WO2025008022A1 - Verfahren zum betreiben einer spannungsausgleichsvorrichtung für einen hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen kraftfahrzeugs, computerprogrammprodukt sowie spannungsausgleichsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer spannungsausgleichsvorrichtung für einen hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen kraftfahrzeugs, computerprogrammprodukt sowie spannungsausgleichsvorrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a voltage compensation device for a high-voltage energy storage device of an at least partially electrically operated motor vehicle according to the applicable patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a computer program product with program code means and a voltage compensation device.
  • Battery-electric vehicles can, for example, have a so-called 800-volt system.
  • 800-volt system there are still a relatively high number of charging stations that can only provide a lower maximum charging voltage.
  • the corresponding vehicles cannot then be fully charged at these charging stations.
  • a 400-volt backwards-compatible charging function is provided in the vehicle.
  • the high-voltage energy storage unit is divided into "two" storage halves, which can be charged "in series” at 800-volt charging stations. At charging stations with a lower voltage, these are charged in parallel.
  • the two storage halves can be connected in parallel without damaging the hardware used if the voltage difference between the storage halves is less than a hardware-dependent threshold. Otherwise, uncontrolled equalizing currents can occur between the two partial storage units, which can cause hardware damage and, for example, the vehicle breaking down.
  • DE 102016213 070 B4 relates to a method and a vehicle electrical system with an inverter, an electrical energy storage device, an electrical machine and an alternating current transmission connection, wherein the inverter has a first side and a second side and is designed to transmit power between these sides, wherein on the first side of the inverter two output connections of the inverter are connected or connectable to the energy storage device, wherein on the second side of the inverter, at least two phase current connections of the inverter are connected or connectable to the electrical machine, wherein at least one of the charging inputs of the vehicle electrical system can be switched to an inner motor phase of the electrical machine by a switching device controlled by a controller, and wherein the vehicle electrical system is designed to first charge the electrical energy store with a first voltage and then charge the electrical energy store with a second voltage, wherein the second voltage is greater than the first voltage.
  • DE 102013225493 A1 describes an integrated converter and a method that combine an on-board charger and a low-voltage DC-DC converter.
  • the integrated converter improves the charging efficiency of a vehicle's battery and supplies the power to an electronic device load at high density.
  • the charging efficiency of the high-voltage battery and the power transfer efficiency to the low-voltage converter are improved using the integrated converter.
  • the low-voltage converter receives high-density power because a much more stable voltage is input to the low-voltage converter from the integrated converter.
  • DE 102016207272 A1 describes a storage system for providing electrical power for driving a vehicle.
  • the storage system comprises a first and a second storage module for storing electrical energy.
  • the storage system comprises a switching unit that is configured to connect the first storage module and the second storage module in series for a charging process and to connect them in parallel for driving the vehicle.
  • the storage system comprises a control unit that is configured to initiate one or more measures to reduce a difference between a state of charge of the first storage module and a state of charge of the second storage module in preparation for connecting the first storage module in parallel with the second storage module.
  • the object of the present invention is to provide a method, a computer program product and a voltage compensation device by means of which voltages within the high-voltage energy storage device can be reliably compensated.
  • a Aspect of the invention relates to a method for operating a voltage equalization device for a high-voltage energy storage device of an at least partially electrically operated motor vehicle.
  • An electrical separating device of the voltage equalization device is provided for separating the high-voltage energy storage device into at least two partial storage devices.
  • a first DC-DC converter of the voltage equalization device is provided for a first partial storage device of the high-voltage energy storage device.
  • a second DC-DC converter of the voltage equalization device is provided for the second partial storage device of the high-voltage energy storage device.
  • a first partial voltage of the first partial storage device is detected by means of a first detection device of the voltage equalization device and a second partial voltage of the second partial storage device is detected by means of a second detection device of the voltage equalization device.
  • the first partial voltage is compared with the second partial voltage by means of an electronic computing device of the voltage equalization device and the first DC-DC converter and the second DC-DC converter are operated depending on the comparison by means of the electronic computing device.
  • a different operating strategy for the DC-DC converters is used depending on the two partial voltages within the two partial storage units. For example, one DC-DC converter can be loaded more than the other, which leads to a greater power consumption in the partial storage unit assigned to the DC-DC converter. This additional load can then be maintained until the partial voltages are essentially balanced.
  • the energy storage unit can also be divided into three or four sub-storage units, for example.
  • Each of the sub-storage units is then assigned a respective DC-DC converter.
  • a respective operating strategy for the DC-DC converter can be set.
  • electrical energy for a low-voltage vehicle electrical system is provided by the first DC-DC converter or the second DC-DC converter depending on the comparison.
  • the first DC-DC converter and the second DC-DC converter can provide electrical energy in the high-voltage range, in particular for a low-voltage vehicle electrical system, for example for a 12-volt vehicle electrical system.
  • the first partial voltage in the first partial storage is higher than the second partial voltage in the second partial storage, it can be provided that electrical energy for the low-voltage vehicle electrical system is provided by the first DC-DC converter. This results in a higher load on the first partial storage, as a result of which an adjustment of the partial voltages can be implemented. This can ensure, in particular for example during a charging process, that both partial storage units have a similar voltage value.
  • electrical energy is provided by one of the two DC-DC converters for the other of the two DC-DC converters.
  • a corresponding coupling can be provided on the low-voltage side of the two DC-DC converters.
  • the first partial voltage is higher than the second partial voltage
  • electrical energy can be provided by the first DC-DC converter for the second DC-DC converter, so that essentially the second partial storage can be charged via the first DC-DC converter and thus via the first partial storage.
  • charge equalization and voltage equalization can thus be realized. This can also be referred to as a so-called boost function.
  • a further advantageous embodiment provides that below a predetermined threshold value for a difference in the partial voltages, no different operation of the two DC-DC converters is carried out.
  • the method can only be applied above a predetermined threshold value for the difference or the difference between the two partial voltages. This prevents excessive loads or cycles, thereby increasing the service life of the high-voltage energy storage device. It is also advantageous if the high-voltage energy storage device is provided with a voltage of essentially 800 volts and/or the first partial voltage and/or the second partial voltage is provided with essentially 400 volts.
  • the high-voltage energy storage device is provided with 800 volts and a separation is carried out in such a way that the first partial storage device has 400 volts and the second partial storage device each has 400 volts. This makes it possible, for example, to also charge at 400 volt charging stations.
  • a further advantageous embodiment provides that the method is carried out during a discharging process and/or during a charging process of the high-voltage energy storage device.
  • the method can be carried out as a discharging process, so that the voltage level of the two partial storage devices essentially remains at the same level permanently.
  • the voltage level can also be adjusted during the charging process, for example, a respective partial storage device can be charged with 400 volts, and then, should corresponding partial voltage differences arise, one partial storage device with a higher voltage can additionally charge the other partial storage device with a lower energy voltage. Voltage compensation can therefore also be carried out during the charging process.
  • the respective partial voltage of the partial storage units is essentially equalized using the method.
  • these are at least equalized or balanced in such a way that a voltage difference is below a predetermined threshold value. This can prevent corresponding unwanted equalizing currents between the two partial storage units or the battery cells of the partial storage units.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program product with program code means which cause an electronic computing device to carry out a method according to the previous aspect when the program code means are processed by the electronic computing device.
  • a still further aspect of the invention therefore also relates to a computer-readable storage medium with the computer program product according to the preceding aspect.
  • the invention also relates to a voltage compensation device for a high-voltage energy storage device of an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one electrical isolating device, a first detection device, a second detection device, a first DC-DC converter, a second DC-DC converter and an electronic computing device, wherein the voltage compensation device is designed to carry out a method according to the preceding aspect. In particular, the method is carried out by means of the voltage compensation device.
  • the invention also relates to a high-voltage energy storage device with a voltage compensation device according to the preceding aspect.
  • the high-voltage energy storage device is provided in particular with, for example, 800 volts.
  • the invention also relates to an at least partially electrically operated motor vehicle with a high-voltage energy storage device according to the preceding aspect.
  • the motor vehicle can also be fully electric.
  • Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the voltage compensation device, the high-voltage energy storage device and the at least partially electrically operated motor vehicle.
  • the voltage compensation device, the high-voltage energy storage device and the at least partially electrically operated motor vehicle have material features for this purpose in order to be able to carry out corresponding method steps.
  • a computing unit/electronic computing device can be understood in particular as a data processing device that contains a processing circuit.
  • the computing unit can therefore in particular process data to carry out computing operations. This may also include operations to carry out indexed access to a data structure, for example a conversion table, LUT (English: "look-up table").
  • the computing unit may in particular contain one or more computers, one or more microcontrollers and/or one or more integrated circuits, for example one or more application-specific integrated circuits, ASIC (application-specific integrated circuit), one or more field-programmable gate arrays, FPGA, and/or one or more single-chip systems, SoC (system on a chip).
  • the computing unit can also contain one or more processors, for example one or more microprocessors, one or more central processing units, CPU (central processing unit), one or more graphics processing units, GPU (graphics processing unit) and/or one or more signal processors, in particular one or more digital signal processors, DSP.
  • the computing unit can also contain a physical or virtual network of computers or other of the aforementioned units.
  • the computing unit includes one or more hardware and/or software interfaces and/or one or more memory units.
  • a memory unit can be a volatile data storage device, such as a dynamic random access memory (DRAM) or a static random access memory (SRAM), or a non-volatile data storage device, such as a read-only memory (ROM), a programmable read-only memory (PROM), an erasable programmable read-only memory (EPROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a flash memory or flash EEPROM, a ferroelectric random access memory (FRAM), a magnetoresistive random access memory (MRAM) or a Phase-change random access memory (PCRAM).
  • DRAM dynamic random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • PROM programmable read-only memory
  • EPROM erasable programmable read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • flash memory or flash EEPROM a ferroelectric random access memory (FRAM), a magnetoresistive random access memory (MRAM
  • a battery in the sense of the invention comprises at least one and in particular several battery cells that are electrically conductively connected to one another, such a battery cell preferably providing a voltage in the range of 3.5 to 4.0 volts.
  • a battery cell can be designed, for example, as a prismatic cell, a pouch cell or a round cell.
  • the battery is preferably designed as a so-called high-voltage battery, which is designed to provide an electrical voltage in the range of more than 60 volts, in particular in the range of several 100 volts.
  • Such a high-voltage battery can be arranged in a motor vehicle, where it has a can supply electrical consumers, in particular a drive motor, with electrical energy.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of a
  • Motor vehicle with an embodiment of a high-voltage energy storage device with an embodiment of a voltage compensation device;
  • Fig. 2 is a schematic block diagram according to an embodiment of the
  • Fig. 3 shows another schematic block diagram according to a
  • Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle 10.
  • the motor vehicle 10 is in particular at least partially electrically operated or fully electrically operated.
  • the motor vehicle 10 has a high-voltage energy storage device 12.
  • the high-voltage energy storage device 12 can be operated with 800 volts, for example.
  • the high-voltage storage device 12 has a separating device 14, which in particular is essentially a switching device that electrically separates a first partial storage device 16 from a second partial storage device 18.
  • corresponding switching elements can be used for this purpose be provided, which can essentially connect the first partial memory 16 and the second partial memory 18 in parallel or in series depending on the circuit set.
  • a serial circuit in particular 800 volts can be provided, while in a parallel circuit 400 volts are provided in each case.
  • a voltage compensation device 20 is provided.
  • the voltage compensation device 20 has in particular at least the electrical isolating device 14, a first detection device 22, a second detection device 24, a first DC-DC converter 26, a second DC-DC converter 28 and an electronic computing device 30.
  • the first detection device 22 and the second detection device 24 are designed in particular to detect the respective partial voltages.
  • Fig. 1 further shows that, for example, electrical energy can be provided for an electric drive device 32 using the high-voltage energy storage device 12. Furthermore, the motor vehicle 10 can have a low-voltage on-board network 34.
  • a first partial voltage of the first partial memory 16 is detected by means of the first detection device 22 and a second partial voltage of the second partial memory 18 is detected by means of the second detection device 24.
  • the first partial voltage is compared with the second partial voltage by means of the electronic computing device 30.
  • the first DC-DC converter 26 and the second DC-DC converter 28 are operated by means of the electronic computing device 30.
  • the electronic computing device 30 can, for example, corresponding control signals are transmitted to the first DC-DC converter 26 and the second DC-DC converter 28.
  • Fig. 2 shows a schematic block diagram according to an embodiment of the voltage compensation device 20.
  • Fig. 2 shows in particular that electrical energy 36 for the low-voltage network 34 is provided by the first DC-DC converter 26 or the second DC-DC converter 28 depending on the comparison.
  • Fig. 2 shows that, depending on the comparison, more electrical energy 36 is provided by one of the two DC-DC converters 26, 28 than by the other of the two DC-DC converters 26, 28.
  • Fig. 2 shows in particular that, for example, in the present embodiment, more electrical energy 36 is provided by the first DC-DC converter 26 than by the second DC-DC converter 28. This is shown in particular by the size of the corresponding arrows. In other words, the larger arrow represents a higher value of electrical energy 36 than the smaller arrow.
  • Fig. 3 shows a further schematic embodiment of the voltage compensation device 20.
  • electrical energy 36 is provided by one of the two DC-DC converters 26, 28 for the other of the two DC-DC converters 26, 28.
  • the partial voltage in the first partial storage 16 is greater than in the second partial storage 18.
  • Electrical energy 36 is thus provided by the first DC-DC converter 26 both for the low-voltage on-board network 34 and a corresponding electrical energy 36 for the second DC-DC converter 28.
  • the second DC-DC converter 28 can again use the electrical energy 36 provided, for example, to charge the second partial storage 18 accordingly, until in particular a predetermined compensation voltage value of the two partial storages is reached.
  • the respective partial voltages of the partial storages 16, 18 are essentially equalized by means of the method.
  • the voltage difference between the corresponding partial storage units 16, 18 is kept correspondingly low.
  • a power consumption in one of the two DC-DC converters 26, 28 is higher than in the other of the two DC-DC converters 26, 28.
  • electrical Energy 36 for example via the 12 volt side from the first DC-DC converter 26 to the second DC-DC converter 28.
  • Voltage compensation device first detection device second detection device first DC-DC converter second DC-DC converter electronic computing device drive device low-voltage on-board network electrical energy

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen Hochvoltenergiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit den Schritten: Bereitstellen einer elektrischen Trennvorrichtung (14) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) zum Trennen des Hochvoltenergiespeichers (12) in zumindest zwei Teilspeicher (16, 18); Bereitstellen eines ersten Gleichspannungswandlers (26) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen ersten Teilspeicher (16) des Hochvoltenergiespeichers (12); Bereitstellen eines zweiten Gleichspannungswandlers (28) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen zweiten Teilspeicher (18) des Hochvoltenergiespeichers (12); Erfassen einer ersten Teilspannung des ersten Teilspeichers (16) mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (22) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20); Erfassen einer zweiten Teilspannung des zweiten Teilspeichers (18) mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung (24) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20); Vergleichen der ersten Teilspannung mit der zweiten Teilspannung mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (30) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20); und dem Betreiben des ersten Gleichspannungswandlers (26) und des zweiten Gleichspannungswandler (28) in Abhängigkeit von dem Vergleich mittels der elektronischen Recheneinrichtung (30). Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Spannungsausgleichsvorrichtung (20).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Spannungsausgleichsvorrichtung für einen Hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukt sowie Spannungsausgleichsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spannungsausgleichsvorrichtung für einen Hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem geltenden Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln sowie eine Spannungsausgleichsvorrichtung.
Batterieelektrische Kraftfahrzeuge können beispielsweise ein sogenanntes 800-Volt- System aufweisen. Es gibt jedoch noch eine relativ hohe Anzahl von Ladesäulen, welche nur eine geringere maximale Ladespannung zur Verfügung stellen können. An diesen Ladesäulen können dann die entsprechenden Kraftfahrzeuge nicht vollgeladen werden. Aus diesem Grund ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, dass beispielsweise eine 400-Volt-rückwärtskompatible Ladefunktion im Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. In diesem Zustand wird der Hochvoltenergiespeicher in „zwei“ Speicherhälften geteilt, welche an 800-Volt-Ladesäulen „in Reihe“ geladen werden können. An Ladesäulen mit geringerer Spannung werden diese parallel geladen.
Im Falle des 400-Volt-rückwärtskompatiblen Ladens können die beiden Speicherhälften, ohne Beschädigung der verwendeten Hardware parallel geschaltet werden, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Speicherhälften kleiner als einer von der Hardwareabhängigen Schwelle ist. Ansonsten kann es zu unkontrollierten Ausgleichsströmen zwischen den beiden Teilspeichern führen, was zu Hardwareschädigung und beispielsweise einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs führen kann.
Die DE 102016213 070 B4 betrifft ein Verfahren und ein Fahrzeugbordnetz mit einem Wechselrichter, einem elektrischen Energiespeicher, einer elektrischen Maschine und einem Wechselstromübertragungsanschluss, wobei der Wechselrichter eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und eingerichtet ist, Leistung zwischen diesen Seiten zu übertragen, wobei auf der ersten Seite des Wechselrichters zwei Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters mit dem Energiespeicher verbunden oder verbindbar sind, wobei auf der zweiten Seite des Wechselrichters mindestens zwei Phasenströmanschlüsse des Wechselrichters mit der elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar sind, wobei durch eine von einer Steuerung gesteuerte Schalteinrichtung mindestens einer der Lade- Eingänge des Fahrzeugbordnetzes jeweils auf eine innere Motorphase der elektrischen Maschine schaltbar ist, und wobei das Fahrzeugbordnetz dazu ausgebildet ist, zunächst den elektrischen Energiespeicher mit einer ersten Spannung zu laden, und danach den elektrischen Energiespeicher mit einer zweiten Spannung zu laden, wobei die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist.
Die DE 102013225493 A1 beschreibt einen integrierten Umwandler und ein Verfahren, die ein Bordladegerät und einen Niederspannungs-Gleichspannungswandler kombinieren. Der integrierte Umwandler verbessert die Ladeeffizienz der Batterie eines Fahrzeugs und führt die Leistung mit hoher Dichte an eine elektronische Vorrichtungslast zu. Die Ladeeffizienz der Hochspannungsbatterie und die Stromübertragungseffizienz an den Niederspannungsumwandler werden unter Verwendung des integrierten Umwandlers verbessert. Ferner empfängt der Niederspannungsumwandler eine Leistung mit hoher Dichte, da in den Niederspannungsumwandler eine wesentlich stabilere Spannung von dem integrierten Umwandler eingegeben wird.
In der DE 102016207272 A1 wird ein Speichersystem zur Bereitstellung von elektrischer Leistung für den Antrieb eines Fahrzeugs beschrieben. Das Speichersystem umfasst ein erstes und ein zweites Speichermodul zur Speicherung von elektrischer Energie. Außerdem umfasst das Speichersystem eine Schalteinheit, die eingerichtet ist, das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul für einen Ladevorgang in Serie zu schalten und für den Antrieb des Fahrzeugs parallel zu schalten. Des Weiteren umfasst das Speichersystem eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Maßnahmen zu veranlassen, um einen Unterschied eines Ladezustands des ersten Speichermoduls und eines Ladezustands des zweiten Speichermoduls in Vorbereitung auf ein Parallel- Schalten des ersten Speichermoduls mit dem zweiten Speichermodul zu reduzieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Spannungsausgleichsvorrichtung zu schaffen, mittels welchem zuverlässig Spannungen innerhalb des Hochvoltenergiespeichers ausgeglichen werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie durch eine Spannungsausgleichsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spannungsausgleichsvorrichtung für einen Hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Es erfolgt das Bereitstellen einer elektrischen Trennvorrichtung der Spannungsausgleichsvorrichtung zum Trennen des Hochvoltenergiespeichers in zumindest zwei Teilspeicher. Es wird ein erster Gleichspannungswandler der Spannungsausgleichsvorrichtung für einen ersten Teilspeicher des Hochvoltenergiespeichers bereitgestellt. Es wird ein zweiter Gleichspannungswandler der Spannungsausgleichsvorrichtung für den zweiten Teilspeicher des Hochvoltenergiespeichers bereitgestellt. Es wird eine erste Teilspannung des ersten Teilspeichers mittels einer ersten Erfassungseinrichtung der Spannungsausgleichsvorrichtung erfasst und eine zweite Teilspannung des zweiten Teilspeichers mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung der Spannungsausgleichsvorrichtung erfasst. Es erfolgt das Vergleichen der ersten Teilspannung mit der zweiten Teilspannung mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Spannungsausgleichsvorrichtung und das Betreiben des ersten Gleichspannungswandlers und des zweiten Gleichspannungswandlers in Abhängigkeit von dem Vergleich mittels der elektronischen Recheneinrichtung.
Insbesondere ist somit vorgesehen, um das Spannungsdelta beziehungsweise die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Teilspeichern gleich zu handeln, sind entsprechende Betriebsstrategien notwendig, welche sicherstellen, dass es zu keinen zu großen Spannungsunterschieden zwischen den beiden Batteriehälften kommt. Diese Funktionalität kann auch als sogenannte Packsymmetrierung bezeichnet werden.
Mit anderen Worten ist vorgesehen, ja nachdem, wie die beiden Teilspannungen innerhalb der beiden Teilspeicher sind, erfolgt eine unterschiedliche Betriebsstrategie der Gleichspannungswandler. Beispielsweis kann ein Gleichspannungswandler mehr belastet werden als der andere, was zu einer größeren Leistungsentnahme bei dem den Gleichspannungswandler zugeordneten Teilspeicher führt. Diese Mehrbelastung kann dann so lange aufrechterhalten werden, bis die Teilspannungen im Wesentlichen ausgeglichen sind.
Es ist selbstverständlich, dass bei anderen Spannungslagen der Energiespeicher beispielsweis auch in drei oder vier Teilspeicher unterteilt werden kann. Jedem der Teilspeicher ist dann ein jeweiliger Gleichspannungswandler zugeordnet. Je nachdem, wie sich die einzelnen Teilspannungen dann zueinander verhalten, kann eine jeweilige Betriebsstrategie der Gleichspannungswandler eingestellt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird elektrische Energie für ein Niederspannungsbordnetz in Abhängigkeit von dem Vergleich von dem ersten Gleichspannungswandler oder dem zweiten Gleichspannungswandler bereitgestellt. Mit anderen Worten können der erste Gleichspannungswandler und der zweite Gleichspannungswandler elektrische Energie im Hochvoltbereich insbesondere für ein Niederspannungsbordnetz, beispielsweise für ein 12-Volt-Bordnetz, bereitstellen. Hierbei kann dann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von dem Vergleich mehr elektrische Energie von einem der beiden Gleichspannungswandler bereitgestellt wird als von dem anderen der beiden Gleichspannungswandler bereitgestellt wird. Sollte beispielsweise die erste Teilspannung im ersten Teilspeicher höher sein als die zweite Teilspannung im zweiten Teilspeicher, so kann vorgesehen sein, dass elektrische Energie für das Niederspannungsbordnetz durch den ersten Gleichspannungswandler bereitgestellt wird. Somit erfolgt eine höhere Belastung des ersten Teilspeichers, wodurch eine Anpassung der Teilspannungen realisiert werden kann. Somit kann, insbesondere beispielsweise bei einem Ladevorgang sichergestellt werden, dass beide Teilspeicher einen ähnlichen Spannungswert aufweisen.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn in Abhängigkeit von dem Vergleich elektrischer Energie von einem der beiden Gleichspannungswandler für den anderen der beiden Gleichspannungswandler bereitgestellt wird. Beispielsweise kann auf der Niederspannungsseite der beiden Gleichspannungswandler eine entsprechende Koppelung vorgesehen sein. Sollte beispielsweise die erste Teilspannung höher sein als die zweite Teilspannung, so kann elektrische Energie vom ersten Gleichspannungswandler für den zweiten Gleichspannungswandler bereitgestellt werden, sodass im Wesentlichen der zweite Teilspeicher über den ersten Gleichspannungswandler und somit über den ersten Teilspeicher geladen werden kann. Insbesondere kann somit ein Ladungsausgleich und ein Spannungsausgleich realisiert werden. Dies kann insbesondere auch als sogenannte Boostfunktion bezeichnet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts für einen Unterschied für die Teilspannungen kein unterschiedlicher Betrieb der beiden Gleichspannungswandler durchgeführt wird. Insbesondere kann somit erst ab einem vorgegebenen Schwellwert für die Differenz beziehungsweise den Unterschied der beiden Teilspannungen das Verfahren angewendet werden. Somit können zu hohe Belastungen oder Zyklen verhindert werden, wodurch die Lebensdauer des Hochvoltenergiespeichers erhöht wird. Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der Hochvoltenergiespeicher mit einer Spannung von im Wesentlichen 800 Volt bereitgestellt und/oder die erste Teilspannung und/oder die zweite Teilspannung im Wesentlichen mit 400 Volt bereitgestellt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Hochvoltenergiespeicher mit 800 Volt bereitgestellt wird und eine Trennung derart durchgeführt wird, dass der erste Teilspeicher 400 Volt und der zweite Teilspeicher jeweils 400 Volt aufweisen. Somit ist es ermöglicht, dass beispielsweise auch ein Laden bei 400 Volt Ladesäulen realisiert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass bei einem Entladevorgang und/oder bei einem Ladevorgang des Hochvoltenergiespeichers das Verfahren durchgeführt wird. Beispielsweise kann das Verfahren als Entladevorgang durchgeführt werden, sodass das Spannungsniveau der beiden Teilspeicher im Wesentlichen dauerhaft auf einem gleichen Niveau bleibt. Des Weiteren kann beim Ladevorgang ebenfalls das Spannungsniveau angeglichen werden, beispielsweise kann ein jeweiliger Teilspeicher mit 400 Volt geladen werden, und dann, sollten beispielsweise entsprechende Teilspannungsunterschiede auftauchen, der eine Teilspeicher mit einer höheren Spannung den anderen Teilspeicher mit einer niedrigeren Energiespannung zusätzlich noch laden. Somit kann auch beim Ladevorgang bereits ein Spannungsausgleich durchgeführt werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wie die jeweilige Teilspannung der Teilspeicher mittels des Verfahrens im Wesentlichen angeglichen werden. Insbesondere werden diese zumindest angeglichen beziehungsweise ausgeglichen derart, dass ein Spannungsunterschied unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ist. Dadurch können entsprechende ungewollte Ausgleichsströme zwischen den beiden Teilspeichern beziehungsweise den Batteriezellen der Teilspeicher, verhindert werden.
Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung zu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt nach dem vorhergehenden Aspekt. Ebenfalls betrifft die Erfindung auch eine Spannungsausgleichsvorrichtung für einen Hochvoltenergiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer elektrischen Trennvorrichtung, einer ersten Erfassungseinrichtung, einer zweiten Erfassungseinrichtung, einem ersten Gleichspannungswandler, einem zweiten Gleichspannungswandler und einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei die Spannungsausgleichsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Spannungsausgleichsvorrichtung durchgeführt.
Ferner betrifft die Erfindung auch einen Hochvoltenergiespeicher mit einer Spannungsausgleichsvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Der Hochvoltenergiespeicher wird dabei insbesondere mit beispielsweise 800 Volt bereitgestellt.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltenergiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann auch vollelektrisch ausgebildet sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Spannungsausgleichsvorrichtung, des Hochvoltenergiespeichers sowie des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs anzusehen. Die Spannungsausgleichsvorrichtung, der Hochvoltenergiespeicher sowie das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug weisen hierzu gegenständliche Merkmale auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
Unter einer Recheneinheit/elektronischer Recheneinrichtung kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis enthält. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere Digitalsignalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable programmable read-only memory“), als elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable programmable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash- EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
Eine Batterie im Sinne der Erfindung umfasst zumindest eine und insbe-sondere mehrere elektrisch leitend miteinander verschaltete Batteriezellen, wobei eine solche Batteriezelle bevorzugt eine Spannung im Bereich von 3,5 und 4,0 Volt bereitstellt. Dabei kann eine solche Batteriezelle beispielsweise als eine prismatische Zelle, eine Pouchzelle oder eine Rundzelle ausgebildet sein. Die Batterie ist bevorzugt als eine sogenannte Hochvolt- Batterie ausgestaltet, die dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere im Bereich von mehreren 100 Volt, bereitzustellen. Eine solche Hochvolt-Batterie kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, wo sie einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor, mit elektrischer Energie versorgen kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines
Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines Hochvoltenergiespeichers mit einer Ausführungsform einer Spannungsausgleichsvorrichtung;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform des
Verfahrens; und
Fig. 3 ein weiteres schematisches Blockschaltbild gemäß einer
Ausführungsform des Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben beziehungsweise vollelektrisch betrieben. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 einen Hochvoltenergiespeicher 12 auf. Der Hochvoltenergiespeicher 12 kann beispielsweise mit 800 Volt betrieben werden. Um nun eine Rückwärtskompatibilität des Hochvoltenergiespeichers 12 für ein Laden mit einer Spannung von 400 Volt beispielsweise realisieren zu können, ist vorgesehen, dass der Hochvoltspeicher 12 über eine Trennvorrichtung 14 verfügt, welche insbesondere im Wesentlichen eine Schalteinrichtung ist, die elektrisch einen ersten Teilspeicher 16 von einem zweiten Teilspeicher 18 trennt. Insbesondere können hierzu entsprechende Schaltelemente vorgesehen sein, welche im Wesentlichen den ersten Teilspeicher 16 und den zweiten Teilspeicher 18 je nach eingestellter Schaltung parallel oder seriell schalten können. Bei einer seriellen Schaltung können insbesondere 800 Volt bereitgestellt werden, während bei einer parallelen Schaltung jeweils 400 Volt bereitgestellt werden.
Um nun eine Beeinträchtigung der verwendeten Hardware bei parallel geschalteten Teilspeichern 16, 18 zu verhindern, ist es notwendig, dass Spannungsdifferenzen innerhalb der beiden Teilspeicher 16, 18 niedrig gehalten werden. Insbesondere können somit unkontrollierte Ausgleichsströme zwischen den beiden Teilspeichern 16, 18 verhindert werden.
Um nun das entsprechende Spannungsdelta kleinzuhalten, sind entsprechende Betriebsstrategien notwendig, welche sicherstellen, dass es zu keinen zu großen Spannungsunterschieden zwischen den beiden Teilspeichern 16, 18 kommt.
Hierzu ist insbesondere eine Spannungsausgleichsvorrichtung 20 vorgesehen. Die Spannungsausgleichsvorrichtung 20 weist insbesondere zumindest die elektrische Trennvorrichtung 14, eine erste Erfassungseinrichtung 22, eine zweite Erfassungseinrichtung 24, einen ersten Gleichspannungswandler 26, einen zweiten Gleichspannungswandler 28 sowie eine elektronische Recheneinrichtung 30 auf.
Die erste Erfassungseinrichtung 22 und die zweite Erfassungseinrichtung 24 sind insbesondere zum Erfassen der jeweiligen Teilspannungen ausgebildet.
Die Fig. 1 zeigt ferner, dass beispielsweise mit dem Hochvoltenergiespeicher 12 elektrische Energie für eine elektrische Antriebseinrichtung 32 bereitgestellt werden kann. Des Weiteren kann das Kraftfahrzeug 10 ein Niederspannungsbordnetz 34 aufweisen.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass eine erste Teilspannung des ersten Teilspeichers 16 mittels der ersten Erfassungseinrichtung 22 erfasst wird und eine zweite Teilspannung des zweiten Teilspeichers 18 mittels der zweiten Erfassungseinrichtung 24 erfasst wird. Es erfolgt das Vergleichen der ersten Teilspannung mit der zweiten Teilspannung mittels der elektronischen Recheneinrichtung 30. In Abhängigkeit von dem Vergleich wird der erste Gleichspannungswandler 26 und der zweite Gleichspannungswandler 28 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 30 betrieben.
Insbesondere kann hierbei die elektronische Recheneinrichtung 30 beispielsweise entsprechende Steuersignale an den ersten Gleichspannungswandler 26 und den zweiten Gleichspannungswandler 28 übertragen.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der Spannungsausgleichsvorrichtung 20. Die Fig. 2 zeigt insbesondere, dass elektrische Energie 36 für das Niederspannungsnetz 34 in Abhängigkeit von dem Vergleich von dem ersten Gleichspannungswandler 26 oder dem zweiten Gleichspannungswandler 28 bereitgestellt wird. Insbesondere zeigt die Fig. 2 vorliegend, dass in Abhängigkeit im Vergleich mehr elektrische Energie 36 von einem der beiden Gleichspannungswandler 26, 28 bereitgestellt wird als von dem anderen der beiden Gleichspannungswandler 26, 28. Die Fig. 2 zeigt insbesondere, dass beispielsweise vom ersten Gleichspannungswandler 26 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehr elektrische Energie 36 bereitgestellt wird als von dem zweiten Gleichspannungswandler 28. Dies ist insbesondere vorliegend durch die Größe der entsprechenden Pfeile dargestellt. Mit anderen Worten, der größere Pfeil stellt einen höheren Wert an elektrischer Energie 36 dar, als der kleinere Pfeil.
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Ausgestaltungsform der Spannungsausgleichsvorrichtung 20. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass in Abhängigkeit von dem Vergleich elektrische Energie 36 von einem der beiden Gleichspannungswandler 26, 28 für den anderen der beiden Gleichspannungswandler 26, 28 bereitgestellt wird. Es ist insbesondere gezeigt, dass die Teilspannung im ersten Teilspeicher 16 größer ist als im zweiten Teilspeicher 18. Es wird somit elektrische Energie 36 vom ersten Gleichspannungswandler 26 sowohl für das Niederspannungsbordnetz 34 bereitgestellt sowie eine entsprechende elektrische Energie 36 für den zweiten Gleichspannungswandler 28. Der zweite Gleichspannungswandler 28 kann wieder die bereitgestellte elektrische Energie 36 beispielsweise dazu nutzen, um den zweiten Teilspeicher 18 entsprechend zu laden, bis insbesondere ein vorgegebener Ausgleichsspannungswert der beiden Teilspeicher erreicht ist. Insbesondere ist nämlich vorgesehen, dass die jeweiligen Teilspannungen der Teilspeicher 16, 18 mittels des Verfahrens im Wesentlichen angeglichen werden.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass die Spannungsdifferenz zwischen den entsprechenden Teilspeichern 16, 18 entsprechend niedrig gehalten wird. Hierzu ist es beispielsweise möglich, dass eine Leistungsentnahme in einen der beiden Gleichspannungswandler 26, 28 höher ausfällt als in dem anderen der beiden Gleichspannungswandler 26, 28. Des Weiteren kann, wie in der Fig. 3 gezeigt, elektrische Energie 36, beispielsweise über die 12 Volt Seite von dem ersten Gleichspannungswandler 26 zum zweiten Gleichspannungswandler 28 integriert werden.
Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, sollte beispielsweise die zweite Teilspannung des zweiten Teilspeichers 18 höher sein als die im ersten Teilspeicher 16, dass das Verfahren entsprechend umgekehrt, wie in den Figuren gezeigt, durchgeführt wird.
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug
Hochvoltenergiespeicher Trennvorrichtung erster Teilspeicher zweiter Teilspeicher
Spannungsausgleichsvorrichtung erste Erfassungseinrichtung zweite Erfassungseinrichtung erster Gleichspannungswandler zweiter Gleichspannungswandler elektronische Recheneinrichtung Antriebseinrichtung Niederspannungsbordnetz elektrische Energie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen Hochvoltenergiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit den Schritten:
Bereitstellen einer elektrischen Trennvorrichtung (14) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) zum Trennen des Hochvoltenergiespeichers (12) in zumindest zwei Teilspeicher (16, 18); Bereitstellen eines ersten Gleichspannungswandlers (26) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen ersten Teilspeicher (16) des Hochvoltenergiespeichers (12);
Bereitstellen eines zweiten Gleichspannungswandlers (28) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen zweiten Teilspeicher (18) des Hochvoltenergiespeichers (12);
Erfassen einer ersten Teilspannung des ersten Teilspeichers (16) mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (22) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20); Erfassen einer zweiten Teilspannung des zweiten Teilspeichers (18) mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung (24) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20);
Vergleichen der ersten Teilspannung mit der zweiten Teilspannung mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (30) der Spannungsausgleichsvorrichtung (20); und
Betreiben des ersten Gleichspannungswandlers (26) und des zweiten Gleichspannungswandler (28) in Abhängigkeit von dem Vergleich mittels der elektronischen Recheneinrichtung (30).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie (36) für ein Niederspannungsbordnetz (34) des Kraftfahrzeugs (10) in Abhängigkeit von dem Vergleich von dem ersten Gleichspanungswandler (26) oder dem zweiten Gleichspannungswandler (28) bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Vergleich mehr elektrische Energie (36) von einem der beiden Gleichspannungswandler (26, 28) bereitgestellt wird als von dem anderen der beiden Gleichspannungswandler (26, 28).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Vergleich elektrische Energie (36) von einem der beiden Gleichspannungswandler (26, 28) für den anderen der beiden Gleichspannungswandler (26, 28) bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts für einen Unterschied für die Teilspannungen kein unterschiedlicher Betrieb der beiden Gleichspannungswandler (26, 28) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvoltenergiespeicher (12) mit einer Spannung von im wesentlichen 800V bereitgestellt wird und/oder die erste Teilspannung und/oder die zweite Teilspannung im Wesentlichen mit 400V bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Entladevorgang und/oder bei einem Ladevorgang des Hochvoltspeichers (12) das Verfahren durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Teilspannungen der Teilspeicher (16, 18) mittels der Verfahrens im Wesentlichen angeglichen werden.
9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung (30) dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung (30) abgearbeitet werden, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
10. Spannungsausgleichsvorrichtung (20) für einen Hochvoltenergiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einer elektrischen Trennvorrichtung (14), einer ersten Erfassungseinrichtung (22), einer zweiten Erfassungseinrichtung (24), einem ersten Gleichspannungswandler (26), einem zweiten Gleichspannungswandler (28) und einer elektronischen Recheneinrichtung (30), wobei die Spannungsausgleichsvorrichtung (20) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013225493A1 (de) 2013-08-12 2015-02-12 Hyundai Motor Company Umwandlervorrichtung und -verfahren eines Elektrofahrzeugs
DE102016213070B4 (de) 2016-07-18 2017-05-11 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz und Verfahren
DE102016207272A1 (de) 2016-04-28 2017-11-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schaltbares Speichersystem für ein Fahrzeug
US20190160961A1 (en) * 2017-11-29 2019-05-30 Nio Usa, Inc. Charging systems and methods for electric vehicles
US20210138920A1 (en) * 2019-10-04 2021-05-13 Iveco S.P.A. Power-supply and recharge groups

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021116525A1 (de) * 2021-03-18 2022-09-22 Preh Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Niederspannungs-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Elektrokraftfahrzeugs

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013225493A1 (de) 2013-08-12 2015-02-12 Hyundai Motor Company Umwandlervorrichtung und -verfahren eines Elektrofahrzeugs
DE102016207272A1 (de) 2016-04-28 2017-11-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schaltbares Speichersystem für ein Fahrzeug
DE102016213070B4 (de) 2016-07-18 2017-05-11 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz und Verfahren
US20190160961A1 (en) * 2017-11-29 2019-05-30 Nio Usa, Inc. Charging systems and methods for electric vehicles
US20210138920A1 (en) * 2019-10-04 2021-05-13 Iveco S.P.A. Power-supply and recharge groups

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