Mehrspannungsbatterievorrichtung und Bordnetz für ein Kraft fahrzeug

Technisches Gebiet:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrspannungsbatte rievorrichtung und ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. für ein Hybridelektro- /Elektrofahrzeug .

Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:

Mehrspannungsbatterievorrichtungen zum Bereitstellen von verschiedenen Nenn- bzw. Betriebsspannungen für Bordnetze von Kraftfahrzeugen, insb. Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, sind bekannt .

Bedingt durch die beschränkt zur Verfügung stehende Ladeka pazität können die Mehrspannungsbatterievorrichtungen bspw. im Falle einer langen Standzeit der Kraftfahrzeuge über deren kritischen Ladezustand hinaus entladen, wobei einzelne Bat teriezellen beschädigt werden können. Dies kann wiederum zu Störungen bzw. Defekten der Bordnetze führen.

Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Mehrspannungsbatterievorrichtungen und somit auch die Bordnetze von Kraftfahrzeugen, insb. Hyb- ridelektro-/Elektrofahrzeugen, vor Störungen bzw. Defekten zuverlässig geschützt werden können.

Beschreibung der Erfindung: Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un teransprüche .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Mehrspan nungsbatterievorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insb. für ein Hybridelektro- /Elektrofahrzeug, bereitgestellt .

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst einen ersten Ausgangsstromanschluss und einen Masseanschluss zum Bereit stellen einer ersten Nennspannung, bspw. eine erste Bord netzspannung für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner einen zweiten Ausgangsstromanschluss, der mit dem Masseanschluss zum Bereitstellen einer zweiten Nennspannung, bspw. eine zweite Bordnetzspannung für das Bordnetz, dient.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner eine erste Batteriezellengruppe, welche einen ersten Pluspol und einen ersten Minuspol aufweist. Die erste Batteriezellengruppe ist über den ersten Pluspol am ersten Ausgangsstromanschluss und über den ersten Minuspol am Masseanschluss elektrisch angeschlossen.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner eine zweite Batteriezellengruppe, welche einen zweiten Pluspol und einen zweiten Minuspol aufweist. Die zweite Batteriezellengruppe ist über den zweiten Pluspol am zweiten Ausgangsstromanschluss und über den zweiten Minuspol am ersten Ausgangsstromanschluss elektrisch angeschlossen. Ferner ist die zweite Batteriezel lengruppe über den zweiten Minuspol mit der ersten Batterie zellengruppe bzw. mit dem ersten Pluspol der ersten Batte riezellengruppe schaltbar in Serie (bezogen auf einen Strompfad zwischen dem zweiten Ausgangsstromanschluss und dem Massean schluss) angeschlossen.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner einen Ladestromanschluss zum Anschließen der Mehrspannungsbatte rievorrichtung an einer externen Stromquelle. Dabei dient der Ladestromanschluss insb. ausschließlich zum Laden der ersten und/oder der zweiten Batteriezellengruppe mit Strom der externen Stromquelle .

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung umfasst ferner einen ersten Gleichspannungswandler, der eingangsspannungsseitig am Ladestromanschluss und ausgangsspannungsseitig am ersten Pluspol und somit zwischen dem Ladestromanschluss und dem ersten Pluspol elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine am Ladestromanschluss anliegende Eingangsspannung in eine erste Ladespannung zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe umzuwandeln .

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine Mehr spannungsbatterievorrichtung, welche zum Bereitstellen von verschiedenen Nennspannungen, bzw. Bordnetzspannungen für verschiedene Bordnetzzweige eines Kraftfahrzeugs, dient, auch während eines Ruhemodus, in dem das Fahrzeug (nach Ende eines Fährbetriebs) abgestellt ist und nur sicherheitsrelevante und sonstige relevante Funktionen des Fahrzeugs durchgeführt werden, einen Mindeststrom bereitstellen muss, um diese relevanten Funktionen weiterhin aufrechterhalten zu können. Hierzu ist eine (erste) Batteriezellengruppe der Mehrspannungsbatterievor richtung vorgesehen, während des Ruhemodus Systemen bzw.

Komponenten mit Strom zu versorgen, welche die relevanten Funktionen durchführen. Da die Batteriezellengruppe zum

StartZeitpunkt des Ruhemodus eine begrenzte Menge an

elektrischer Energie aufweist und während des Ruhemodus nicht dauernd aufgeladen wird, droht dieser eine Tiefentladung infolge des Energieverbrauchs durch die genannten Systemen bzw. Kom ponenten. Darüber hinaus besteht die Gefahr der Tiefentladung durch eine Selbstentladung der Batteriezellen der Batterie zellengruppe, auch bei einer elektrischen Trennung der Bat teriezellengruppe von den genannten relevanten Systemen bzw. Komponenten. Die Tiefentladung kann zur irreversiblen Schädigung der Batteriezellen und somit zu Störungen gar zum Ausfall der Batteriezellengruppe führen.

Um die Tiefentladung vorzubeugen, bedarf es eine Möglichkeit, die betroffene Batteriezellengruppe bei Bedarf aufzuladen und somit diese vor der irreversiblen Schädigung durch Tiefentladung zu schützen .

Dabei ist ein separater Stromanschluss erforderlich, welcher unabhängig von dem vorhandenen Versorgungsstromanschluss von der Batterievorrichtung zu Stromverbrauchern angeschlossen werden kann, um einen Anschluss der Batteriezellengruppe an einer (externen) Stromquelle und somit einen Ladevorgang unabhängig vom Anschlusszustand des Versorgungsstromanschluss zu ermög lichen. Dies ermöglicht zudem, dass der Versorgungsstroman schluss auch während des Ladevorgangs der Batterievorrichtung mit den genannten Systemen und Komponenten elektrisch verbunden bleibt. Um dies zu bewerkstelligen, ist der Ladestromanschluss neben den beiden Ausgangsstromanschlüssen der Batterievor richtung vorgesehen.

Um die Batterievorrichtung, speziell die erste Batteriezel lengruppe mit einer bestimmten Lade- bzw. Nennspannung, mit Stromquellen unterschiedlicher Nennspannungen aufladen zu können, wurde der Gleichspannungswandler vorgesehen, der eine am Ladestromanschluss anliegende Eingangsspannung, welche bspw. der Nennspannung einer Stromquelle entspricht, in die Lade- Spannung der Batterievorrichtung bzw. der ersten Batterie zellengruppe umzuwandeln.

Durch die Ausführung mit dem separaten Ladestromanschluss und dem Gleichspannungswandler ist die Batterievorrichtung bzw. die erste Batteriezellengruppe vor der irreversiblen Schädigung durch Tiefentladung wirksam geschützt.

Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der Mehrspan nungsbatterievorrichtungen und somit auch Bordnetze von

Kraftfahrzeugen vor Störungen bzw. Defekte zuverlässig geschützt werden können.

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen steuerbaren Umschalter, der zwischen dem ersten Gleichspan nungswandler einerseits und dem ersten und dem zweiten Pluspol andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, den ersten Gleichspannungswandler ausgangsspannungsseitig wahlweise mit dem ersten Pluspol oder dem zweiten Pluspol und somit mit der ersten oder der zweiten Batteriezellengruppe elektrisch zu verbinden.

Bspw. ist der Ladestromanschluss mit dem zweiten Pluspol elektrisch verbunden.

Bspw. ist der erste Gleichspannungswandler ferner eingerichtet, bei Bedarf die erste Batteriezellengruppe mit Strom der zweiten Batteriezellengruppe aufzuladen, und/oder bei Bedarf die zweite Batteriezellengruppe mit Strom der ersten Batteriezellengruppe aufzuladen .

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen zweiten Gleichspannungswandler, der eingangsspannungsseitig am Ladestromanschluss und ausgangsspannungsseitig am zweiten Pluspol und somit zwischen dem Ladestromanschluss und dem zweiten Pluspol elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, die Eingangsspannung in eine zweite Ladespannung zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe (bspw. über eine entsprechende Stromverbindung zwischen der zweiten Batteriezellengruppe und dem Masseanschluss und einen weiteren steuerbaren Schalter in dieser Stromverbindung) oder der beiden Batteriezellengruppen (also sowohl der ersten als auch der zweiten Batteriezellen gruppe) umzuwandeln.

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner eine Batteriemanagementanordnung zum Betreiben der Mehrspannungs batterievorrichtung, welche Versorgungsstromanschlüsse zum Anschließen der Batteriemanagementanordnung an eine Nenn spannungsquelle zum Betrieb der Batteriemanagementanordnung aufweist. Über die Versorgungsstromanschlüsse ist die Batte riemanagementanordnung zwischen dem ersten Pluspol und dem Masseanschluss und somit zwischen dem ersten Gleichspan nungswandler und dem Masseanschluss elektrisch angeschlossen. Die Batteriemanagementanordnung ist eingerichtet, Ladezustand der ersten Batteriezellengruppe zu überwachen und bei einem kritischen Ladezustand der ersten Batteriezellengruppe den ersten Gleichspannungswandler zum Aufladen der ersten Batte- riezellen-gruppe zu betreiben bzw. zu steuern oder zu regeln.

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen ersten steuerbaren Schalter, welcher in einem ersten Lades trompfad zwischen dem ersten Gleichspannungswandler und dem Masseanschluss und somit in Serie zu der ersten Batteriezel lengruppe elektrisch angeschlossen ist. Die Batteriemanage mentanordnung ferner eingerichtet, bei dem kritischen Lade zustand der ersten Batteriezellengruppe den ersten Schalter zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe zu schließen, so dass der von dem ersten Gleichspannungswandler bereitgestellte Ladestrom zu der ersten Batteriezellengruppe fließen kann.

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen zweiten steuerbaren Schalter, welcher in einem zweiten Lade strompfad zwischen dem Ladestromanschluss und der zweiten Batteriezellengruppe und somit in Serie zu der zweiten Bat teriezellengruppe elektrisch angeschlossen ist und somit die zweite Batteriezellengruppe mit der ersten Batteriezellengruppe schaltbar elektrisch verbindet. Die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, Ladezustand der zweiten Batteriezellen gruppe zu überwachen und bei einem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den zweiten Schalter zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe oder der beiden Batterie zellengruppen zu schließen.

Bspw. sind der erste und/oder der zweite Schalter jeweils als ein Relais ausgebildet.

Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, bei dem kritischen Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe den zweiten Gleichspannungswandler zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe oder der beiden Batteriezellengruppen zu betreiben bzw. zu steuern oder zu regeln.

Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung ferner eingerichtet, Ladezustände der ersten und der zweiten Batteriezellengruppe zu überwachen. Ist bei der ersten Batteriezellengruppe ein kri tischer Ladezustand ermittelt, so ist die Batteriemanagemen tanordnung bspw. ferner eingerichtet, den Umschalter in eine erste Schaltstellung zu schalten, in der der Umschalter zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe den ersten Gleich spannungswandler mit dem ersten Pluspol elektrisch verbindet. Ist bei der zweiten Batteriezellengruppe ein kritischer La- dezustand ermittelt, so ist die Batteriemanagementanordnung bspw. ferner eingerichtet, den Umschalter in eine zweite Schaltstellung zu schalten, in der der Umschalter zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe oder der beiden Batterie zellengruppen den ersten Gleichspannungswandler mit dem zweiten Pluspol elektrisch verbindet.

Bspw. umfasst die Mehrspannungsbatterievorrichtung ferner einen dritten steuerbaren Schalter, der zwischen dem Ladestroman schluss und dem zweiten Pluspol elektrisch angeschlossen ist. Dabei ist die Batteriemanagementanordnung bspw. ferner ein gerichtet ist, bei dem kritischen Ladezustand der ersten oder der zweiten Batteriezellengruppe zum Aufladen der ersten oder der zweiten Batteriezellengruppe mit dem Strom der jeweils anderen Batteriezellengruppe den dritten Schalter zu schließen und den Umschalter in die erste Schaltstellung zu schalten. Der dritte Schalter kann auch als ein Relais ausgebildet sein.

Bspw. ist die Eingangsspannung Ue kleiner oder größer als die oder gleich der Nennspannung der ersten Batteriezellengruppe.

Bspw. ist die Eingangsspannung Ue kleiner oder größer als die oder gleich der Summe der Nennspannungen der beiden Batteriezel lengruppen .

Bspw. liegen die erste Nennspannung bei 12 Volt und/oder die zweite Nennspannung bei 48 Volt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. für ein Hybridelekt- ro- /Elektrofahrzeug, bereitgestellt .

Das Bordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung und einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung. Das Bordnetz umfasst ferner eine zuvor beschriebene Mehrspannungsbatterievorrichtung, die über den ersten Ausgangsstromanschluss am ersten Bordnetzzweig und über den zweiten Ausgangsstromanschluss am zweiten Bordnetzzweig elektrisch angeschlossen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Mehr spannungsbatterievorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Bordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Bordnetzes anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Er findung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 in einer schematischen Darstellung ein Bordnetz eines

Hybridelektrofahrzeugs mit einer Mehrspannungsbat terievorrichtung gemäß einer beispielhaften Aus führungsform der Erfindung; und

Figur 2 in einer weiteren schematischen Darstellung ein

weiteres Bordnetz eines Hybridelektrofahrzeugs mit einer weiteren Mehrspannungsbatterievorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:

Das Bordnetz BN in Figur 1 umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1, in dem eine erste Bordnetzspannung Ul in Höhe von bspw. 12 Volt vorliegt. Das Bordnetz BN umfasst ferner einen zweiten Bord netzzweig BZ2, in dem eine zweite Bordnetzspannung U2 in Höhe von bspw. 48 Volt vorliegt. Das Bordnetz BN ist in einem Hybrid elektrofahrzeug mit einem 48 Volt Mildhybrid-Antrieb verbaut.

Das Bordnetz BN umfasst außerdem eine Mehrspannungsbatterie vorrichtung MB zum Bereitstellen bzw. zum Aufrechterhalten der beiden Bordnetzspannungen Ul, U2.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB wird als eine so ge nannte AES Batterie, also eine 48 Volt Batterie mit einem 12 Volt Abgriff und einem Gleichspannungswandler GW gebaut.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromaus gangsseitig einen ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und einen Masseanschluss MA, über welche die Mehrspannungsbatterievor richtung MB an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 elektrisch ange schlossen ist. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine erste Nennspannung die erste Bordnetzspannung Ul, welche zwischen dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und dem Mas seanschluss MA anliegt.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst stromaus gangsseitig ferner einen zweiten Ausgangsstromanschluss AA2 und ist über den zweiten Ausgangsstromanschluss AA2 und den Mas seanschluss MA an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 elektrisch angeschlossen. Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB stellt als eine zweite Nennspannung die zweite Bordnetzspannung U2, welche zwischen dem zweiten Ausgangsstromanschluss AA2 und dem Masseanschluss MA anliegt.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zwischen dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und dem Masseanschluss MA eine erste Serienschaltung von einer ersten Batteriezellengruppe ZG1, einer ersten Schmelzsicherung FS1 sowie einem ersten Relais RL1 als einem ersten steuerbaren Schalter. Die erste Serienschaltung mit der ersten Batteriezellengruppe ZG1 bildet somit eine erste Strom-/Spannungsquelle für den ersten Bordnetzzweig BZ1. Die erste Batteriezellengruppe ZG1 weist eine Nennspannung in Höhe von 12 Volt auf und stellt somit die erste Bordnetzspannung Ul bereit. Dabei ist die erste Batteriezellengruppe ZG1 über ihren Pluspol PP1 mit dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und über ihren Minuspol NP1 (und über die erste Schmelzsicherung FSlund das erste Relais RL1) mit dem Masseanschluss MA elektrisch verbunden .

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst ferner zwischen dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und dem zweiten Aus gangsstromanschluss AA2 eine zweite Serienschaltung von einer zweiten Batteriezellengruppe ZG2, einer zweiten Schmelzsi cherung FS2 sowie einem zweiten Relais RL2 als einem ersten steuerbaren Schalter. Dabei ist die zweite Batteriezellengruppe ZG2 über ihren Pluspol PP2 (und über das zweite Relais RL2 und die zweite Schmelzsicherung FS2) mit dem zweiten Ausgangs stromanschluss AA2 und über ihren Minuspol NP2 mit dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 elektrisch verbunden.

Zwischen dem zweiten Ausgangsstromanschluss AA2 und dem Mas seanschluss MA bilden die erste und die zweite Serienschaltungen somit eine größere Serienschaltung von der ersten Batterie zellengruppe ZG1, der ersten Schmelzsicherung FS1 und dem ersten Relais RL1, sowie der zweiten Batteriezellengruppe ZG2, der zweiten Schmelzsicherung FS2 und dem zweiten Relais RL2, wobei die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 über den zweiten Relais RL2 zueinander schaltbar in Serie geschaltet sind.

Die zweite Serienschaltung mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 bildet mit der ersten Serienschaltung mit der ersten Batteriezellengruppe ZG1 eine zweite Strom-/Spannungsquelle für den zweiten Bordnetzzweig BZ2. Die zweite Batteriezellengruppe ZG2 weist dabei eine Nennspannung in Höhe von 36 Volt auf und stellt mit der in Serie geschalteten ersten Batteriezellengruppe ZG1 mit der Nennspannung von 12 Volt die zweite Bordnetzspannung U2 von 48 Volt bereit.

Dabei sind die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 mit Li-Ionen Zellen ausgebildet.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst ferner einen Ladestromanschluss LA zum Anschließen der Mehrspannungsbat terievorrichtung MB an einer externen Stromquelle SQ, wobei der Ladestromanschluss LA ausschließlich zum Laden der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 dient.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst außerdem einen Gleichspannungswandler GW, der eingangsspannungsseitig am Ladestromanschluss LA und ausgangsspannungsseitig am Pluspol PP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine am Ladestromanschluss LA anliegende Eingangsspannung Ue in eine Ladespannung zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe ZG1 umzuwandeln.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Ladestromanschluss LA über die zweite Schmelzsicherung FS2 und das zweite Relais RL2 mit dem Pluspol PP2 der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 elektrisch verbunden.

Damit bilden der Ladestromanschluss LA, der Gleichspannungs wandler GW, die erste Batteriezellengruppe ZG1, die erste Schmelzsicherung FS1 und das erste Relais RL1 sowie der Mas seanschluss MA einen ersten Ladestrompfad LP1, der von dem ersten Relais RL1 im offenen Zustand unterbrochen werden kann. Analog bilden der Ladestromanschluss LA, die zweite Schmelz sicherung FS2, das zweite Relais RL2 und die zweite Batte riezellengruppe ZG2 einen zweiten Ladestrompfad LP2, der von dem zweiten Relais RL2 im offenen Zustand unterbrochen werden kann.

Optional kann die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB einen weiteren Gleichspannungswandler umfassen, der eingangsspan nungsseitig am Ladestromanschluss LA und ausgangsspannungs seitig an der zweiten Schmelzsicherung FS2 elektrisch ange schlossen ist und somit als Teil des zweiten Ladestrompfades LP2 eingerichtet ist, eine am Ladestromanschluss LA anliegende Eingangsspannung Ue in eine weitere Ladespannung zum Aufladen der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 umzuwandeln.

Die Mehrspannungsbatterievorrichtung MB umfasst zudem eine Batteriemanagementanordnung BM zum Betreiben bzw. zum Steuern oder zum Regeln der Mehrspannungsbatterievorrichtung MB. Die Batteriemanagementanordnung BM ist über Versorgungsstroman schlüsse VA1, VA2 zwischen dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 und dem Masseanschluss MA und somit parallel zur ersten Se rienschaltung elektrisch angeschlossen.

Die Batteriemanagementanordnung BM ist signaleingangsseitig über zwei Messsignalanschlüsse MAI, MA2 mit den beiden Bat teriezellengruppen ZG1, ZG2 messtechnisch elektrisch verbunden und überwacht über diese Messsignalanschlüsse MAI, MA2 in einer dem Fachmann bekannten Weise die Ladezustände (auf Englisch „State of Charge, SoC") , die Alterungszustände (auf Englisch „State of Health, SoH") und sonstige Eigenschaften der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2.

Die Batteriemanagementanordnung BM ist signalausgangsseitig über drei (optional vier) Steuersignalanschlüsse SA1, SA2, SA3 mit dem Gleichspannungswandler GW, dem ersten und dem zweiten Relais RL1, RL2 (und optional dem weiteren Gleichspannungs wandler) bzw. mit jeweiligen Steuersignalanschlüssen dieser Komponenten signaltechnisch verbunden.

Die Batteriemanagementanordnung BM ist eingerichtet, in einer dem Fachmann bekannten Weise Ladezustände der beiden Batte riezellengruppen ZG1, ZG2 zu überwachen und bei kritischen Ladezuständen der jeweiligen Batteriezellengruppen ZG1, ZG1 den Gleichspannungswandler GW, die beiden Relais RL1, RL2 (und optional den weiteren Gleichspannungswandler, sofern dieser vorhanden ist) in nachfolgend zu beschreibender Weise zu be treiben (bzw. steuern oder regeln und schließen) und somit die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 aufzuladen und dadurch vor Beschädigungen durch Tiefentladung zu schützen.

Wird das Fahrzeug nach Ende eines Fährbetriebs abgestellt und geht in ein Ruhemodus, so werden sicherheitsrelevante und sonstige relevante Funktionen des Fahrzeugs weiterhin durch geführt. Entsprechend verbrauchen elektrische Systeme bzw. Komponenten, wie z. B. Sensoren, Bussysteme und Steuergeräte, welche diese Funktionen durchführen, weiterhin Strom.

In der Regel weisen diese Systeme bzw. Komponenten eine

Nennspannung von 12 Volt (12 Volt Verbraucher) auf und werden daher in dem ersten Bordnetzzweig BZ1 angeschlossen und von der ersten Batteriezellengruppe ZG1 - auch während des Ruhemodus des Fahrzeugs - mit Strom versorgt.

Im Ruhemodus des Fahrzeugs werden das zweite Relais RL2 in der Regel von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert geöffnet und die zweite Batteriezellengruppe ZG2 von dem Bordnetz BN und somit von Stromverbrauchern mit einer Nennspannung von 48 Volt elektrisch getrennt. Das erste Relais RL1 bleibt jedoch von der Batteriemanage mentanordnung BM gesteuert geschlossen, um eine dauerhafte Versorgung der zuvor genannten 12 Volt Verbraucher, also der Systeme bzw. Komponenten, welche während des Ruhemodus des Fahrzeugs die sicherheitsrelevanten und sonstige relevanten Funktionen durchführen, sicherzustellen.

Die meisten dieser 12 Volt Verbraucher sind entsprechend ebenfalls in einem Ruhemodus und haben somit einen deutlich reduzierten Stromverbrauch.

Die erste Batteriezellengruppe ZG1, sofern diese zum Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug in das Ruhemodus übergeht, ausreichend aufgeladen ist, kann die 12 Volt Verbraucher über eine gewisse Zeit von mehreren Tagen oder Wochen weiterhin mit Strom ver sorgen .

Hierzu schließt die Batteriemanagementanordnung BM das erste Relais RL1 bzw. hält dies in dem geschlossenen Schalzustand, sodass die Stromversorgung für die 12 Volt Verbraucher ge währleistet ist.

Sind die Li-Ionen Zellen der ersten Batteriezellengruppe ZG1 nach der gewissen Zeit soweit entladen, so droht den Zellen eine irreversible Schädigung durch eine Tiefentladung .

Diese drohende Tiefentladung wird von der Batteriemanagemen tanordnung BM durch Überwachen des Ladezustandes der ersten Batteriezellengruppe ZG1 und durch Vergleich mit einem vor gegebenen Mindest-Ladezustand von bspw. 5% erkannt.

Die Batteriemanagementanordnung BM steuert bzw. regelt daraufhin den Gleichspannungswandler GW derart, dass dieser über den ersten Ladestrompfad LP1 die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit Strom von der externen Stromquelle SQ auflädt (bspw. mittels eines externen 12 Volt Ladegeräts, z. B. in einem Fremdstartvorgang) . Dabei hält die Batteriemanagementanordnung BM das erste Relais RL1 gesteuert geschlossen und bildet somit einen Ladestromkreis über den ersten Ladestrompfad LP1 zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe ZG1. Vor dem Start des Ladevorgangs überprüft die Batteriemanagementanordnung BM gegebenenfalls, ob einzelne Batteriezellen der ersten Batteriezellengruppe ZG1 irreversibel beschädigt sind. Sind beschädigte Batteriezellen ermittelt, so kann die Batteriemanagementanordnung BM den Ladevorgang erst gar nicht starten und eine Schadensmeldung an ein zentrales Wartungssystem abgeben. Ist keine Beschädigung an Batteriezellen ermittelt, so startet die Batteriemanagemen tanordnung BM den Ladevorgang, indem diese das erste Relais RL1 schließt und den Gleichspannungswandler GW zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe ZG1 regelt.

Darüber hinaus überwacht die Batteriemanagementanordnung BM unmittelbar vor dem und während des Ladevorgangs die Ladespannung und regelt den Gleichspannungswandler GW derart, dass die vorgegebene maximal zulässige Ladespannung nicht überschreiten wird. Dabei kann die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit externen Stromquellen SQ mit unterschiedlichen Nennspannungen von wie z. B. von 1 Volt bis 60 Volt oder höher aufzuladen, wobei diese Nennspannung dann von dem Gleichspannungswandler GW auf die 12 Volt Ladespannung hoch- oder heruntergesetzt wird.

Die Aufladung der ersten Batteriezellengruppe ZG1 erfolgt dabei ausschließlich mit dem über den Ladestromanschluss LA be- reitgestellten Strom. Während des Ladevorgangs fließt kein Strom von dem ersten Ausgangsstromanschluss AA1 zur ersten Batte riezellengruppe ZG1. Außerdem öffnet die Batteriemanagementanordnung BM das zweite Relais RL2 und hält dieses im offenen Zustand beim Ladevorgang der ersten Batteriezellengruppe ZG1, so dass die zweite Bat teriezellengruppe ZG2 von der ersten Batteriezellengruppe ZG1 potentialgetrennt ist und kein Strom von der zweiten Batte riezellengruppe ZG2 in die erste Batteriezellengruppe ZG1 fließt .

Die Stromversorgung für die Batteriemanagementanordnung BM erfolgt bei einem ausreichend Ladezustand der ersten Batte riezellengruppe ZG1 mittels der ersten Batteriezellengruppe ZG1 beim geschlossenen ersten Relais RL1. Bei einem kritischen Ladezustand der ersten Batteriezellengruppe ZG1 und während des Ladevorgangs der ersten Batteriezellengruppe ZG1 erfolgt die Stromversorgung für die Batteriemanagementanordnung BM bspw. mittels der externen Stromquelle SQ über den Ladestromanschluss

LA.

Analog überwacht die Batteriemanagementanordnung BM auch den Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 und lädt diese bei einer drohenden Tiefentladung in der nachfolgend zu be schreibenden Weise gesteuert auf.

Unterschreitet der Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 einen weiteren vorgegebenen Mindest-Ladezustand der zweiten Batteriezellengruppe ZG2, so schließt die Batteriemanagemen tanordnung BM das zweite Relais RL2 zusätzlich zu dem ersten Relais RL1 und lädt über den ersten und den zweiten Ladestrompfad LP1, LP2 die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 als eine 48 Volt Batteriegruppe mit dem Strom von der externen Stromquelle SQ zeitgleich. Die ideale Eingangsspannung Ue zum zeitgleichen Aufladen der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 liegt zwischen 36 - 60 Volt. Ist der weitere Gleichspannungswandler im zweiten Ladestrompfad LP2 zwischen dem Ladestromanschluss LA und der zweiten

Schmelzsicherung FS2 angeschlossen, so kann mit diesem die Ladespannung der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 regelt werden. Die ideale Eingangsspannung Ue zum zeitgleichen Aufladen der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 mit den beiden Gleich spannungswandlern GW liegt zwischen 36 bis 60 Volt.

Ist im zweiten Bordnetzzweig BZ2 bspw. ein 48 Volt Riemen startergenerator oder eine sonstige Stromquelle mit entspre chender Nennspannung elektrisch angeschlossen, so kann der zweite Ausgangsstromanschluss AA2 auch als ein weiterer La destromanschluss zum Aufladen der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 wirken, wobei in diesem Fall die beiden Batterie zellengruppen ZG1, ZG2 bei Bedarf mit Strom von dem Riemen startergenerator oder der sonstigen Stromquelle über diesen weiteren Ladestromanschluss aufgeladen werden können. Genauso kann der erste Ausgangsstromanschluss AA1 auch als ein weiterer Ladestromanschluss zum Aufladen der der ersten Batteriezel lengruppe ZG1 wirken, wenn im ersten Bordnetzzweig BZ1 bspw. eine 12 Volt Lichtmaschine oder eine sonstige Stromquelle mit entsprechender Nennspannung elektrisch angeschlossen ist und bei Bedarf Ladestrom zum Aufladen der ersten Batteriezellengruppe ZG1 liefern kann.

Bspw. ist die Batteriemanagementanordnung BM ferner einge richtet, bei Bedarf den Gleichspannungswandler GW derart zu betreiben, dass dieser die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit Strom der zweiten Batteriezellengruppe ZG2, und/oder die zweite Batteriezellengruppe ZG2 mit Strom der ersten Batteriezel lengruppe ZG1 aufzuladen.

Das Bordnetz BN in Figur 2 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Bordnetz dadurch, dass dessen Mehrspannungs- batterievorrichtung MB zusätzlich zu dem ersten dem zweiten Relais ein drittes Relais RL3 und einen steuerbaren Umschalter US umfasst.

Dabei ist das dritte Relais RL3 zwischen dem Ladestromanschluss und dem zweiten Pluspol elektrisch angeschlossen. Das dritte Relais RL3 dient dazu, je nach Bedarf und von der Mehrspan nungsbatterievorrichtung MB angesteuert den Ladeanschluss bzw. den Gleichspannungswandler GW mit dem zweiten Pluspol PP2 und somit mit der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 elektrisch zu verbinden .

Der Umschalter US ist zwischen dem Gleichspannungswandler GW einerseits und dem Pluspol PP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 und dem Pluspol PP2 der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 andererseits elektrisch angeschlossen und eingerichtet, von der Mehrspannungsbatterievorrichtung MB angesteuert den Gleich spannungswandler GW ausgangsspannungsseitig wahlweise mit dem Pluspol PP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 oder dem Pluspol PP2 der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 elektrisch zu ver binden .

In dieser Ausführungsform ist die Batteriemanagementanordnung BM über einen jeweils weiteren Signalausgang SA4, SA5 mit dem Steueranschluss des dritten Relais RL3 bzw. dem Steueranschluss des Umschalters US signaltechnisch verbunden.

Dabei ist die Batteriemanagementanordnung BM in dieser Aus führungsform eingerichtet, Ladezustände der ersten und der zweiten Batteriezellengruppe ZG1, ZG2 zu überwachen und betreibt das dritte Relais RL3 und den Umschalter US zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Relais RL1, RL2 abhängig von den er mittelten Ladezuständen der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 und dem Anschlusszustand der Mehrspannungsbatterievor richtung MB an der externen Stromquelle SQ.

Ist die externe Stromquelle SQ nicht angeschlossen und weist zudem (nur) eine der beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 einen kritischen Ladezustand auf, so schließt die Batteriemanage mentanordnung BM alle drei Relais RL1, RL2, RL3 zu und schaltet den Umschalter US in eine erste Schaltstellung, in der der Umschalter US den Gleichspannungswandler GW ausgangsspan nungsseitig mit dem Pluspol PP1 der ersten Batteriezellengruppe ZG1 elektrisch verbindet. In diesem Schaltzustand der drei Relais RL1, RL2, RL3 und des Umschalters US ermöglicht die Batte riemanagementanordnung BM eine Ladungsverschiebung zwischen den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 und lädt somit die Batteriezellengruppe mit dem kritischen Ladezustand mit Strom von der anderen Batteriezellengruppe über einen dritten La destrompfad LP3 zwischen den beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 über den Gleichspannungswandler GW, den Umschalter US und das erste sowie das zweite Relais RL1, RL2.

Ist bei der ersten Batteriezellengruppe ZG1 ein kritischer Ladezustand ermittelt, so lädt der Gleichspannungswandler GW (von der Batteriemanagementanordnung BM gesteuert und geregelt) die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit dem Strom von der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 auf. Ist dagegen bei der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 ein kritischer Ladezustand ermittelt, so lädt der Gleichspannungswandler GW (von der Batteriema nagementanordnung BM gesteuert und geregelt) die zweite Bat teriezellengruppe ZG2 mit dem Strom von der ersten Batterie zellengruppe ZG1 auf.

Ist dagegen die externe Stromquelle SQ angeschlossen und stellt ausreichenden Ladestrom bereit. So lädt die Batteriemanage mentanordnung BM die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 je nach deren Ladezuständen mit dem Strom von der externen

Stromquelle SQ auf.

Ist bei der ersten Batteriezellengruppe ZG1 ein kritischer Ladezustand ermittelt, so schließt die Batteriemanagementan ordnung BM das erste Relais RL1 und öffnet zugleich das zweite und das dritte Relais RL2, RL3. Ferner schaltet die Batte riemanagementanordnung BM den Umschalter US in die erste Schaltstellung und verbindet somit den Gleichspannungswandler GW ausgangsspannungsseitig mit dem Pluspol PP1 der ersten Bat teriezellengruppe ZG1 elektrisch. Dadurch lädt die Batte riemanagementanordnung BM die erste Batteriezellengruppe ZG1 mit dem Strom der Stromquelle SQ über einen ersten Ladestrompfad LP1 zwischen dem Ladeanschluss LA und der ersten Batteriezellen gruppe ZG1 über den Gleichspannungswandler GW, den Umschalter US und das erste Relais RL1.

Ist bei der zweiten Batteriezellengruppe ZG2 ein kritischer Ladezustand ermittelt, so schließt die Batteriemanagementan ordnung BM das erste und das zweite Relais RL1, RL2 und öffnet zugleich das dritte Relais RL3. Ferner schaltet die Batte riemanagementanordnung BM den Umschalter US in eine zweite Schaltstellung, in der der Umschalter US den Gleichspan nungswandler GW mit dem Pluspol PP2 der zweiten Batteriezel lengruppe ZG2 elektrisch verbindet. Dadurch lädt die Batte riemanagementanordnung BM die zweite Batteriezellengruppe ZG2 bzw. die beiden Batteriezellengruppen ZG1, ZG2 mit dem Strom der Stromquelle SQ über einen zweiten Ladestrompfad LP2 zwischen dem Ladeanschluss LA und der zweiten Batteriezellengruppe ZG1 über den Gleichspannungswandler GW, den Umschalter US sowie das erste und das zweite Relais RL1, RL2.