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Title:
OPERATING METHOD FOR A DUAL-VOLTAGE BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/095801
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an operating method for a dual-voltage battery of a vehicle comprising a plurality of battery cell blocks and a battery electronic system with a plurality of power switching elements for selectively connecting individual battery cell blocks in parallel and/or in series in any event. A first battery cell block and at least one additional battery cell block of a group of battery cell blocks are connected in parallel in a first connection arrangement in order to provide a first voltage and in series in a second connection arrangement in order to provide a second voltage. A parallel connection switch and a series connection switch are paired with the first battery cell block of the group of battery cell blocks in order to produce the parallel and/or series connection, and at least one third battery cell block can be connected to the group of battery cell blocks in parallel in the first connection arrangement and in the second connection arrangement. In the second connection arrangement, in which the first battery cell block is connected to the at least one additional battery cell block of the group of battery cell blocks in series by closing the series connection switch, the parallel connection switch of the first battery cell block is selectively brought into a closed position or an open position depending on the operating state of the vehicle. In the closed position, the first battery cell block of the group of battery cell blocks is connected to the at least one third battery cell block in parallel.

Inventors:
KÖRNER ANDRÉ (DE)
KAHNT SEBASTIAN (DE)
LIEBSCHER HANS JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/079451
Publication Date:
May 31, 2018
Filing Date:
November 16, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HELLA GMBH & CO KGAA (DE)
International Classes:
B60L11/18; B60L7/10; H01M10/44; H02J7/00; H02J7/14; H02J1/00
Foreign References:
DE102015104293A12016-09-29
DE102013113182A12015-05-28
US20110001442A12011-01-06
DE10055531A12002-01-17
US20140285003A12014-09-25
DE102013113182A12015-05-28
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Claims:
Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie

Patentansprüche

1 . Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie (1 ) eines Fahrzeugs umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellblöcken (A1 , A2, A3, C, D) und umfassend eine Batterieelektronik mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltelementen (P0+, P1 +, P2+, P3+, P2-, P3-, S1 , S2, S3) zum wahlweisen parallelen und/oder seriellen Verbinden einzelner jedenfalls einzelner Batteriezellblöcke (A1 , A2, A3, C, D), wobei ein erster Batteriezellblock (A1 ) und wenigstens ein weiterer Batteriezellblock (A2, A3) einer Gruppe (2, 3) von Batteriezellblöcken (A1 , A2, A3) in einer ersten Verbindungsanordnung parallel geschaltet werden zum Bereitstellen einer ersten Spannung (U12) und in einer zweiten Verbindungsanordnung seriell verbunden werden zum Bereitstellen einer zweiten Spannung (U48), wobei dem ersten Batteriezellblock (A1 ) der Gruppe (2, 3) von Batteriezellblöcken (A1 , A2, A3) ein Parallelverbindungs- schalter (P1 +) und ein Serienverbindungsschalter (S1 ) zugeordnet ist zum Herstellen der parallelen und/oder seriellen Verbindung und wobei in der ersten Verbindungsanordnung und in der zweiten Verbindungsanordnung wenigstens ein dritter Batteriezellblock (C, D) zu der Gruppe (2, 3) von Batteriezellblöcken (A1 , A2, A3) parallel verschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Verbindungsanordnung, in der durch Schließen des Serienverbindungsschalters (S1 ) der erste Batteriezellblock (A1 ) seriell verschaltet ist mit dem wenigstens einen weiteren Batteriezellblock (A2, A3) der Gruppe (2, 3) von Batteriezellblöcken (A1 , A2, A3), der Parallelverbindungs- schalter (P1 +) des ersten Batteriezellblocks (A1 ) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Fahrzeugs wahlweise in eine Schließstellung oder in eine Öffnungsstellung verbracht wird, wobei in der Schließstellung der erste Batteriezellblock (A1 ) der Gruppe (2, 3) von Batteriezellblöcken (A1 , A2) parallel verschaltet ist zu dem wenigstens einen dritten Batteriezellblock (C, D).

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ver- bringen des Parallelverbindungsschalters (P1 +) des ersten Batteriezellblocks (A1 ) in die Schließstellung und/oder in die Öffnungsstellung in Abhängigkeit von einem Fahrzustand und/oder von einem Batteriezustand und/oder von einem Lastzustand erfolgt.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der ersten Spannung (U12) zugeordneten ersten Anschlusspunkt (4) der Zweispannungsbatterie (1 ) eine Strom- und/oder Spannungsmessung durchgeführt wird und dass in der zweiten Verbindunganordnung der Paral- lelverbindungsschalter (P1 +) geschlossen wird, wenn ein bei der ersten Spannung (U12) bereitgestellter Strom (l_12) kleiner ist als ein erster unterer Grenzstrom (l_12_lim_minus) oder wenn der bei der ersten Spannung (U12) bereitgestellte Strom (l_12) größer ist als ein erster oberer Grenzstrom (l_12_lim_plus) oder wenn die erste Spannung (U12) kleiner ist als ein erster Minimalspannungsgrenzwert (U12_lim_min) oder wenn ein bei der ersten Spannung (U12) betriebener elektrischer Verbraucher (9) einen erhöhten Bedarf für den Strom (l_12) voranmeldet.

4. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Anschlusspunkt (4) der Zweispannungsbatterie (1 ) der Strom (l_12) und/oder die Spannung (U12) gemessen werden und dass in der zweiten Verbindunganordnung der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geöffnet wird, wenn der bei der ersten Spannung (U12) bereitgestellte Strom (l_12) größer ist als der erste untere Grenzstrom (l_12_lim_minus) und kleiner ist als der erste obere Grenzstrom (l_12_lim_plus) und wenn die erste Spannung (U12) größer ist als der erste Minimalspannungsgrenzwert (U12_lim_min) und wenn kein bei der ersten Spannung (U12) betriebener elektrischer Verbraucher (9) einen erhöhten Bedarf für den Strom (l_12) voranmeldet.

5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der zweiten Spannung (U48) zugeordneten zweiten An- Schlusspunkt (5) der Zweispannungsbatterie (1 ) eine Strom- und/oder Spannungsmessung durchgeführt wird und dass in der zweiten Verbindunganordnung der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geschlossen wird, wenn ein bei der zweiten Spannung (U48) bereitgestellter Strom (l_48) kleiner ist als ein zweiter oberer Grenzstrom (l_48_lim_plus) und größer ist als ein zweiter unterer Grenzstrom (l_48_lim_minus) und wenn die zweite Spannung (U48) kleiner ist als ein zweiter Maximalspannungsgrenzwert (U48_lim_max) und größer ist als ein zweiter Minimalspannungsgrenzwert (U48_lim_min) und wenn kein bei der zweiten Spannung (U48) betriebener elektrischer Verbraucher (10) einen erhöhten Bedarf für den Strom (l_48) voranmeldet.

6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Anschlusspunkt (5) der Zweispannungsbatterie (1 ) der Strom (l_48) und/oder die Spannung (U48) gemessen werden und dass in der zweiten Verbindunganordnung der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geöffnet wird, wenn der bei der zweiten Spannung (U48) bereitgestellter Strom (l_48) größer ist als der zweiter oberer Grenzstrom (l_48_lim_plus) oder wenn der bei der zweiten Spannung (U48) bereitgestellter Strom (l_48) kleiner ist als der zweite unterer Grenzstrom (l_48_lim_minus) oder wenn die zweite Spannung (U48) größer ist als der zweiter Maximalspannungsgrenzwert (U48_lim_max) oder wenn die zweite Spannung (U48) kleiner ist als der zweiter Minimalspannungsgrenzwert (U48_lim_min) oder wenn ein bei der zweiten Spannung (U48) betriebener elektrischer Verbraucher (10) einen erhöhten Bedarf für den Strom (l_48) voranmeldet.

7. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Verbindungsanordnung der Zweispannungsbatterie (1 ) der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geschlossen wird, wenn das Fahrzeug hält oder eine Energierückgewinnung in einem moderaten Maß durchgeführt wird.

8. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass bei einem Kaltstart des Fahrzeugs und/oder beim Parken des Fahrzeugs die Zweispannungsbatterie (1 ) in die erste Verbindungsanordnung verbracht wird und der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geschlossen wird.

Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Verbindungsanordnung der Zweispannungsbatterie (1 ) der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geöffnet wird, wenn das Fahrzeug stark beschleunigt wird oder eine starke Energierückgewinnung durchgeführt wird oder das Fahrzeug im Fahrzustand des aktiven Segels betrieben wird.

Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Verbindungsanordnung der Zweispannungsbatterie (1 ) der Parallelverbindungsschalter (P1 +) geöffnet wird, wenn das Fahrzeug elektromotorisch angetrieben wird.

Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verbindungsanordnung der Zweispannungsbatterie (1 ) ein Ladezustand der verschiedenen Batteriezellblöcke (A1 , A2, A3, C, D) durch das bedarfsgerechte Öffnen und/oder Schließen des Parallelver- bindungsschalters (P1 +) ausgeglichen wird.

Description:
Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie eines Fahrzeugs umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellblöcken und umfassend eine Batterieelektronik mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltelementen zum wahlweisen parallelen und/oder seriellen Verbinden einzelner jedenfalls einzelner Batteriezellblöcke, wobei ein erster Batteriezellblock und wenigstens ein weiterer Batteriezellblock einer Gruppe von Batteriezellblöcken in einer ersten Verbindungsanordnung parallel geschaltet werden zum Bereitstellen einer ersten Spannung und in einer zweiten Verbindungsanordnung seriell verbunden werden zum Bereitstellen einer zweiten Spannung, wobei dem ersten Batteriezellblock der Gruppe von Batteriezellblöcken ein Pa- rallelverbindungsschalter und ein Serienverbindungsschalter zugeordnet ist zum Herstellen der parallelen und/oder seriellen Verbindung und wobei in der ersten Verbindungsanordnung und in der zweiten Verbindungsanordnung wenigstens ein dritter Batteriezellblock zu der Gruppe von Batteriezellblöcken parallel verschaltbar ist.

Eine zur Durchführung des gattungsgemäßen Betriebsverfahrens ausgebildete Zweispannungsbatterie ist aus der DE 10 2013 1 13 182 A1 bekannt. Es ist hierbei vorgesehen, eine erste Gruppe von Batteriezellenblöcken und eine zweite Gruppe von Batteriezellblöcken parallel anzuordnen. Es können dann eine erste Spannung oder eine größere zweite Spannung bereitgestellt werden, indem die Batteriezellblöcke gruppenintern in einer ersten Verbindungsanordnung parallel verschaltet sind und in der zweiten Verbindungsanordnung seriell verbunden werden. Zur Realisierung der Umschal- tung sind den Batteriezellblöcken Leistungsschaltelemente zugeordnet. Diese können zum Beispiel bidirektionale Halbleiterschalter oder Relais sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Betriebsverfahren für eine Zweispannungsbatterie anzugeben, welches eine verbesserte Nutzung einer Speicherkapazität der Zweispannungsbatterie erlaubt.

Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Verbindungsanordnung, in der durch Schließen des Serienverbindungsschalters des ersten Batteriezellblocks ebendieser seriell verschaltet ist mit dem wenigstens einen weiteren Batteriezellblock der Gruppe von Batteriezellblöcken, der Parallel- verbindungsschalter des ersten Batteriezellblocks in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Fahrzeugs in eine Schließstellung oder in eine Öffnungsstellung gebracht wird, wobei in der Schließstellung der erste Batteriezellblock der Gruppe von Batteriezellblöcken parallel verschaltet ist zu dem wenigstens einen dritten Batteriezellblock.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jedenfalls der erste Batteriezellblock der Gruppe von Batteriezellblöcken in der zweiten Verbindungsanordnung die Kapazität der zur Bereitstellung der ersten Spannung vorgesehenen dritten Batteriezellblöcke erweitern und die Energieversorgung bei der ersten Spannung stabilisieren kann. Der erste Batteriezellblock wird hierzu durch das Schließen des Parallelver- bindungsschalters zu den dritten Batteriezellblöcken parallel verschaltet und befindet sich gleichzeitig in einer seriellen Verschaltung mit den weiteren Batteriezellblöcken der Gruppe von Batteriezellblöcken. Neben der Verbesserung der Kapazität wird zudem der Stromdurchsatz durch die die erste Spannung bereitstellende Batteriezellblöcke reduziert und der elektrische Gesamtwiderstand der Serienanordnung herabgesetzt. Es verbessert sich insofern ein Potenzial für die Energierückgewinnung, da eine Stromaufnahmefähigkeit bei der zweiten Spannung verbessert wird. Ebenfalls reduziert sich bei der Energierückgewinnung der Stromdurchsatz durch den ersten Batteriezellblock, da ein Rückgewinnungsstrom anteilig und unmittelbar über den wenigstens einen dritten Batteriezellblock fließt. Insgesamt erhöht sich hierdurch die Lebensdauer der Batteriezellblöcke.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verbringung des Parallelverbindungsschalters des ersten Batteriezellblocks in die Schließstellung und/oder in die Öffnungsstellung abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder einem Batteriezustand und/oder einem Lastzustand. Der Fahrzustand, der Batteriezustand und/oder der Lastzustand sind insofern Betriebszustände im Sinne der Erfindung beziehungsweise des Patentanspruchs 1 . Ein fahrzustandsabhängiges Schließen oder Öffnen des Parallelverbindungsschalters erfolgt beispielsweise beim Beschleunigen, Halten, Parken, aktiven Segeln oder im Zustand der Energierückgewinnung. Ein aktives Segeln liegt hierbei vor, wenn bei einem Hybridfahrzeug während der Fahrt ein Verbrennungsmotor ausgeschaltet wird und die Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines elektrischen Antriebs konstant gehalten wird. Im Zustand der Energierückgewinnung wird insbesondere Bremsenergie des Fahrzeugs über einen Generator in elektrische Energie gewandelt und in die Zweispannungsbatterie eingespeist. Zu unterscheiden ist hierbei eine Energierückgewinnung in einem moderaten Maß - diese liegt vor, wenn der bei der Energierückgewinnung entstehende Strom weder die erste noch die zweite Spannung kritisch erhöht - sowie eine starke Energierückgewinnung. Sie liegt vor, wenn der bei der Energierückgewinnung entstehende Strom zu einer kritischen Erhöhung der ersten Spannung führen kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird an einem ersten Anschlusspunkt der Zweispannungsbatterie, an dem die erste Spannung anliegt, eine Strom- und/oder Spannungsmessung durchgeführt. Der Parallelverbindungsschalter wird in der zweiten Verbindungsanordnung geschlossen, wenn ein bei der ersten Spannung bereitgestellter Strom kleiner ist als ein erster unterer Grenzstrom oder größer ist als ein erster oberer Grenzstrom oder wenn die erste Spannung kleiner ist als ein erster Minimal- spannungswert oder wenn ein bei der ersten Spannung betriebener elektrischer Verbraucher einen erhöhten Bedarf für den Strom voranmeldet. Vorteilhaft gelingt es hierdurch, den ersten Batteriezellblock sowohl zur Bereitstellung der zweiten Spannung vorzusehen als auch durch die Parallelschaltung desselben mit dem wenigstens einen dritten Batteriezellblock die Versorgung bei der ersten Spannung zu stützen beziehungsweise zu stabilisieren. Insbesondere in Situationen, in denen elektrische Verbraucher, welche an der ersten Spannung betrieben werden, einen erhöhten Energiebedarf haben, kann so einem kritischen Betriebszustand vorgebeugt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden der erste Strom und die erste Spannung an dem ersten Anschlusspunkt gemessen und in der zweiten Verbindungsanordnung der Parallelverbindungsschalter geöffnet, wenn der bei der ersten Spannung bereitgestellte Strom größer ist als der erste untere Grenzstrom und kleiner ist als der erste obere Grenzstrom und wenn die erste Spannung größer ist als der erste Mini- malspannungsgrenzwert und wenn kein bei der ersten Spannung betriebener elektrischer Verbraucher einen erhöhten Strombedarf anmeldet. Vorteilhaft wird hierdurch bedarfsgerecht und in Abhängigkeit vom Batteriezustand beziehungsweise vom Lastzustand beziehungsweise vom Betriebszustand des Fahrzeugs eine weitere Stabilisierung der elektrischen Energieversorgung erreicht.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden an einem der zweiten Spannung zugeordneten zweiten Anschlusspunkt der Zweispannungsbatterie der Strom und die Spannung gemessen. In der zweiten Verbindungsanordnung wird der Parallelverbin- dungsschalter geschlossen, wenn ein bei der zweiten Spannung bereitgestellter Strom kleiner ist als ein zweiter oberer Grenzstrom und größer ist als ein zweiter unterer Grenzstrom und wenn die zweite Spannung kleiner ist als ein zweiter Maximalspan- nungsgrenzwert und größer ist als ein zweiter Minimalspannungsgrenzwert und wenn kein bei der zweiten Spannung betriebener elektrischer Verbraucher einen erhöhten Bedarf für den Strom voranmeldet. Vorteilhaft kann in der vorliegenden Weise insbesondere eine Versorgung der elektrischen Verbraucher bei der zweiten Spannung zuverlässig erfolgen. Insofern ist der Parallelverbindungsschalter dann geschlossen, wenn zuvor definierte Grenzwerte für den Lade- beziehungsweise Entladestrom der Zweispannungsbatterie nicht überschritten werden beziehungsweise keine unzulässig großen beziehungsweise kleinen Spannungen detektiert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Parallelverbindungsschalter in der zweiten Verbindungsanordnung geöffnet, wenn der bei der zweiten Spannung bereitgestellte Strom größer ist als der zweiter oberer Grenzstrom oder wenn der bei der zweiten Spannung bereitgestellte Strom kleiner ist als der zweite untere Grenzstrom oder wenn die zweite Spannung größer ist als ein zweiter Maximalspannungsgrenz- wert oder wenn die zweite Spannung kleiner ist als ein zweiter Minimalspannungsgrenzwert oder wenn ein bei der zweiten Spannung betriebener elektrischer Verbraucher einen erhöhten Bedarf für den Strom voranmeldet. Vorteilhaft wird durch den Algorithmus zum Öffnen des Parallelverbindungsschalters sichergestellt, dass bei einer starken aktuellen oder bevorstehenden Belastung der Zweispannungsbatterie an der zweiten Spannung die Auswirkungen für die bei der ersten Spannung betriebenen elektrischen Verbraucher reduziert wird, indem die Parallelanordnung des ersten Batteriezellblocks aufgehoben wird. Die zweite Spannung wird dann durch den ersten Batteriezellblock und den wenigstens einen weiteren Batteriezellblock bereitgestellt, während die erste Spannung über den wenigstens einen dritten Batteriezellblock bereitgestellt wird. Wechselwirkungen in der Energieversorgung wird insofern entgegengewirkt.

Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie für ein Fahrzeug,

Fig. 2 ein erstes Zustandsdiagramm für die Zweispannungsbatterie nach Fig. 1 ,

Fig. 3 ein zweites Zustandsdiagramm für die Zweispannungsbatterie nach Fig. 1 ,

Fig. 4 ein drittes Zustandsdiagramm für die Zweispannungsbatterie nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein viertes Zustandsdiagramm für die Zweispannungsbatterie nach Fig. 1 .

Eine Zweispannungsbatterie 1 nach Fig. 1 umfasst insgesamt acht Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, C, D. Von den insgesamt acht Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, C, D bilden ein erster Batteriezellblock A1 und zwei weitere Batteriezellblöcke A2, A3 eine erste Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3. Zu der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3 sind zwei dritte Batteriezellblöcke C, D sowie eine in dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1 verdeckt dargestellte zweite Gruppe 3 mit drei weiteren Batteriezellblöcken parallel verschaltet.

Den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, C, D sind als Leistungsschaltelemente Parallel- verbindungsschalter ΡΟ+, P1 +, P2+, P3+, P2-, P3- und Serienverbindungsschalter S1 , S2, S3 zugeordnet. Diese können insbesondere als bidirektionale Halbleiterschalter oder Relais ausgeführt sein. Die Zuordnung der Leistungsschaltelemete P0+, P1 +, P2+, P3+, P2-, P3-, S1 , S2, S3 zu den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, C, D erfolgt so, dass in einer ersten Verbindungsanordnung der erste Batteriezellblock A1 und die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 der ersten Gruppe 2 und der zweiten Gruppe 3 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3 parallel zu den dritten Batteriezellblöcken C, D verschaltet sind. In der ersten Verbindungsanordnung ist an einem ersten Anschlusspunkt 4 der Zweispannungsbatterie 1 eine erste Spannung bereitgestellt. In einer zweiten Verbindungsanordnung sind der erste Batteriezellblock A1 und die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3 und der zweiten Gruppe 3 von Batteriezellblöcken zueinander in Reihe verschaltet. In der zweiten Verbindungsanordnung wird an einem zweiten Anschlusspunkt 5 der Zweispannungsbatterie 1 eine höhere zweite Spannung bereitgestellt. Optional kann in der zweiten Verbindungsanordnung zusätzlich die erste Spannung an dem ersten Anschlusspunkt 4 bereitgestellt werden.

Der Zweispannungsbatterie 1 ist ein Starter-Generator 6 zugeordnet. Der Starter- Generator 6 kann wahlweise über ein erstes Leistungsschaltelement 7 bei der zweiten Spannung und/oder ein zweites Leistungsschaltelement 8 bei der ersten Spannung verbunden werden. Der Starter-Generator 6 kann von der Zweispannungsbatterie 1 betrieben oder im generatorischen Betrieb genutzt werden, um Bremsenergie in elektrische Energie zu wandeln und in die Zweispannungsbatterie 1 zu speisen.

An dem ersten Anschlusspunkt 4 der Zweispannungsbatterie 1 ist wenigstens ein erster elektrischer Verbraucher 9 angeschlossen, welcher bei der ersten Spannung be- trieben wird. An dem zweiten Anschlusspunkt 5 der Zweispannungsbatterie 1 kann in analoger Weise wenigstens ein zweiter elektrischer Verbraucher 10 angeschlossen werden, der bei der zweiten Spannung betrieben wird. Optional können zur messtechnischen Erfassung der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung und eines für den wenigstens einen ersten elektrischen Verbraucher 9 bereitgestellten Stroms und/oder eines für den wenigstens einen zweiten elektrischen Verbraucher 10 bereitgestellten elektrischen Stroms Mittel zur Durchführung einer Strom- und Spannungsmessung an dem ersten Anschlusspunkt 4 und/oder an dem zweiten Anschlusspunkt 5 vorgesehen sein. Die entsprechenden Messmittel sind in der Prinzipskizze nach Fig. 1 nicht dargestellt.

Um eine Kapazität, welche von der Zweispannungsbatterie 1 bereitgestellt wird, im Betrieb optimal zu nutzen, ist erfindungsgemäß eine intelligente Betätigung des dem ersten Batteriezellblocks A1 zugeordneten Parallelverbindungsschalters P1 + vorgesehen. Es ist hierbei so, dass in der zweiten Verbindungsanordnung, in der die zu der ersten Gruppe 2 zusammengefassten Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 seriell verbunden sind und die zweite Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 5 bereitgestellt wird, der Parallelverbindungsschalter P1 + des ersten Batteriezellblocks A1 betriebszu- standsabhängig geöffnet oder geschlossen werden kann. Als Betriebszustand kommt hierbei insbesondere ein Fahrzustand des Fahrzeugs, ein Batteriezustand der Zweispannungsbatterie 1 oder ein Lastzustand eines den ersten elektrischen Verbraucher 9 und den zweiten elektrischen Verbraucher 10 aufweisenden Bordnetzes des Fahrzeugs infrage.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für die Zweispannungsbatterie 1 exemplarisch erläutert anhand von vier Zustandsdiagrammen. Es ist dabei angenommen, dass 12V als erste Spannung und 48V als zweite Spannung von der Zweispannungsbatterie 1 bereitgestellt werden.

Fig. 2 zeigt ein erstes Zustandsdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für die Zweispannungsbatterie 1 . Es ist hierbei so, dass der Parallelverbindungsschalter P1 + des ersten Batteriezellblocks A1 in einer Parallelkonfiguration (erste Ver- bindungsanordnung) der Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 üblicherweise geschlossen ist. In einer Seriellkonfiguration (zweite Verbindungsanordnung) der Zweispannungsbatterie 1 wird demgegenüber betriebszustandsabhängig der Parallelverbindungsschalter P1 + wahlweise geöffnet oder geschlossen. Insbesondere wird der Parallelverbindungsschalter P1 + geschlossen, wenn ein bei der zweiten Spannung U48 bereitgestellter Strom l_48 kleiner ist als ein zweiter oberer Grenzstrom l_48_lim_plus und größer ist als ein erster unterer Grenzstrom l_48_lim_minus und wenn die zweite Spannung U48 kleiner ist als ein zweiter IVIaximalspannungswert U48_lim_max und größer ist als ein zweiter Minimalspannungswert U48_lim_min und wenn kein bei der zweiten Spannung U48 betriebener elektrischer Verbraucher 10 einen höheren Bedarf für den Strom l_48 voranmeldet. Der Parallelverbindungsschalter P1 + wird demgegenüber geöffnet, wenn der bei der zweiten Spannung U48 bereitgestellte Strom l_48 größer ist als der zweite obere Grenzstrom l_48_lim_plus oder wenn der bei der zweiten Spannung U48 bereitgestellte Strom l_48 kleiner ist als der zweite untere Grenzstrom l_48_lim_minus oder wenn die zweite Spannung U48 größer ist als der zweite IVIaximalspannungswert U48_lim_max oder wenn die zweite Spannung U48 kleiner ist als der zweite Minimalspannungsgrenzwert U48_lim_min oder wenn der wenigstens eine bei der zweiten Spannung U48 betriebene elektrische Verbraucher 10 einen höheren Bedarf für den Strom l_48 voranmeldet. Es sind insofern Spannungs- und Stromgrenzwerte l_48_lim_plus, l_48_lim_minus, U48_lim_max, U48_lim_min definiert und es können mittels der dem zweiten Anschlusspunkt 5 zugeordneten Messmittel ein Lade- oder Entladestrom für Zweispannungsbatterie 1 sowie die Größe der zweiten Spannung U48 ermittelt werden. Der Parallelverbindungsschalter P1 + für den ersten Batteriezellblock A1 wird insofern deaktiviert beziehungsweise geöffnet, wenn die Grenzwerte für den Strom und auf die die Spannung verletzt werden und zusätzlich, wenn intelligente Verbraucher 10 in dem 48V-Bordnetz der Zweispannungsbatterie 1 rechtzeitig vor einer großen Stromentnahme dies per Kommunikation mitteilen. Somit kann die Zweispannungsbatterie 1 bereits im Vorfeld der großen Stromentnahme die Bordnetze entkoppeln, falls ansonsten die definierten Grenzwerte über- beziehungsweise unterschritten werden beziehungsweise dies anzunehmen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also das 12V-Bordnetz in kritischen Betriebssituationen des 48V-Bordnetzes von ebendiesen getrennt und stabilisiert werden. Eine weitere Stabilisierung für das 12V-Bordnetz ergibt sich gemäß dem Zustandsdia- gramm nach Fig. 3, wenn in der seriellen Konfiguration der Parallelverbindungsschalter P1 + geschlossen wird, sofern ein bei der ersten Spannung U12 bereitgestellter Strom l_12 kleiner ist als ein erster unterer Grenzstrom l_12_lim_minus oder wenn der bei der ersten Spannung U12 bereitgestellte Strom l_12 größer ist als ein erster Obergrenzstrom l_12_lim_plus oder wenn die erste Spannung U12 kleiner ist als ein erster Minimalspannungsgrenzwert U12_lim_min oder wenn ein bei der ersten Spannung U12 betriebener elektrischer Verbraucher 9 einen höheren Bedarf für den Strom l_12 voranmeldet. Demgegenüber wird der Parallelverbindungsschalter P1 + geöffnet, wenn der bei der ersten Spannung U12 betriebene elektrischer Strom l_12 größer ist als der erste untere Grenzstrom l_12_lim_minus und kleiner ist als der erste obere Grenzstrom l_12_lim_plus und wenn die erste Spannung U12 größer ist als der erste Minimalspannungsgrenzwert U12_lim_min und wenn kein bei der ersten Spannung U12 betriebener elektrische Verbraucher 9 einen höheren Bedarf für den Strom l_12 voranmeldet. Erfindungsgemäß gelingt es insofern, die Kapazität für das 12V- Bordnetz bedarfsgerecht anzupassen und insbesondere zu erhöhen. Sicherheitskritische Verbraucher 9 im 12V-Bordnetz können insofern zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt und kritische Fahrzustände vermieden werden.

In der seriellen Konfiguration (zweite Verbindungsanordnung) der Zweispannungsbatterie 1 kann für besondere Fahrzustände überdies eine Betätigung des Parallelverbin- dungsschalters P1 + vorgesehen werden. Beispielsweise wird der Parallelverbindungsschalter P1 + zur Entkoppelung der Bordnetze geöffnet, wenn das Fahrzeug stark beschleunigt, aktiv segelt oder eine Energierückgewinnung in einem hohen Maße vorliegt. Während einer normalen Fahrt, während des Parkens oder bei einer normalen Energierückgewinnung wird demgegenüber der Parallelverbindungsschalter P1 + für den ersten Batteriezellblock A1 geschlossen.

Fig. 5 zeigt ein Zustandsdiagramm für die erste Verbindungsanordnung (parallele Konfiguration) der Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, C, D. Es ist hier so, dass ein unterschiedlich hoher Ladezustand für die Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, C, D ausgeglichen werden kann, indem der Parallelverbindungsschalter P1 + bedarfsgerecht geöffnet o- der geschlossen wird. Beispielsweise kann der erste Batteriezellblock A1 der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3 einen niedrigen Ladungszustand aufweisen als die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 der Gruppen 2 von Batteriezellblöcken A2, A3, da sie bei geschlossenen Parallelverbindungsschalter P1 + in der seriellen Konfiguration im Zustand der Energierückgewinnung nicht so stark aufgeladen werden wie die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3. Andererseits können die ersten Batteriezellblöcke A1 einen höheren Ladezustand aufweisen als die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, da bei geschlossenen Parallelverbindungsschalter P1 + und einer starker Belastung im 48V-Bordnetz etwa beim Beschleunigen der Blockstrom durch die weiteren Batteriezellblöcke A2, A3 besonders hoch ist. Um Ladungsunterschiede zwischen den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, C, D auszugleichen, können der Parallelverbindungsschalter P1 + und gegebenenfalls weitere Parallelverbindungsschalter P0+, P2+, P3+ während einer Energieentnahme in der ersten Verbindungsanordnung (Parallelkonfiguration) geöffnet werden, sodass eine ausgeglichene Ladungsbilanz für die verschiedenen Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, C, D hergestellt wird. Beispielsweise wird der Parallelverbindungsschalter P1 + für den ersten Batteriezellblock A1 in der Parallelkonfiguration geöffnet, wenn eine Energierückgewinnungssituation vorliegt und der Ladezustand für den ersten Batteriezellblock A1 kleiner ist als ein durchschnittlicher Ladezustand der Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblock A1 , A2, A3. Analog wird der Parallelverbindungsschalter P1 + geschlossen, wenn der Ladezustand für den Batteriezellblock A1 größer ist als ein durchschnittlicher Ladezustand in der ersten Gruppe 2 von Batteriezellblöcken A1 , A2, A3 oder eine Energierückgewinnungssituation nicht vorliegt.

Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Bezugszeichenliste

1 Zweispannungsbatterie

2 Gruppe von Batteriezellblöcken

3 Gruppe von Batteriezellblöcken

4 Anschlusspunkt

5 Anschlusspunkt

6 Starter-Generator

7 Leistungsschaltelement

8 Leistungsschaltelement

9 elektrischer Verbraucher

10 elektrischer Verbraucher

A1 Batteriezellblock

A2 Batteriezellblock

A3 Batteriezellblock

C Batteriezellblock

D Batteriezellblock

l_12 erster Strom

l_12_lim_plus erster oberer Grenzstrom

l_12_lim_minus erster unterer Grenzstrom

l_48 zweiter Strom

l_48_lim_plus zweiter oberer Grenzstrom

l_48_lim_minus zweiter unterer Grenzstrom

P0+ Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

P1 + Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

P2+ Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

P2- Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

P3+ Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

P3- Parallelverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

51 Serienverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

52 Serienverbindungsschalter (Leistungsschaltelement)

53 Serienverbindungsschalter (Leistungsschaltelement) erste Spannung

erster Minimalspannungsgrenzwert zweite Spannung

zweiter Maximalspannungsgrenzwert zweiter Minimalspannungsgrenzwert




 
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