, beispielsweise an jedem Rad der Vorderachse, und/oder mehrere zweite Lenkeinrichtungen 28, beispielsweise an jedem Rad der Hinterachse, vorgesehen sein.
Die Hochvoltbatterien 1 , 2, weisen eine Nennspannung im Bereich größer als 350 V, bevorzugt im Bereich größer als 380 V, beispielsweise im Bereich größer oder gleich 400 V, insbesondere 400 V, auf.
Bei den vorstehend beschriebenen Hochvoltnetzen 10 für Elektro- oder
Hybridfahrzeuge mit mindestens einem Traktionsantrieb 5, 6 und mit einem
Batteriesystem 3, das mindestens zwei Hochvoltbatterien 1 , 2 umfasst, kann ein Betriebsverfahren zur Anwendung kommen, bei welchem das Batteriesystem 3 wahlweise in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, in dem beide
Hochvoltbatterien 1 , 2 aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs 5, 6 bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus betrieben wird, in dem eine erste Hochvoltbatterie 1 aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie 2 deaktiviert ist. Hierdurch kann die Verfügbarkeit des Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs erhöht werden. Bei den Hochvoltnetzen 10 gemäß der Ausführungsbeispiele kann vorgesehen sein, dass die erste Hochvoltbatterie 1 im Bereich einer Vorderachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs und die zweite Hochvoltbatterie 2 im Bereich einer Hinterachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch kann die Gefahr, einer Beeinträchtigung beider Hochvoltbatterien 1 , 2 bei einem Crash reduziert werden.
Bezugszeichenliste
1 Hochvoltbatterie
2 Hochvoltbatterie
3 Batteriesystem
4 Kondensator
5 Traktionsantrieb
6 Traktionsantrieb
7 Ladeanschluss
8 Steuereinrichtung
9 Hochspannungs-Klimaanlage
10 Hochvoltnetz
11 Gleichspannungswandler
12 Gleichspannungswandler
20 Bordnetz
21 Beleuchtungseinrichtungen
22 Steuereinheit
23 HAD-System
24 Kühlung
25 loT-System
26 Niederspannungs-Klimaanlage
27 Lenkeinrichtung
28 Lenkeinrichtung
P positives Potential
M Mittelpotential
N negatives Potential
51 Schalteinrichtung
52 Schalteinrichtung
53 Schalteinrichtung
54 Schalteinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltnetzes (10) in einem Elektro- oder
Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb (5, 6) und mit einem Batteriesystem (3), das mindestens zwei Hochvoltbatterien (1 , 2) umfasst, wobei das Batteriesystem (3) wahlweise in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, in dem beide Hochvoltbatterien (1 , 2) aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs (5, 6) bereitzustellen, oder in einem
Fehlerbetriebsmodus betrieben wird, in dem eine erste Hochvoltbatterie (1 , 2) aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie (1 , 2) deaktiviert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Batteriesystem (3) ausgehend von dem Normalbetriebsmodus in den
Fehlerbetriebsmodus versetzt wird, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird, insbesondere ein Fehlerzustand in der zweiten Hochvoltbatterie (1 , 2).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Hochvoltbatterie (1 , 2) und die zweite
Hochvoltbatterie (1 , 2) in dem Normalbetriebsmodus in Serie geschaltet sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Hochvoltnetz (10) einen ersten Traktionsantrieb (5) und einen zweiten Traktionsantrieb (6) aufweist, wobei in dem
Normalbetriebsmodus wahlweise beide Traktionsantriebe (5, 6) mit den aktivierten Hochvoltbatterien (1 , 2) verbunden werden oder nur der erste Traktionsantrieb (5) oder nur der zweite Traktionsantrieb (6).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvoltnetz (10) einen ersten Traktionsantrieb (5) aufweist, der mit der ersten Hochvoltbatterie (1 ) und nicht mit der zweiten Hochvoltbatterie (2) verbunden ist, und einen zweiten Traktionsantrieb (6) aufweist, der nicht mit der erste Hochvoltbatterie (1 ) aber mit der zweiten Hochvoltbatterie (2) verbunden ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Normalbetriebsmodus beide Hochvoltbatterien (1 , 2) über einen der jeweiligen Hochvoltbatterie (1 , 2) zugeordneten
Gleichspannungswandler (11 , 12) Energie in ein gemeinsames Bordnetz (20), insbesondere in ein Niederspannungs-Bordnetz, einspeisen, und in dem Fehlerbetriebsmodus die erste Hochvoltbatterie (1 ) über den ihr zugeordneten Gleichspannungswandler (11 ) Energie in das Bordnetz (20) einspeist und die zweite Hochvoltbatterie (2) nicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Hochvoltbatterien (1 , 2) eine Nennspannung im Bereich größer als 350 V, bevorzugt im Bereich größer als 380 V, beispielsweise im Bereich größer oder gleich 400 V, insbesondere 400 V, aufweisen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Hochvoltbatterien (1 , 2) in dem
Normalbetriebsmodus in einem Master-Slave-Betrieb betrieben werden, wobei bevorzugt die erste Hochvoltbatterie (1 ) als Master-Batterie konfiguriert ist und die zweite Hochvoltbatterie (2) als Slave-Batterie konfiguriert ist.
9. Hochvoltnetz (10) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit mindestens einem Traktionsantrieb (5, 6), mit einem Batteriesystem (3), das mindestens zwei Hochvoltbatterien (1 , 2) umfasst, und mit einer Steuereinrichtung (8) zur Steuerung des Batteriesystems (3), wobei die Steuereinrichtung (8)
konfiguriert ist, das Batteriesystem (3) wahlweise in einem
Normalbetriebsmodus zu betreiben, in dem beide Hochvoltbatterien (1 , 2) aktiviert sind, um Energie zum Betrieb des Traktionsantriebs (5, 6)
bereitzustellen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus zu betreiben, in dem eine erste Hochvoltbatterie (1 , 2) aktiviert ist und eine zweite Hochvoltbatterie (1 , 2) deaktiviert ist.
10. Elektro- oder Hybridfahrzeug, insbesondere autonomes Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Hochvoltnetz (10) nach Anspruch 9, wobei bevorzugt die erste Hochvoltbatterie (1 ) im Bereich einer Vorderachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs und die zweite Hochvoltbatterie (2) im Bereich einer Hinterachse des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet ist.
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