Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 106 944.9 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem, insbesondere für einen Elektro- oder Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Niederspannungsbereich und einem Hochspannungsbereich, einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, wel- che eine Niederspannung liefert und im Niederspannungsbereich des Stromversorgungssystem angeordnet ist, sowie einem elektrischen Verbraucher, welcher mit einer Hochspannung betrieben wird und im Hochspannungsbereich des Stromversorgungssystems angeordnet ist. Die Erfindung wird in Bezug auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug und das Stromversorgungssystem für den Elektro- oder Hybridantrieb des Kraftfahrzeugs beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßes Stromversorgungssystem auch für andere Anwendungen unabhängig von Kraftfahrzeugen, insbesondere stationäre Anwendungen, verwendet werden kann.

Unter einem Stromversorgungssystem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein System mit einer Stromquelle zur Erzeugung von elektrischer Energie, Komponenten zur Übertragung und ggf. Umformung der elektrischen Energie, einem elektrischen Verbraucher zur Umwandlung der elektrischen Energie in eine andere Energieform wie mecha- nischer oder thermischer Energie sowie mit Einrichtungen zur Steuerung dieser Vorgänge und möglicherweise mit weiteren Komponenten verstanden. Das Stromversorgungssystem weist eine elektrische Energiespeichereinrichtung auf, welche eine Niederspannung liefert, und einen elektrischen Verbraucher, welcher mit einer Hochspannung betrieben wird. Unter einer Niederspannung im Sinne dieser Patentanmeldung wird eine Spannung zwischen 0 und 90 V, vorzugsweise zwischen 30 und 60 V, weiter vorzugsweise zwischen 40 und 50 V verstanden. Unter einer Hochspannung im Sinne dieser Patentanmeldung wird eine Spannung über 90 V, vorzugsweise über 150 V, weiter vorzugsweise über 250 V verstanden.

Es wird darauf hingewiesen, dass diese Spannungsbereichsgrenzen nicht unbedingt mit den im Bereich der elektrischen Energietechnik gebräuchlichen Spannungsbereichsgrenzen für Nieder- bzw. Hochspannung übereinstimmen. Es sind jedoch im Bereich der elektrischen Fahrzeugtechnik gebräuchliche Spannungsbereiche für elektrische Energie- speichereinrichtungen, insbesondere Batterien wie Lithium-Ionen-Batterien, bzw. elektrische Verbraucher wie beispielsweise Elektromotoren zum Antrieb der Fahrzeuge.

Bei der von der elektrischen Energiespeichereinrichtung gelieferten Niederspannung handelt es sich vorzugsweise um eine Gleichspannung. Bei der Spannung, mit der der elektrische Verbraucher betrieben wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Wechselspannung.

Unter einer elektrischen Energiespeichereinrichtung wird eine Einrichtung zum Speichern von Energie, welche in Form von elektrischer Energie abgegeben wird, verstan- den. Die elektrische Energiespeichereinrichtung kann dabei nach rein elektrischen Prinzipien arbeitende Energiespeichereinrichtung, beispielsweise ein Kondensator, sein oder eine elektro-chemische Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine (nicht- aufladbare) Primärbatterie oder eine (aufladbare) Sekundärbatterie, d. h. ein Akkumulator, sein.

Die Erfindung wird in Bezug auf aufladbare elektrische Energiespeichereinrichtungen beschrieben, kann jedoch auch auf nicht-aufladbare elektrische Energiespeichereinrichtungen angewendet werden. Die elektrische Energiespeichereinrichtung weist wenigstens eine, vorzugsweise eine Vielzahl von Energiespeicherzellen auf. Unter einer Energiespeicherzelle wird die kleinste Baueinheit, in welcher Energie gespeichert werden kann, innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinrichtung verstanden. Eine Energiespeicherzelle weist beispielsweise eine in einem Zellgehäuse angeordnete Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl von Anoden, Kathoden und dazwischenliegenden Separatoren auf, wobei bei einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung die Elektrodenanordnung mit einen beispielsweise flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten getränkt ist, sowie Abieiter für den Entlade- und/oder Ladestrom und weitere Einrichtungen wie Schutzschaltungen oder Schutzvor- richtungen gegen Überhitzung.

Weiterhin kann eine elektrische Energiespeichereinrichtung wenigstens ein Zellmodul aufweisen. Unter einem Zellmodul wird eine Baueinheit innerhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung verstanden, das wenigstens zwei Energiespeicherzellen mit einer elektrischen Verbindung aufweist, welche im normalen Betrieb nicht gelöst wird. Vorzugsweise weist ein Zellmodul ein Gehäuse auf, in der die wenigstens zwei elektrisch miteinander verbundenen Energiespeicherzellen untergebracht sind, einen gemeinsamen nach außen führenden elektrischen Anschluss, sowie möglicherweise weitere Vorrichtungen wie Steuerschaltungen, Sensoren, sowie Kühl- und/oder Löscheinrichtungen. Die Zellmodule innerhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung sind vorzugsweise parallel miteinander verschaltet.

Die Energiespeicherzellen innerhalb eines Zellmoduls können in einer beliebigen Anordnung verschaltet sein, vorzugsweise sind sie jedoch zunächst in Reihe und dann parallel verschaltet. Beispielsweise werden zunächst zwischen 2 und 14 Energiespeicherzellen seriell zu einem Zellstrang in Reihe und dann vier solcher Zellstränge parallel geschaltet. Bei einer Reihenschaltung von beispielsweise zwölf Energiespeicherzellen mit einer Nennspannung von jeweils 4 V ergibt sich eine Nennspannung des Zellstrangs - und damit auch der Parallelschaltung aus vier Zellsträngen - eine Nennspannung von 48 V, d. h. eine Niederspannung im hier verwendeten Sinne.

Eine solche Niederspannung ist für den Betrieb eines elektrischen Fahrzeugs aus Sicherheitsgründen äußerst wünschenswert, da beispielsweise im Falle eines Defekts bei der Berührung von spannungsführenden Teilen für die Fahrzeuginsassen oder auch das bei einem Unfall herbeigerufene Rettungspersonal keine unmittelbare Gefahr besteht.

Auf der anderen Seite ist es zur Erreichung einer ausreichenden Fahrzeugleistung und eines hohen Fahrkomforts, z. B. hinsichtlich des Beschleunigungsvermögens, der

Höchstgeschwindigkeit oder des Durchzugsvermögens des Fahrzeugs, wünschenswert, den Elektromotor mit einer Hochspannung im hier verwendeten Sinne zu betreiben, um stets die Erzeugung des benötigen bzw. gewünschten Drehmoments sicherzustellen. Das Stromversorgungssystem weist daher weiterhin einen Spannungswandler, insbesondere einen Gleichspannungswandler auf, welcher eine Niederspannung in eine Hochspannung und/oder eine Hochspannung in eine Niederspannung wandelt. Der Spannungswandler wandelt die von der elektrischen Energiespeichereinrichtung erzeugte Niederspannung in die von dem elektrischen Verbraucher benötigte Hochspannung um.

In dem Stromversorgungssystem kann auch ein Leistungsfluss in der umgekehrten Richtung, d. h. von dem elektrischen Verbraucher zu der elektrischen Energiespeichereinrichtung, vorgesehen sein, vorzugsweise um ein regeneratives Bremsen, also die Rückspei- sung von Bremsenergie durch einen beim Bremsen als Generator betriebenen Elektromotor, zu verwirklichen. In diesem Fall wandelt der Spannungswandler auch die von dem elektrischen Verbraucher gelieferte Hochspannung in die von der benötigte Niederspannung um, mit der die elektrische Energiespeichereinrichtung, falls sie aufladbar ist, dann geladen werden kann.

Falls die von dem elektrischen Verbraucher benötigte Hochspannung eine Wechselspannung ist, weist das Stromversorgungssystem weiterhin einen Wechselrichter auf, der die von dem Spannungswandler gelieferte Gleich-Hochspannung in die von dem elektrischen Verbraucher benötigte Wechsel-Hochspannung umwandelt.

Falls das Stromversorgungssystem einen Wechselrichter aufweist, ergibt sich ein weiterer Grund für die Verwendung einer Hochspannung daraus, dass zur Erreichung der benötigten elektrischen Leistung dann entsprechend kleinere Ströme als bei einer Niederspannung fließen müssen. Da die Kosten für die Leistungshalbleiter in der Wechselrich- terelektronik schneller mit dem Strom als mit der Spannung steigen, für welchen bzw. für welche sie ausgelegt sind, ergibt sich hier bei der Verwendung einer Hochspannung ein Kostenvorteil für den Umrichter. Aus dem gleichen Grund können bei der Verwendung einer Hochspannung die vorzugsweise aus Kupfer hergestellten Leitungen innerhalb des Stromversorgungssystem mit geringerem Querschnitt ausgelegt werden und sind damit leichter und billiger als bei der Verwendung einer Niederspannung.

Schließlich wäre es ohne einen Spannungswandler zur Erzeugung einer Hochspannung durch die elektrische Energiespeichereinrichtung nötig, eine große Zahl von Energie- Speicherzellen in Reihe zu schalten. Dies ist jedoch ineffizient, da bei einer Reihenschaltung durch die im Allgemeinen leicht unterschiedlichen Kapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen insgesamt ein Kapazitätsverlust auftritt.

Ein Stromversorgungssystem der oben beschriebenen Art, welches eine elektrische Energiespeichereinrichtung, einen elektrischen Verbraucher sowie einen Spannungswandler aufweist, ist beispielsweise aus der Patentanmeldung US 5,373,195 bekannt.

Weiterhin weist das Stromversorgungssystem einen Niederspannungsbereich und einen Hochspannungsbereich auf.

Der Niederspannungsbereich enthält im Wesentlichen alle Komponenten des Stromversorgungssystems, die ausschließlich mit einer Niederspannung betrieben werden. Folglich sind alle in dem Niederspannungsbereich vorherrschenden Spannungen Niederspannungen.

Der Hochspannungsbereich enthält im Wesentlichen alle Komponenten des Stromversorgungssystems, die ganz oder teilweise mit einer Hochspannung betrieben werden. Die in dem Hochspannungsbereich vorherrschenden Spannungen sind daher im Wesentlichen Hochspannungen. Jedoch können im Hochspannungsbereich auch kleinere Spannungen als Hochspannungen vorherrschen, da dies - anders als der umgekehrte Fall im Niederspannungsbereich - kein Sicherheitsproblem darstellt.

Der Spannungswandler bildet hierbei die Schnittstelle zwischen dem Niederspannungsbereich und dem Hochspannungsbereich und ist mit denjenigen seiner Teile, die nur Niederspannungen führen, im Niederspannungsbereich und mit den übrigen Teilen im Hochspannungsbereich enthalten.

Ferner weist das Stromversorgungssystem eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der elektrischen Energiespeichereinrichtung auf, vorzugsweise ein Batteriemanagementsystem. Steuerungseinrichtungen dieser Art erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, vorzugsweise die Überwachung und Steuerung der Entladung und ggf. der Ladung der angeschlossenen elektrischen Energiespeichereinrichtungen auf Grundlage von gemessenen Parametern der elektrischen Energiespeichereinrichtungen wie Spannungen, Strö- me und Temperaturen und ggf. den korrigierenden Eingriff in die genannten Vorgänge zum sicheren und optimierten Betrieb des Kraftfahrzeugs. Zu diesem Zweck steht die Steuerungseinrichtung außer mit der elektrischen Energiespeichereinrichtung noch mit einer Vielzahl von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs innerhalb und außerhalb des Stromversorgungssystems in Verbindung, beispielsweise mit dem elektrischen Ver- braucher, dem Spannungswandler und weiteren Komponenten wie beispielsweise einem Motorsteuerungssystem, einem externen Ladegerät, einem externen Diagnosegerät oder in Fahrzeug angebrachten Sensoren, beispielsweise Beschleunigungssensoren zur Aufprallerkennung. Derartige Steuerungseinrichtungen für elektrische Energiespeichereinrichtungen sind beispielsweise aus dem Patentanmeldungen DE 10 2008 009 970 und DE 10 2008 052 986 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung bekannt.

In der DE 10 2008 009 970 wird eine Steuerungsvorrichtung für eine insbesondere wie- deraufladbare Energiespeichereinheit ("Batteriemanagementsystem") vorgeschlagen, welche wenigstens eine erste Steuerungseinrichtung und wenigstens eine erste Speichereinheit sowie eine zweite Steuerungseinrichtung und eine zweite Speichereinheit aufweist, wobei die erste Steuerungseinrichtung die Einhaltung eines Zielwerts wenigstens eines Funktionsparameters wenigstens einer galvanischen Zelle überwacht, wobei der Zielwert des Funktionsparameters in der ersten Speichereinheit abgespeichert ist. Die erste und die zweite Speichereinheit sind dabei signalverbunden und tauschen sowohl Daten über die Funktionsparameter der galvanischen Zellen sowie "Lebenszeichen" miteinander aus. In dieser Patentanmeldung wird auch die Auswertung von zeitlichen Verläufen von Funktionsparametern der galvanischen Zellen sowie die Prognose von deren zukünftigen zeitlichen Verläufen beschrieben, beispielsweise mit dem Ziel der Bestimmung der fortschreitenden Alterung der Energiespeichereinheit.

Die DE 10 2008 052 986 hat die technische Weiterentwicklung eines solchen Batte- riemanagementsystems in Form eines integrierten Schaltkreises zum Gegenstand.

Die Aufgabe der Erfindung der vorliegenden Patentanmeldung besteht darin, ein Stromversorgungssystem der genannten Art zu schaffen, das die Struktur des Stromversorgungssystems ausnutzt und einen sicheren Betrieb des Stromversorgungssystems er- möglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Stromversorgungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung im Wesentlichen im Niederspannungsbereich des Stromversorgungssystems angeordnet. Lediglich einzelne Komponenten der Steuerungseinrichtung, wie Steuerleitungen oder Sensoren, die die Verbindung zu Komponenten in Hochspannungsbereich wie dem elektrischen Verbraucher herstellen, sind möglicherweise nicht im Niederspannungsbereich angeordnet. Dies sind jedoch nur solche Komponenten, die für den Betrieb der Steuerungseinrichtung nicht unbedingt notwendig sind. Die Steuerungseinrichtung kann einen Großteil ihrer Funktionen auch weiterhin erfüllen, falls einzelne oder alle dieser Komponenten abgeschaltet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung der Steuerungseinrichtung im Wesentlichen im Niederspannungsbereich hat den Vorteil, dass eine klare funktionale Unterteilung des Stromversorgungssystems in den Niederspannungsbereich und den Hochspannungsbereich möglich ist. Insbesondere ist der Niederspannungsbereich weiter funktionsfähig, wenn der Hochspannungsbereich beispielsweise aus Sicherheitsgründen abgeschaltet wird oder aus sonstigen Gründen nicht zur Verfügung steht.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung im Wesentlichen in dem Spannungswandler integriert. Der Begriff "Integration" kann hierbei zum einen bedeuten, dass beide Vorrichtungen gemeinsam als eine einzige Komponente ausgeführt sind, welche in einem Arbeitsgang in das Fahrzeug eingebaut werden kann und bei der auch bestimmte Anschlussleitungen, beispielsweise für einen Kommunikationsbus oder für die Stromversorgung der bei- den Vorrichtungen, nur einmal vorhanden sind. Vorzugsweise sind die beiden Vorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Der Begriff "Integration" kann aber auch weitergehend bedeuten, dass beide Vorrichtungen in Form einer einzigen integrierten Schaltung ausgeführt sind, welche ebenfalls be- stimmte Anschlussleitungen nur einmal aufweist und/oder in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist.

Neben den offensichtlichen Vorteilen, die eine einzige gegenüber zwei getrennten Komponenten mit sich bringt - wie geringerer Platzbedarf, geringeres Gewicht, geringere Herstell- und Montagekosten sowie geringerer Energieverbrauch - ergibt sich aus der Integration der Steuerungseinrichtung in dem Spannungswandler ein weiterer Synergieeffekt dadurch, dass bestimmte elektronische Bauteile wie MikroController oder - Prozessor, Speicherbausteine oder Leistungselektronikbauteile nur ein einziges Mal vorgesehen sein müssen.

Außerdem können bei einer Integration der Steuerungseinrichtung in dem Spannungswandler die von der elektrischen Energiespeichereinrichtung erzeugte Niederspannung sowie die von dem Spannungswandler erzeugte Hochspannung, welche beide innerhalb des Spannungswandlers zur Verfügung stehen, direkt innerhalb der integrierten Kompo- nente und damit auf sehr einfache Weise gemessen werden.

Zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinrichtung, beispielsweise als Barte- riemanagementsystem, werden dann als weitere Komponenten im Wesentlichen nur noch Sensoren für die Parameter der elektrischen Energiespeichereinrichtung, bei- spielsweise die Zellspannungen, -ströme oder -temperaturen, benötigt. Derartige Sensoren und möglicherweise ein - vorzugsweise "nicht-intelligenter" - Teil der für die Verarbeitung der Sensormesswerte benötigten Komponenten des Stromversorgungssystems, beispielsweise Signalverstärker, Analog-/Digital-Wandler, Codierungs- oder Modulati- onsschaltungen, sind vorzugsweise in oder an den Energiespeicherzellen und/oder den Zellmodulen angeordnet.

Die eben beschriebene Anordnung der Steuerungseinrichtung ermöglicht einen beson- ders einfachen Aufbau des Stromversorgungssystems.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuerungseinrichtung eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens eines Funktionsparameters wenigstens einer Energiespeicherzelle, eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung wenigstens eines Funktionsparameters der wenigstens einen Energiespeicherzelle und wenigstens eine Speichereinheit auf, um diesen Funktionsparameter oder eine von diesem Funktionsparameter abgeleitete Größe abzuspeichern.

Unter einer Messeinrichtung ist eine Einrichtung zur Erfassung eines Funktionsparame- ters einer Energiespeicherzelle zu verstehen. Dies können beispielsweise Sensoren zum Messen elektrischer Größen wie elektrischer Spannung, elektrischen Stroms, elektrischer Ladung, aber auch der Temperatur der Energiespeicherzelle sein.

Unter Funktionsparametern sind physikalische Größen zu verstehen, welche zur Be- Schreibung einer Energiespeicherzelle dienlich sein können. Dies sind beispielsweise die elektrische Kapazität der Energiespeicherzelle, die zwischen den beiden Polen der Energiespeicherzelle messbare elektrische Spannung im Leerlauf oder die lastabhängige Klemmenspannung, die Stärke eines zur Ladung oder Entladung führenden elektrischen Stroms, der Innenwiderstand einer Energiespeicherzelle, die bereits geladene oder verfügbare elektrische Ladung einer Energiespeicherzelle, Leckströme zwischen den Polen innerhalb einer Energiespeicherzelle oder auch die Temperatur der Zelle. Je nach Art der elektrischen Energiespeichereinrichtung und den Anforderungen an deren Betrieb können noch andere physikalische Größen von Interesse sein.

Unter einer Auswerteeinrichtung ist eine Einrichtung zur Umwandlung eines Funktionsparameters von einer physikalischen in eine rechnerische Größe, beispielsweise durch Skalierung, zur rechnerischen Verarbeitung, beispielsweise durch Verknüpfung mit ande- ren gemessenen Funktionsparametern oder sonstigen Größen mit Hilfe von vorgegebenen Rechenvorschriften oder zur sonstigen Verarbeitung wie einer Zusammenfassung oder Sortierung der ermittelten Größen gemeint. Die Auswerteeinrichtung dient auch der Nutzbarmachung eines gemessenen Funktionsparameters zur weiteren Verarbeitung durch die Steuereinrichtung.

Die Speichereinheit dient dazu, gemessene Funktionsparameter oder daraus abgeleitete Größen abzuspeichern, wie z. B. zugehörige integrierte oder differenzierte Werte. Gemeinsam mit diesen Werten wird auch eine zeitliche Zuordnung abgespeichert, um die Vorgänge in den Energiespeicherzellen später zeitlich nachvollziehen zu können. Eine Speichereinheit ist dabei eine beispielsweise elektronische, magnetische oder optische beschreibbare Vorrichtung zur flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicherung von Daten, beispielsweise ein RAM, ein Flash-ROM, ein EEPROM, eine Festplatte oder eine beschreibbare Compact Disc.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die von dem Funktionsparameter abgeleitete Größe die Alterung und/oder die Restlebensdauer der elektrischen Energiespeichereinrichtung, eines Zellmoduls oder einer Energiespeicherzelle. Dies ist wichtig, da eine Energiespeicherzelle mit fortschreitendem Alter ihr Verhalten ändern kann, so dass beispielsweise ein unveränderter Ladevorgang zu einer verringerten Ladung oder einer verringerten verfügbaren Spannung der Energiespeicherzelle führen kann.

Zur Bestimmung der Alterung der Energiespeicherzelle werden etwa aus den von der Messeinrichtung gemessenen Funktionsparameter der Energiespeicherzelle deren künftige zeitliche Verläufe durch die Auswerteeinrichtung vorhergesagt und damit auch die künftig aufnehmbare elektrische Ladung der Energiespeicherzelle und/oder deren entnehmbare elektrische Ladung und/oder deren erreichbare höchste elektrische Spannung ermittelt. Auf diese Weise wird eine Aussage über den weiteren Betrieb der elektrischen Energiespeichereinrichtung möglich. Aus einer Vorhersage über die Alterung einer oder mehrerer Energiespeicherzellen kann auch eine Vorhersage für die wirtschaftliche Restlebensdauer dieser Energiespeicherzellen, einzelner Zellmodule oder der gesamten elektrischen Energiespeichereinrichtung getroffen werden. Auf diese Weise kann auch eine erforderliche Wartung oder ein erforderlicher Austausch signalisiert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung leitet die Steuerungsein- richtung bei einer Abweichung wenigstens eines Funktionsparameters einer Energiespeicherzelle von einem Zielwert wenigstens eine Maßnahme zur Einhaltung dieses Zielwerts ein und/oder schaltet die Energiespeicherzelle, falls die Maßnahme ohne Erfolg bleibt, ab. Solche Maßnahmen dienen vorzugsweise dem sicheren Betrieb der elektrischen Energiespeichereinrichtung und damit des gesamten Stromversorgungssystems.

Der Funktionsparameter kann beispielsweise die Temperatur einer Energiespeicherzelle sein, welche eine bestimmte Höchsttemperatur nicht überschreiten darf, um eine Entzündung oder sonstige Beschädigung der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu vermeiden. Eine Maßnahme zur Einhaltung des Zielwertes kann dann beispielsweise eine Verringerung des momentan aus der Energiespeicherzelle entnommenen Ladestroms und/oder eine verstärkte Kühlung der Energiespeicherzelle und/oder die automatische Zuführung eines Kühl- oder Löschmittels sein. Falls sich die Zelltemperatur durch diese Maßnahmen nicht unter die vorgegebene Höchsttemperatur reduzieren lässt, wird die überhitzte Energiespeicherzelle oder ein Zellmodul oder auch die gesamte elektri- sehe Energiespeichereinrichtung abgeschaltet. Im letzteren Fall versucht die Steuerungseinrichtung vorzugsweise, nur so wenige Energiespeicherzellen und/oder Zellmodule wie möglich abzuschalten, um den Betrieb des Stromversorgungssystems - ggf. in eingeschränkter Form - aufrecht zu erhalten.

Vorzugsweise wird der Benutzer über eine solche Maßnahme bzw. Abschaltung informiert und erhält, falls sich die zur Verfügung stehende Kapazität der elektrischen Energiespeichereinrichtung durch die Maßnahme bzw. durch die Abschaltung verändert hat, eine Nachricht über diese Kapazitätsveränderung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Messen und/oder die Auswertung und/oder das Abspeichern wenigstens eines Funktionsparame- ters oder einer von diesem Funktionsparameter abgeleiteten Größe der wenigstens einen Energiespeicherzelle, wenn der Hochspannungsbereich im Wesentlichen spannungsfrei ist.

Ein solcher spannungsfreier Zustand des Hochspannungsbereichs kann beispielsweise vorliegen, wenn das gesamte Stromversorgungssystem noch gar nicht in Betrieb genommen worden ist, beispielsweise nach der Montage des Stromversorgungssystems oder von Teilen davon als Baueinheit, aber noch vor Einbau in das Kraftfahrzeug, oder aber nach dem Ausbau aus dem Fahrzeug und vor der Demontage und/oder Verschrot- tung des Stromversorgungssystems.

Bereits in diesem Zustand, welcher über eine längere Zeit andauern kann und in welchem beispielsweise der Transport oder die Lagerung des Stromversorgungssystems oder von Teilen davon, insbesondere der elektrischen Energiespeichereinrichtung, er- folgt, ist es wichtig, den Zustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu überwachen und zu dokumentieren.

Ereignisse in der elektrischen Energiespeichereinrichtung, die in diesem Zustand von Interesse sind und erkannt werden sollen, sind beispielsweise Kurzschlüsse, das Lösen von Kontaktierungen (beispielsweise durch Vibrationen während des Transports), die Entwicklung gefährlicher Hitze oder die ungewollte Entladung etwa durch feuchtigkeitsbedingte Kriechströme. Allgemein dient diese Überwachung der Sicherheit sowie der Werterhaltung der elektrischen Energiespeichereinrichtung vorzugsweise während des Transports und der Lagerung. Die Möglichkeit einer solchen Überwachung kann sogar aufgrund gesetzlicher Bestimmungen vorgeschrieben sein.

Ein spannungsfreier Zustand des Hochspannungsbereichs kann jedoch auch nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs gegeben sein, wenn dieses gerade nicht benutzt wird oder wenn die Hochspannung im Hochspannungsbereich aus einem anderen Grund ab- geschaltet wurde, beispielsweise nach Erkennung eines Aufpralls. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt die Steuerungseinrichtung, ob eine Energiespeicherzelle oder ein Zellmodul für das Stromversorgungssystem geeignet ist und/oder in welchem Zustand sich eine Energiespeicherzelle oder ein Zellmodul befindet.

Eine solche Eignungsprüfung für eine Energiespeicherzelle oder ein Zellmodul kann vorzugsweise bei der initialen Bestückung der elektrischen Energiespeichereinrichtung mit Energiespeicherzellen bzw. Zellmodulen vorgenommen werden, aber auch dann, wenn eine oder mehrere Energiespeicherzellen oder Zellmodule, welche beispielsweise defekt oder zu stark gealtert sind, ausgetauscht worden sind.

Die Eignungsprüfung kann sich dabei beispielsweise auf den Typ, die lieferbare Spannung oder den lieferbaren Strom der Energiespeicherzelle beziehen. Die Eignungsprüfung kann dabei die entsprechenden gemessenen Funktionsparameter der Energiespei- cherzelle oder des Zellmoduls verwenden. Es ist jedoch auch möglich, die Eignungsprüfung über das Auslesen von Daten über eine Kommunikationsverbindung zwischen der Steuerungseinrichtung und vorzugsweise einem Zellmodul vorzunehmen. Auf diese Weise können auch weitere für die Eignung der Energiespeicherzelle oder des Zellmoduls relevante Parameter ermittelt werden, wie beispielsweise der Hersteller, eine Identi- fikationsnummer oder solche Funktionsparameter, welche nicht unmittelbar physikalisch gemessen werden können, aber in Datenform in der Energiespeicherzelle oder in dem Zellmodul hinterlegt sind, beispielsweise die höchste oder niedrigste zulässige Betriebstemperatur oder der maximale Entladestrom.

Das Ergebnis einer solchen Eignungsprüfung kann in der Akzeptanz der geprüften Energiespeicherzelle oder des geprüften Zellmoduls und ihre/seine elektrische und/oder datentechnische Integration in die elektrische Energiespeichereinrichtung bestehen. Das Ergebnis kann aber auch in der Ablehnung der Energiespeicherzelle oder des Zellmoduls mit Ausgabe einer entsprechenden Information an den Benutzer oder das War- tungspersonal bestehen. Entsprechend kann eine initiale Überprüfung des Zustands der Energiespeicherzelle o- der des Zellmoduls, beispielsweise eine Ermittlung des Ladezustands, erfolgen.

Das Ergebnis einer solchen Zustandsprüfung kann in einem automatisches Nachladen der neuen Energiespeicherzelle oder des neuen Zellmoduls auf einen bestimmten Ladezustand oder die Kühlung oder Erwärmung auf eine bestimmte Betriebstemperatur bestehen.

Sowohl die Eignungs- als auch die Zustandsprüfung einer neu in die elektrische Ener- giespeichereinrichtung aufgenommenen Energiespeicherzelle oder eines Zellmoduls dienen der korrekten Konfiguration und dem sicheren Betrieb der elektrischen Energiespeichereinrichtung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Messen und/oder die Auswertung und/oder das Abspeichern wenigstens eines Funktionsparameters oder einer von diesem Funktionsparameter abgeleiteten Größe der wenigstens einen Energiespeicherzelle, wenn der Hochspannungsbereich unter Hochspannung steht.

Dieser Zustand des Stromversorgungssystems ist im Allgemeinen während des ord- nungsgemäßen und ungestörten Betriebs des Stromversorgungssystems gegeben. In diesem Zustand erfüllt auch die Steuerungsvorrichtung ihre Hauptaufgabe, nämlich die Steuerung der elektrischen Energiespeichereinrichtung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs in einer möglichst optimalen, d. h. energiesparenden und/oder die elektrische Energiespeichereinrichtung schonenden Art und Weise. Bei der Optimierung des Be- triebs können beispielsweise die Alterung einzelner Energiespeicherzellen und deren Ladeverhalten innerhalb des sie enthaltenen Zellmoduls oder innerhalb der gesamten elektrischen Energiespeichereinrichtung berücksichtigt werden, um den Nutzwert der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu erhöhen und ihre Lebensdauer zu verlängern. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer abnormalen Betriebsbedingung, insbesondere bei einem Unfall,

- die Steuerungseinrichtung die elektrische Verbindung zwischen wenigstens zwei Energiespeicherzellen oder Zellmodulen unterbricht und/oder - die Auswertung des wenigstens einen Funktionsparameters der wenigstens einen

Energiespeicherzelle den Schritt der Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Energiespeicherzelle, eines Zellmoduls oder der elektrischen Energiespeichereinrichtung aufweist und/oder

- eine von dem wenigstens einen Funktionsparameter der wenigstens einen

Energiespeicherzelle abgeleitete Größe ein Bericht über die Funktionsfähigkeit der

Energiespeicherzelle, eines Zellmoduls oder der elektrischen Energiespeichereinrichtung ist.

Die genannten Merkmale entsprechen einem "Unfallsicherheitsmodus", in welchem durch Vereinzelung der Energiespeicherzellen oder Zellmodule eine unkontrollierte, schlagartige Entladung der Energiespeicherzellen durch gezielte Unterbrechung von elektrischen Verbindungen innerhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung vermieden werden soll.

Gleichzeitig sollen - soweit dies automatisiert möglich ist - die Energiespeicherzellen auf mögliche Beschädigungen durch den Unfall überprüft werden, vorzugsweise indem ein Testprogramm für die Energiespeicherzellen gestartet wird.

Schließlich soll der Benutzer des Kraftfahrzeugs nach dem Unfall einen Bericht mit einer zuverlässigen Aussage über die weitere Funktionsfähigkeit der einzelnen Energiespeicherzellen, der Zellmodule oder der gesamten elektrischen Energiespeichereinrichtung erhalten. Dieser Bericht soll ihm die Entscheidung ermöglichen, ob das Fahrzeug weiterhin - beispielsweise im Notbetrieb - einsetzbar ist oder ob er externe Hilfe in Anspruch nehmen muss. Der Bericht über die Funktionsfähigkeit des Energiespeichersystems steht dann auch einem herbeigerufenen Service-Mitarbeiter unmittelbar zur Verfügung und kann diesen bei dessen Diagnose- und Reparaturtätigkeit unterstützen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Energiespeicherzellen aufladbar, und die Steuerungseinrichtung kann unterschiedliche Ladezustände verschiedener Energiespeicherzellen durch Verschiebung von Ladungen zwischen die- sen Energiespeicherzellen ausgleichen.

Hierdurch kann die Entnahme oder Speicherung von elektrischer Ladung, insbesondere bei einer großen Anzahl von in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen, gleichmäßiger auf die einzelnen Energiespeicherzellen verteilt werden. Dieses Vorgehen kann die nutzbare Gesamtkapazität der Zellmodule und der elektrischen Energiespeichereinrichtung erhöhen und die Lebensdauer der einzelnen Energiespeicherzellen und damit der gesamten elektrischen Energiespeichereinrichtung verlängern. Für einen solchen Ladungsausgleich sind sowohl sogenannte statische als auch sogenannte dynamische Methoden bekannt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung Energiespeicherzellen oder Zellmodule mit unterschiedlichen Bauarten und/oder mit unterschiedlichen Kapazitäten und/oder mit unterschiedlichen Leistungsdaten steuern.

Hierdurch wird eine flexiblere Konfigurations des Energiespeichersystems ermöglicht, indem beispielsweise ionische und nicht-ionische Energiespeicherzellen wie Lithium- Ionen-Batterien, Lithium-Polymer-Batterien, Lithium-Eisenphosphat-Batterien und Blei- Batterien, Hochleistungs- und Hochenergie-Batterien oder sogar elektrische und elektro- chemische Energiespeicherzellen wie Kondensatoren und Akkumulatoren innerhalb eines Energiespeichersystems gemischt und gemeinsam betrieben werden können. Entsprechend können auch Energiespeicherzellen verschiedener Kapazitäten gemischt und ihre Kapazitäten kumuliert werden. Vorzugsweise kann die elektrische Energiespeichereinrichtung so im Laufe der Zeit, wenn neue Batterietypen mit größerer Kapazität zur Verfügung stehen, sukzessive "aufgerüstet" werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vom Zustand des Stromversorgungssystems, insbesondere von Benutzungs- und/oder Gefahrenzuständen, die Spannung in Hochspannungsbereich verändern, insbesondere ein- oder ausschalten.

Ein solcher Gefahrenzustand besteht vorzugsweise in der Erkennung eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs, nach welchem die Hochspannung im Fahrzeug sofort abgeschaltet werden soll, da durch den Aufprall spannungsführende Teile offenliegen können, welche die Fahrzeuginsassen oder auch Dritte in Lebensgefahr bringen können.

Ein Benutzungszustand, in dem die Hochspannung im Hochspannungsbereich ein- oder ausgeschaltet werden soll, ist vorzugsweise der Betrieb bzw. der Nicht-Betrieb des Fahrzeugs, beispielsweise aber auch das Öffnen bzw. Schließen einer Batterieklappe oder einer Motorhaube, wodurch Komponenten offengelegt werden, die entweder selbst eine Hochspannung führen (beispielsweise der Elektromotor) oder sich auf solche Komponenten auswirken können (beispielsweise durch Berührung von Teilen der elektrischen Energiespeichereinrichtung). Auch dieses Merkmal dient also dem sicheren Betrieb der Stromversorgungseinrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung Daten über den Leistungsfluss zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich, vorzugsweise in beiden Richtungen, erfassen. Voraussetzung für die Erfassung des Leistungsflusses in beiden Richtungen ist, dass der Spannungswandler bidirektional funktioniert, also sowohl eine Niederspannung in eine Hochspan- nung als auch eine Hochspannung in eine Niederspannung wandeln kann.

Während im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs ein Leistungsfluss von der elektrischen Energiespeichereinrichtung im Niederspannungsbereich zu dem elektrischen Verbraucher im Hochspannungsbereich erfolgt, kann ein umgekehrter Leistungsfluss vom Hoch- spannungs- zum Niederspannungsbereich, vorzugsweise beim regenerativen Bremsen, erfolgen, wenn der Elektromotor des Kraftfahrzeugs als Generator betrieben wird und die von diesem erzeugte Energie in die elektrische Energiespeichereinrichtung zurückgespeist wird.

Ein anderer Fall für einen Leistungsfluss vom Hochspannungs- zum Niederspannungs- bereich kann bei der Aufladung der elektrischen Energiespeichereinrichtung auftreten, insbesondere bei einer externen Aufladung, welche vorzugsweise über einen herkömmlichen 230-V-Netzanschluss erfolgt, oder bei einer internen Aufladung, welche vorzugsweise über einen so genannten "Range Extender" erfolgt, also einen kleineren Verbrennungsmotor mit elektrischem Generator, mit dem Ziel, die Reichweite des Fahrzeugs zu vergrößern. In diesen Fällen kann der ohnehin vorhandene Spannungswandler zur Erzeugung der benötigten Niederspannung verwendet werden.

Schließlich kann die elektrische Energiespeichereinrichtung auch als externer Energiepuffer für ein Stromnetz eingesetzt werden, wobei der Leistungsfluss bei der Aufladung wie zuvor stattfindet und sich bei der Rückspeisung der gepufferten Energie ins Stromnetz ein Leistungsfluss vom Niederspannungs- zum Hochspannungsbereich ergibt.

In allen genannten Fällen kann die Steuerungseinrichtung Daten über die übertragene elektrische Leistung und Energie messen, auswerten und speichern, um stets aktuelle Informationen über den Zustand, beispielsweise den Ladezustand, der elektrischen Energiespeichereinrichtung, ggf. auch zum Zwecke der Abrechnung von bezogener und/oder gelieferter Energie, daraus ableiten zu können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung jedes Zellmodul separat überwachen, wobei die wenigstens zwei Zellmodule innerhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung vorzugsweise parallel miteinander verschaltet sind. Auch hierdurch lässt sich die Lebensdauer der Zellmodule und der darin enthaltenen Energiespeicherzellen erhöhen. Überwachte Parameter bzw. erkannte Ereignisse sind beispielsweise die Spannungen, Ströme, Temperaturen oder Ladezustände der Zellmodule sowie Über- und Unterspannungen, Überströme, Übertemperaturen, Kurzschlüsse oder Anschlussunterbrechungen an den Zellmodulen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung einzelne Energiespeicherzellen oder Zellmodule zumindest teilweise individuell laden. Hierdurch können die möglicherweise unterschiedlichen Ladezustände oder Kapazitäten ein- zelner Energiespeicherzellen, die beispielsweise durch unterschiedliche Alterung der Energiespeicherzellen bedingt sind, berücksichtigt werden. Ähnlich wie beim oben beschriebenen Ladungsausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherzellen wird dadurch eine gleichmäßigere Ladung und Entladung der einzelnen Energiespeicherzellen ermöglicht, was wiederum deren Lebensdauer sowie die Effizienz der gesamten elektrischen Energiespeichereinrichtung erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Niederspannungsbereich mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen angeordnet, welche verschiedene Niederspannungen liefern. Die verschiedenen Niederspannungen können sich dabei aus ver- schiedenen Verschaltungsarten der einzelnen Energiespeicherzellen und/oder aus dem Einsatz von Energiespeicherzellen unterschiedlichen Typs ergeben. Durch den Einsatz von verschiedenen Niederspannungen kann das Stromversorgungssystem beispielsweise besonders gut an verschiedene Einsatz- oder Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs angepasst werden.

Vorzugsweise werden elektrische Energiespeichereinrichtungen mit verschiedenen Niederspannungen eingesetzt, welche unterschiedliche Spannungslagen aufweisen. Unter einer Spannungslage wird hierbei verstanden, wie schnell die von der elektrischen Energiespeichereinrichtung erzeugte Spannung bei einer zunehmenden Entladung der Ener- giespeichereinrichtung abfällt.

Auf diese Weise kann beispielsweise durch den Einsatz einer elektrischen Energiespeichereinrichtung mit einer guten Spannungslage eine "Reserve" vorgehalten werden, die auch bei fortschreitender Gesamtentladung der elektrischen Energiespeichereinrichtun- gen noch eine ausreichend hohe Niederspannung bereitstellt. Die übrigen elektrischen Energiespeichereinrichtungen können dann auch mit einer weniger guten Spannungsla- ge ausgeführt sein, wodurch sie beispielsweise preiswerter sind oder aber andere technische Vorteile wie einen größeren maximalen Entladestrom haben.

Vorzugsweise betragen die verschiedenen eingesetzten Niederspannungen aus den oben genannten Sicherheitsgründen stets maximal 64 V Gleichspannung.

Selbstverständlich können auch mehrere der oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung - soweit dies technisch möglich ist - beliebig miteinander kombiniert werden.

Beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems sind in Form von Blockdiagrammen in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems, bei dem die Steuerungseinrichtung in dem Spannungswandler integriert ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems 1 zum Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei die beiden umgebenden, mit gestrichelten Linien begrenzten Blöcke den Niederspannungsbereich 9 bzw. den Hochspannungsbereich 10 darstellen.

Innerhalb des Niederspannungsbereichs 9 befinden sich eine Batterie 2, ein Batteriema- nagementsystem 8 sowie derjenige Teil des Spannungswandlers 6, in welchem nur Niederspannungen vorherrschen. Hierbei stellen die Batterie 2 die elektrische Energiespeichereinrichtung und das Batteriemanagementsystem 8 die Steuerungseinrichtung dar. Der Spannungswandler 6 ist ein Gleichspannungswandler. Die Batterie 2 kann ein oder mehrere Zellmodule 4 aufweisen, von denen eines durch eine fein gestrichelte Begren- zungslinie angedeutet dargestellt ist. Das Zellmodul 4 wiederum weist zwei parallel geschaltete Stränge von jeweils acht in Reihe geschalteten Batteriezellen 3 auf.

Im Ausführungsbeispiel besitzen die einzelnen Batteriezellen 3 jeweils eine Nennspan- nung von 4 V, so dass jeder Zellstrang und damit auch das gesamte Zellmodul eine Nennspannung von 32 V hat. Die Batteriezellen 3 sind beispielsweise Lithium-Ionen- Zellen mit einer maximalen Speicherkapazität von jeweils 60 Ah.

Ebenfalls im Niederspannungsbereich 9 befindet sich das Batteriemanagementsystem 8 zur Steuerung der Batterie 2. Das Batteriemanagementsystem 8 führt alle oder einen Teil der oben beschriebenen Funktionen aus, darunter auch die Regelung des Ladeverfahrens für die Batterie 2.

In einer beispielhaften Konfiguration kann die Batterie 2 standardmäßig mit einer Ladera- te von 1 - 3 C/s, maximal mit 5 C/s und kurzzeitig (für maximal 3 s) mit 90 C/s geladen werden. Die Entladung der Batterie 2, welche ebenfalls vom Batteriemanagementsystem 8 geregelt wird, erfolgt standardmäßig mit 1 bis 10 C/s, maximal mit 20 C/s und kurzzeitig (für 3 bis 4 Sekunden) mit 125 C/s. Die letztgenannte Spitzen-Entladerate dient zur Bereitstellung einer kurzzeitig benötigten großen Antriebsleistung, insbesondere bei Überholvorgängen, wobei die Spitzen-Entladerate sehr schnell, beispielsweise mit maximal 40 ms Auslösezeit, erreicht werden kann. Die minimale Betriebstemperatur der Batterie 2 beträgt -40°C. Weitere beispielhafte Daten des Batteriemanagementsystems 8 sind ein Energiebedarf von 6 mW, die Möglichkeit der externen Überwachung und Diagnose über einen l ² C- oder CAN-Bus, einen RS-232- oder einen USB-Anschluss. Das Batteriemanagementsystem 8 erfüllt den Prüfstandard IEC 62660 sowie weitere ISO- Standards und Standards für die elektromagnetische Verträglichkeit.

Das Batteriemanagementsystem 8 kann als Schaltung auf einer Leiterplatte, beispielsweise mit den Abmessungen 250 x 80 mm, 180 x 200 mm oder 200 x 300 mm und mit einer maximalen Höhe von 28 mm realisiert sein oder auch als einzelne integrierte Schaltung ausgeführt sein. Die funktionalen Verbindungen zwischen den Komponenten des Stromversorgungssystems 1 sind in Fig. 1 durch Doppelpfeile angedeutet, welche für Kommunikationsund/oder Stromleitungen stehen können. Im Falle von Kommunikationsleitungen kann die Verbindung, wie bereits erwähnt, beispielsweise über einen CAN-Bus oder über eine serielle RS-232-Schnittstelle hergestellt sein.

Im Niederspannungsbereich 9 ist die Batterie 2 mit dem Niederspannungseingang des Spannungswandlers 6 verbunden. Das Batteriemanagementsystem 8 ist mit der Batterie 2 sowie dem Teil des Spannungswandlers 6 im Niederspannungsbereich verbunden, beispielsweise, um eine Fehlfunktion oder einen Ausfall des Spannungswandlers 6 de- tektieren und daraufhin die Batterie 2 im Notfall abschalten zu können.

Im Hochspannungsbereich 10 befindet sich derjenige Teil des Spannungswandlers 6, in welchem auch Hochspannungen vorherrschen. Da die Batterie 2 eine Gleichspannung liefert und auch der Spannungswandler 6 ein Gleichspannungswandler ist, ist der Hochspannungsausgang des Spannungswandlers 6 mit einem Umrichter 7 verbunden, welcher die vom Spannungswandler 6 gelieferte Gleich-Hochspannung in eine Wechsel- Hochspannung umrichtet. Die Umrichtung im Umrichter 7 erfolgt mit Hilfe von Leistungs- halbleitern.

Auch mit dem Umrichter 7 steht das Batteriemanagementsystem 8 in Verbindung; jedoch ist diese Verbindung nicht permanent, da beispielsweise im Notfall der Hochspannungsbereich 10 vom Niederspannungsbereich 9 getrennt werden kann, wodurch auch die genannte Verbindung getrennt wird. Diese Verbindung ist daher durch einen gestrichelten Pfeil gekennzeichnet.

Weiterhin befindet sich im Hochspannungsbereich 10 ein Elektromotor 5 als elektrischem Verbraucher. Der Elektromotor 5 kann das mechanische Antriebssystem des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), bestehend beispielsweise aus einer Antriebswelle, einer Kupplung, einen Schaltgetriebe, einem Differenzialgetriebe und einem oder mehre- ren angetriebenen Rädern, antreiben. Es ist aber auch möglich, dass der Elektromotor 5 als Radnabenmotor ausgebildet ist und unmittelbar ein Antriebsrad antreibt. In diesem Fall können mehrere Elektromotoren 5, nämlich für jedes angetriebene Rad einer, vorgesehen sein, wobei die Elektromotoren 5 einzeln zur Erzeugung eines für das jeweilige Rad benötigen Drehmoments regelbar sind. Weiterhin kann der Elektromotor 5 auch Teil eines Hybrid-Antriebs mit einem zusätzlichen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) sein.

Auch der Elektromotor 5 steht mit dem Batteriemanagementsystem 8, beispielsweise zur Detektion eines abnormalen Betriebszustands, wie einer Überhitzung, und einer darauf- folgenden Notabschaltung der Batterie 2, in Verbindung. Diese Verbindung ist aus den gleichen Gründen wie oben als gestrichelter Pfeil gekennzeichnet. Die Verbindungen zwischen dem Batteriemanagementsystem 8 einerseits und dem Umrichter 7 bzw. dem Elektromotor 5 andererseits sind nur Kommunikations-, aber keine Stromleitungen, da eine Energieübertragung zwischen dem Batteriemanagementsystem 8 im Niederspan- nungsbereich 9 und dem Umrichter 7 bzw. dem Elektromotor 5 im Hochspannungsbereich 10 ohne einen weiteren Spannungswandler nicht ohne weiteres möglich wäre.

Das erfindungsgemäße Stromversorgungssystem 1 kann auch noch weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Komponenten enthalten, beispielsweise eine Motorsteuerung zur Vor- gäbe eines benötigten Drehmoments, ein Ladegerät für die Batterie 2 mit Bereitstellung eines externen Ladeanschlusses oder diverse Sensoren zur Messung der Batterie- oder sonstigen Parameter wie der Batteriespannung, des Batteriestroms, der Batterietemperatur oder der Beschleunigung, der die Batterie 2 ausgesetzt ist.

Auch kann der Elektromotor 5 als Generator verwendet werden, insbesondere zur Rückgewinnung von Bremsenergie. Der Leistungsfluss verläuft dann in Fig. 1 von rechts nach links, d.h. die vom Elektromotor 5 erzeugte Hochspannung wird im Umrichter 7, welcher in diesem Fall als Gleichrichter fungiert, oder in einem zusätzlich vorzusehenden Gleichrichter in eine Gleich-Hochspannung umgewandelt, welche vom Spannungswandler 6 in eine Gleich-Niederspannung umgewandelt wird, mit der schließlich die Batterie 2 geladen wird. Alle genannten Funktionen können dabei vom Batteriemanagementsystem 8 gesteuert bzw. überwacht werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssys- tems 1 , bei der das Batteriemanagementsystem 8 in dem Spannungswandler 6 integriert ist. Die Integration kann dabei als zusätzliche Leiterplatte oder zusätzliche integrierte Schaltung innerhalb des Spannungswandlers 6 ausgeführt sein oder auch als integrierte Schaltung, welche sowohl das Batteriemanagementsystem 8 als auch den Spannungswandler 6 enthält. Die in Fig. 2 dargestellt Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch ihren minimalen Aufwand an zusätzlich für die Steuerungseinrichtung 8 vorzusehender Hardware aus.

Idealerweise sind die Funktionen des Batteriemanagementsystems 8 vollständig in einem im Spannungswandler 6 ohnehin vorgesehenen Mikroprozessor implementiert. In diesem Fall sind zur Realisierung des Batteriemanagementsystems 8 lediglich noch die benötigten Sensoren für die Batterie- und sonstigen Parameter erforderlich.

Aufgrund der Integration des Batteriemanagementsystems 8 in dem Spannungswandler 6 entfallen auch die Verbindungsleitungen vom Batteriemanagementsystem 8 zum Spannungswandler 6, zur Batterie 2 sowie zum Umrichter 7, da hierfür interne Leitungen im Spannungswandler 6 bzw. die ohnehin vorhandenen Verbindungsleitungen zwischen dem Spannungswandler 6 und der Batterie 2 bzw. dem Umrichter 7 verwendet werden können. Auf diese Weise ergibt sich auch ein geringerer Verkabelungsaufwand innerhalb des Stromversorgungssystems 1. Lediglich eine Verbindungsleitung zum Elektromotor 5, welcher mit dem Spannungswandler 6 nicht unmittelbar benachbart ist, ist weiterhin vorgesehen. Bezugszeichenliste

1 Stromversorgungssystem

2 Batterie

3 Batteriezelle

4 Zellmodul

5 Elektromotor

6 Spannungswandler

7 Umrichter

8 Batteriemanagementsystem

9 Niederspannungsbereich

10 Hochspannungsbereich