Beschreibung

Die Erfindung eine Zweispannungsbatterie für ein Fahrzeug umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, wobei jeweils eine Gruppe von Batteriezellen zu einem Batteriezellblock verbunden ist, und umfassend eine Batterieelektronik mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltelementen zum seriellen und/oder parallelen Verbinden jedenfalls einzelner Batteriezellblöcke, wobei in einer ersten Verbindungsanordnung der Batteriezellblöcke eine erste Spannung und wobei in einer zweiten Verbindungsanordnung der Batteriezellblöcke eine zweite Spannung bereitgestellt ist.

Eine gattungsgemäße Zweispannungsbatterie ist aus der DE 10 2013 1 13 182 A1 bekannt. Die bekannte Zweispannungsbatterie ist so aufgebaut, dass in einem Zwei- spannungsbordnetz mittels der Batterie eine erste Gruppe von elektrischen Verbrauchern bei einer ersten, von der Zweispannungsbatterie zur Verfügung gestellten Spannung betrieben werden kann und dass eine zweite Gruppe von elektrischen Verbrauchern bei einer zweiten, ebenfalls von der Zweispannungsbatterie zur Verfügung gestellten Spannung betrieben werden kann. Beispielsweise dient die Zweispannungsbatterie der Energieversorgung für ein 12 V-Bordnetz und für ein 48 V-Bordnetz des Fahrzeugs. Die zwei Spannungen können in einer Zweispannungsbatterie insbesondere gleichzeitig über verschiedene Anschlusspunkte zur Verfügung gestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zweispannungsbatterie mit möglichst geringem Aufwand elektrisch redundant so auszuführen, dass ein Ausfall einzelner Batteriezellblöcke nicht zu einem kritischen Betriebszustand des Fahrzeugs führt und insbesondere sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher von der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie redundant versorgt werden können.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Batteriezellblock als Teil einer ersten Spannungsversorgungseinheit und wenigstens ein zweiter Batteriezellblock als Teil einer zweiten Spannungsversorgungseinheit, und wenigstens zwei dritte Batteriezellblöcke als Teil einer dritten Spannungsversorgungseinheit und wenigstens zwei vierte Batteriezellblöcke als Teil einer vierten Spannungsversorgungseinheit vorgesehen sind, wobei die erste Spannungsversorgungseinheit und die dritte Spannungsversorgungseinheit ein erstes Subenergiemodul und die zweite Spannungsversorgungseinheit und die vierte Spannungsversorgungseinheit ein zweites Subenergiemodul bilden und wobei die Spannungsversorgungseinheiten so verschaltet sind, dass von dem ersten Subenergiemodul und/oder von dem zweiten Subenergiemodul an einem ersten Anschlusspunkt und an einem zweiten Anschlusspunkt der Zweispannungsbatterie die erste Spannung bereitgestellt wird und dass von dem ersten Subenergiemodul und von dem zweiten Subenergiemodul an einem dritten Anschlusspunkt und an einem vierten Anschlusspunkt der Zweispannungsbatterie die zweite Spannung bereitgestellt wird.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass von der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie die zwei Spannungen gleichzeitig und redundant zur Verfügung gestellt werden. Die redundante Bereitstellung ermöglicht es, eine hohe Versorgungssicherheit für die Bordnetze des Fahrzeugs zu bewirken und sicherheitskritischen Fahrzuständen entgegenzuwirken, welche beispielsweise durch den Ausfall von elektrischen Verbrauchern auftreten können. Die Redundanz wird erreicht, indem die Batteriezellblöcke der Zweispannungsbatterie intern zwei Subenergiemodule bilden, von denen jeweils die erste Spannung und die zweite Spannung bereitgestellt werden können mit der Folge, dass die elektrischen Verbraucher in einem kritischen Betriebszustand wahlweise von einem der zwei Subenergiemodule versorgt werden können. Ein Defekt in einem der zwei Subenergiemodule führt demzufolge nicht zu einem Ausfall kritischer elektrischer Verbraucher.

Innerhalb der zwei Subenergiemodule sind erfindungsgemäß je zwei Spannungsversorgungseinheiten vorgesehen, welche die erste Spannung und/oder die zweite Spannung bereitstellen. Die Spannungen stehen jeweils an getrennten Anschlusspunkten der Zweispannungsbatterie zur Verfügung, wobei zwei Anschlusspunkte für die erste Spannung und zwei weitere Anschlusspunkte für die zweite Spannung vorgesehen sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste Subener- giemodul und das zweite Subenergiemodul über eine erste Leitung und eine zweite Leitung verbunden. Der ersten Leitung ist ein erster Modultrennschalter und der zweiten Leitung ein zweiter Modultrennschalter zugeordnet, wobei über den ersten Modultrennschalter die zur Bereitstellung der ersten Spannung vorgesehene erste Span- nungsversorgungseinheit mit der zur Bereitstellung der ersten Spannung vorgesehenen zweiten Spannungsversorgungseinheit zusammenwirken und über den zweiten Modultrennschalter die zur Bereitstellung der zweiten Spannung vorgesehene dritte Spannungsversorgungseinheit und die ebenfalls zur Bereitstellung der zweiten Spannung vorgesehene vierte Spannungsversorgungseinheit gekoppelt sind. Jeder Modultrennschalter kann erfindungsgemäß in eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung verbracht werden, wobei in einem Normalbetriebszustand der erste Modultrennschalter und der zweite Modultrennschalter geschlossen sind zum Verbinden der Subenergiemodule und wobei in einem Notbetriebszustand der Zweispannungsbatterie, der vorliegt, wenn in einem Teilbereich des Bordnetzes ein Fehler auftritt oder eine Spannungsversorgungseinheit der Zweispannungsbatterie ausfällt, wenigstens ein Modultrennschalter geöffnet ist zum Trennen der defekten Spannungsversorgungseinheit. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Modultrennschalter die Konfiguration der Zweispannungsbatterie aktiv geändert und die Versorgung der elektrischen Verbraucher wahlweise über das erste Subenergiemodul oder das zweite Subenergiemodul oder beide Subenergiemodule realisiert werden.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auf den ersten Modultrennschalter und/oder auf den zweiten Modultrennschalter verzichtet werden. Die erste und die zweite Spannungsversorgungseinheit einerseits und/oder die dritte und die vierte Spannungsversorgungseinheit andererseits sind dann dauerhaft verbunden. Es vereinfacht sich hierdurch der Aufbau der Zweispannungsbatterie und die Kosten sinken. Optional kann der Aufbau der Zweispannungsbatterie weiter vereinfacht werden, indem die Massepunkte der beiden Subenergiemodule zusammengefasst werden, indem für die vier Spannungsversorgungseinheiten ein gemeinsamer erster Anschlusspunkt bereitgestellt wird für die erste Spannung und/oder indem für die dritte Spannungsversorgungseinheit und die vierte Spannungsversorgungseinheit ein gemeinsamer Anschlusspunkt für die zweite Spannung vorgesehen wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die erste Spannungsversorgungseinheit und die zweite Spannungsversorgungseinheit genau je einen Batteriezellblock. Beispielsweise wird durch den einen Batteriezellblock der ersten Spannungsversorgungseinheit und durch den einen Batteriezellblock der zweiten Spannungsversorgungseinheit eine erste Spannung von 12 V zur Verfügung gestellt für ein 12 V- Bordnetz des Fahrzeugs. Es werden insofern bei 12 V betriebene Verbraucher im Bordnetz des Fahrzeugs über die erste Spannungsversorgungseinheit und/oder die zweite Spannungsversorgungseinheit mit Energie versorgt. Vorteilhaft ist die Realisierung der ersten Spannungsversorgungseinheit und der zweiten Spannungsversorgungseinheit mit einem einzigen Batteriezellblock konstruktiv sehr einfach und kostengünstig. Überdies ist der Bauraumbedarf für den einen Batteriezellblock vergleichsweise gering mit der Folge, dass eine Integration in dem typischerweise begrenzten Bauraum des Fahrzeugs vergleichsweise einfach möglich ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die dritte Spannungsversorgungseinheit und die vierte Spannungsversorgungseinheit drei oder mehr Batteriezellblöcke, welche mit Hilfe der Leistungsschaltelemente wahlweise parallel oder in Reihe verschaltet werden. Mittels der dritten Spannungsversorgungseinheit und der vierten Spannungsversorgungseinheit wird dann beispielsweise nominell eine 48 V Spannung als zweite Spannung bereitgestellt, wenn die erste Spannungsversorgungseinheit und/oder die zweite Spannungsversorgungseinheit nominell die 12 V Spannung bereitstellen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind alle Batteriezellblöcke der Zweispannungsbatterie baugleich ausgeführt. Vorteilhaft ist die konstruktive Gestaltung der Zweispannungsbatterie in der redundanten Ausführung nach der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn baugleiche Batteriezellblöcke für alle Spannungsversor- gungseinheiten verwendet werden. Die Verwendung von Gleichteilen etwa im Bereich der Leistungsschaltelemente reduziert überdies die Kosten für die Zweispannungsbatterie weiter.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind für das erste Subenergiemodul und für das zweite Subenergiemodul der Zweispannungsbatterie getrennte Gehäuse vorgesehen. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen getrennter Gehäuse für die Subener- giemodule die Zweispannungsbatterie im Fahrzeug verteilt angeordnet werden. Es ergibt sich hierdurch eine erhöhte Sicherheit beispielsweise bei Unfällen, bei denen das Fahrzeug entweder im Front- oder im Heckbereich beschädigt wird. Die Verbindung der Subenergiemodule erfolgt hierüber insbesondere über die erste Leitung mit dem ersten Modultrennschalter und die zweite Leitung mit dem zweiten Modultrennschalter, wobei die Modultrennschalter bevorzugt außerhalb der Gehäuse der Subenergiemodule angeordnet sind. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass an dem Gehäuse des ersten Subenergiemoduls der erste Anschlusspunkt für die erste Spannung und der dritte Anschlusspunkt für die zweite Spannung realisiert sind und dass an dem Gehäuse des zweiten Subenergiemoduls der zweite Anschlusspunkt für die erste Spannung und der vierte Anschlusspunkt für die zweite Spannung realisiert sind.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ein gemeinsames Gehäuse für die Subenergiemodule der Zweispannungsbatterie vorgesehen sein. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Gehäuses kann die Zweispannungsbatterie sehr kompakt aufgebaut werden und einfach zu handhaben sein. Die Modultrennschalter können innerhalb und außerhalb des Gehäuses vorgesehen werden oder es kann auf die Modultrennschalter verzichtet werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind für die Subenergiemodule getrennte Massepunkte vorgesehen. Vorteilhaft verbessert sich die Versorgungssicherheit durch das Vorsehen getrennter Massepunkte für die Subenergiemodule weiter. 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 zeigt:

Fig. 1 eine erste Konfiguration einer erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit einem ersten Subenergiemodul und einem zweiten Subenergiemodul sowie einem gemeinsamen Gehäuse für die zwei Subenergiemodule,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung für die Anordnung der Zweispannungsbatterie nach

Fig. 1 in einem Fahrzeug,

Fig. 3 eine zweite Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie, wobei die Subenergiemodule hierbei in getrennten Gehäusen angeordnet sind,

Fig. 4 eine dritte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit Sicherungstrennschaltern,

Fig. 5 eine vierte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie,

Fig. 6 eine fünfte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie, bei der die zwei Subenergiemodule dauerhaft verbunden sind,

Fig. 7 eine sechste Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit einem in modifizierter Form angeschlossenen Starter-Generator, Fig. 8 eine siebte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit gemeinsamen Anschlusspunkten für die zwei Subenergiemodule,

Fig. 9 eine achte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit vier gleichen Spannungsversorgungseinheiten und

Fig. 10 eine neunte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie mit einem DC/DC-Wandler.

Eine erfindungsgemäße Zweispannungsbatterie 1 nach Fig. 1 umfasst ein erstes Subenergiemodul 2 sowie ein zweites Subenergiemodul 3 mit jeweils vier Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, B1 , B2, B3, C, D. Es sind hierbei ein erster Batteriezellblock C als Teil einer ersten Spannungsversorgungseinheit 4 und ein zweiter Batteriezellblock D als Teil einer zweiten Spannungsversorgungseinheit 5 vorgesehen. Weiter sind drei dritte Batteriezellblöcke B1 , B2, B3 als Teil einer dritten Spannungsversorgungseinheit 6 sowie drei vierte Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 als Teil einer vierten Spannungsversorgungseinheit 7 angeordnet. Die erste Spannungsversorgungseinheit 4 sowie die dritte Spannungsversorgungseinheit 6 mit den Batteriezellblöcken B1 , B2, B3, C sind Teil des ersten Subenergiemoduls 2 und die zweite Spannungsversorgungseinheit 5 sowie die vierte Spannungsversorgungseinheit 7 mit den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, D Teil des zweiten Subenergiemoduls 3.

Jeweils ist dem ersten Batteriezellblock C und dem zweiten Batteriezellblock D ein Leistungsschaltelement P1 + zugeordnet zum parallelen Verbinden des Batteriezellblocks C, D. Ferner sind den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, B1 , B2, B3 der dritten Spannungsversorgungseinheit 6 und der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 weitere Leistungsschaltelemente P1 +, P1 -, P2+, P2-, P3+, P3-, S1 , S2, S3 zugeordnet, welche ausgebildet und angeordnet sind zum parallelen Verbinden der dritten Batteriezellblöcke B1 , B2, B3 und/oder der vierten Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 in einer ersten Verbindungsanordnung derselben beziehungsweise zum seriellen Verbinden der dritten Batteriezellblöcke B1 , B2, B3 und/oder der vierten Batteriezellblöcke A1 , A2, A3 in einer zweiten Verbindungsanordnung. Das erste Subenergiemodul 2 der Zweispannungsbatterie 1 mit der ersten Span- nungsversorgungseinheit 4 und der dritten Spannungsversorgungseinheit 6 ist über eine erste Leitung 8 sowie eine zweite Leitung 9 mit dem zweiten Subenergiemodul 3 verbunden. Der ersten Leitung 8 ist ein erster Modultrennschalter 10 und der zweiten Leitung 9 ein zweiter Modultrennschalter 1 1 zugeordnet. Ferner sieht das erste Subenergiemodul 2 einen ersten Anschlusspunkt 12 sowie das zweite Subenergiemodul 3 einen zweiten Anschlusspunkt 13 vor, über den jeweils die erste Spannung bereitgestellt ist. Weiter sieht das erste Subenergiemodul 2 einen dritten Anschlusspunkt 14 und das zweite Subenergiemodul 3 einen vierten Anschlusspunkt 15 vor. Über den dritten Anschlusspunkt 14 und den vierten Anschlusspunkt 15 wird die zweite Spannung bereitgestellt.

Über den ersten Anschlusspunkt 12 der Zweispannungsbatterie ist eine Gruppe von ersten elektrischen Verbrauchern 16 und über den zweiten Anschlusspunkt 13 eine Gruppe von zweiten elektrischen Verbrauchern 17 angeschlossen. Jeweils werden die ersten elektrischen Verbraucher 1 6 und die zweiten elektrischen Verbraucher 17 bei der ersten Spannung betrieben. In analoger Weise ist über den dritten Anschlusspunkt 14 eine Gruppe von dritten elektrischen Verbrauchern 18 und über den vierten Anschlusspunkt 15 eine Gruppe von vierten elektrischen Verbrauchern 19 angeschlossen, welche bei der zweiten Spannung betrieben werden.

Die Subenergiemodule 2, 3 der Zweispannungsbatterie 1 verfügen in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung über getrennte Massepunkte 20, 21 . Es ist hierbei dem ersten Subenergiemodul 2 mit der ersten Spannungsversorgungseinheit 4 und der dritten Spannungsversorgungseinheit 6 ein erster Massepunkt 20 und dem zweiten Subenergiemodul 3 mit der zweiten Spannungsversorgungseinheit 5 und der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 ein zweiter Massepunkt 21 zugeordnet, welche zueinander beabstandet an einem Gehäuse 24 vorgesehen sind.

Der Zweispannungsbatterie 1 ist des Weiteren beispielhaft ein Starter-Generator 22 zugeordnet, der wahlweise von der Zweispannungsbatterie 1 an der zweiten Span- nung und/oder der ersten Spannung mit Energie versorgt wird oder im generatorischen Betrieb elektrische Energie bei der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung in die Zweispannungsbatterie 1 lädt. Beispielsweise ist der Starter- Generator 22 ausgebildet für die Energierückgewinnung beim Bremsen des Fahrzeugs oder in anderen Schubphasen eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.

Der Starter-Generator 22 kann zum Betrieb an der ersten Spannung über einen ersten Generatorschalter 31 verbunden werden. In analoger Weise kann der Starter- Generator 22 über einen zweiten Generatorschalter 32 verbunden und an der zweiten Spannung der Zweispannungsbatterie 1 betrieben werden.

Erfindungsgemäß ist die Zweispannungsbatterie 1 in Bezug auf die zwei Bordnetzspannungen vollständig redundant ausgeführt. Die diversen elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 können entweder von dem ersten Subenergiemodul 2 oder von dem zweiten Subenergiemodul 3 oder von beiden Subenergiemodulen 2, 3 gemeinsam mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ergibt sich hierdurch eine hohe Versorgungssicherheit für die elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 und es ist insbesondere sichergestellt, dass sicherheitskritische elektrische Verbraucher auch dann mit elektrischer Energie versorgt werden, wenn einzelne Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, B1 , B2, B3, C, D der Zweispannungsbatterie 1 ausfallen.

Beispielsweise kann durch einen Defekt des erstens Batteriezellblocks C die Versorgung der ersten elektrischen Verbraucher 1 6 und der zweiten elektrischen Verbraucher 17 durch das erste Subenergiemodul 2 beziehungsweise die erste Spannungs- versorgungseinheit 4 unterbrochen sein. In diesem Fall kann der erste Modultrennschalter 10 in Kombination mit dem Leistungsschaltelement P1 + des ersten Batteriezellblocks C so verschaltet werden, dass die ersten elektrischen Verbraucher 1 6 und die zweiten elektrischen Verbraucher 17 von dem zweiten Batteriezellblock D des zweiten Subenergiemoduls 3 mit Energie versorgt werden. In ähnlicher Weise kann bei einem Defekt der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 die Versorgung der dritten elektrischen Verbraucher 18 beziehungsweise der vierten elektrischen Verbraucher 19 über das erste Subenergiemodul 2 und dort durch die dritte Spannungsver- sorgungseinheit 6 realisiert werden. Es wird hierzu die Verbindung zu der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 unterbrochen und der zweite Modultrennschalter 1 1 so geschaltet, dass die vierten elektrischen Verbraucher 19 über das erste Subenergiemodul 2 bei der zweiten Spannung mit elektrischer Energie versorgt werden.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Integration der Zweispannungsbatterie 1 nach Fig. 1 in ein Fahrzeug 23. Die Zweispannungsbatterie 1 weist hier das gemeinsame Gehäuse 24 auf. An dem Gehäuse 24 sind die vier Anschlusspunkte 12, 13, 14, 15 der Zweispannungsbatterie 1 sowie der erste Massepunkt 20 und der zweite Massepunkt 21 vorgesehen. Die diversen elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19, welche verteilt in dem Fahrzeug 23 angeordnet sind, werden redundant von der Zweispannungsbatterie 1 mit elektrischer Energie betrieben.

Während die Zweispannungsbatterie 1 nach den Fig. 1 und 2 ein gemeinsames Gehäuse 24 für das erste Subenergiemodul 2 und das zweite Subenergiemodul 3 vorsieht, ist die Zweispannungsbatterie 1 in einer zweiten Konfiguration nach Fig. 3 modifiziert so gestaltet, dass ein erstes Gehäuse 25 für das erste Subenergiemodul 2 und ein zweites Gehäuse 26 für das zweite Subenergiemodul 3 vorgesehen ist. Zwischen den Gehäusen 25, 26 sind die erste Leitung 8 und die zweite Leitung 9 mit den Modultrennschaltern 10, 1 1 vorgesehen. Die erste Leitung 8 und die zweite Leitung 9 sowie die Modultrennschalter 10, 1 1 sind demzufolge außerhalb der Gehäuse 25, 26 der Zweispannungsbatterie 1 vorgesehen. Der weitere Aufbau der Zweispannungsbatterie 1 ist analog wie dargestellt realisiert.

Durch die Anordnung der Subenergiemodule 2, 3 in getrennten Gehäusen 25, 26 kann die redundante Energieversorgung für das Fahrzeug 23 weiter verbessert werden. Beispielsweise können die beiden Subenergiemodule 2, 3 mit den Gehäusen 25, 26 verteilt im Fahrzeug 23 angeordnet werden. Das erste Subenergiemodul 2 mit dem ersten Gehäuse 25 kann beispielsweise im Bereich eines Motorraums vorgesehen werden, wohingegen das zweite Subenergiemodul 3 mit dem zweiten Gehäuse 26 im Bereich einer Hinterachse des Fahrzeugs 23 angeordnet werden kann. Es ergibt sich hierdurch ein verbesserter Schutz vor einer Beschädigung und einem Totalausfall der Zweispannungsbatterie 1 etwa bei einem Unfall. Hier wird das Fahrzeug typischerweise nicht gleichzeitig im Bereich der Fahrzeugfront und in dem Heckbereich beschädigt, sodass stets eine elektrische Versorgung der diversen elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 bei der ersten Spannung und bei der zweiten Spannung aufrechterhalten werden kann. Sicherheitskritische Funktionen, beispielsweise die Betätigung elektrischer Türschlösser, können hier auch im Falle eines Unfalls zur Verfügung gestellt werden.

Nach einer dritten Konfiguration der Zweispannungsbatterie 1 gemäß Fig. 4 sind zur Absicherung gegen einen Fehler, insbesondere einen Kurzschluss, an einem der elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 vorgesehen. Die Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 sind zwischen den Anschlusspunkten 12, 13, 14, 15 der Zweispannungsbatterie 1 und den Subenergiemodulen 2, 3 angeordnet. In einer Schließstellung der Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 sind die elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 mit den Subenergiemodulen 2, 3 verbunden und werden bei der ersten Spannung beziehungsweise bei der zweiten Spannung mit elektrischer Energie versorgt. In einer Öffnungsstellung der Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 werden die von dem Fehler betroffenen elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 beziehungsweise das an dem Anschlusspunkt 12, 13, 14, 15 angeschlossenen Teilbordnetz des Fahrzeugs von der Energieversorgung getrennt. Der Fehler in dem betroffenen Teilbordnetz wird insofern isoliert und die redundante Energieversorgung für alle anderen Teile des Bordnetzes bleibt erhalten. Ein Rückwirken des Fehlers in dem Teilbordnetz auf die Zweispannungsbatterie 1 kann ebenfalls verhindert werden mit der Folge, dass sich die Versorgungssicherheit für das Fahrzeug weiter verbessert.

Das Vorsehen der Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 für alle Anschlusspunkte 12, 13, 14, 15 ist in der vorstehend beschriebenen Konfiguration allein exemplarisch gewählt. Es kann alternativ vorgesehen sein, lediglich für einen einzelnen Anschlusspunkt 12, 13, 14, 15 oder eine Gruppe von Anschlusspunkten 12, 13, 14, 15 beziehungsweise die an diesen Anschlusspunkten 12, 13, 14, 15 angeschlossenen Teilbordnetze einen Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 vorzusehen, während andere Anschlusspunkte ohne Sicherungstrennschalter realisiert werden. Die Möglichkeit zur Isolation eines Fehlers besteht dann für alle Teilbordnetze mit zugeordneten Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30.

Nach einer vierten Konfiguration gemäß Fig. 5 weist die Zweispannungsbatterie 1 funktional integrierte Batteriezellblöcke E1 , F1 auf, welche zugleich der ersten und der dritten Spannungsversorgungseinheit 4, 6 (Batteriezellblock F1 ) oder der zweiten und der vierten Spannungsversorgungseinheit 5, 7 (Batterieblock E1 ) zugeordnet sind. Über die funktional integrierten Batteriezellblöcke E1 , F1 ist bei geschlossenen Leistungsschaltelement P1 + an dem ersten Anschlusspunkt 12 beziehungsweise an dem zweiten Anschlusspunkt 13 die erste Spannung bereitgestellt. Zugleich dienen die funktional integrierten Batteriezellblöcke E1 , F1 zusammen mit den weiteren Batteriezellblöcken E2, E3, F2, F3 der dritten Spannungsversorgungseinheit 6 und der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 in der seriellen Konfiguration der Batteriezellblöcke E1 , E2, E3, F1 , F2, F3 zum Bereitstellen der zweiten Spannung an dem dritten Anschlusspunkt 14 beziehungsweise dem vierten Anschlusspunkt 15. Ansonsten ist die vierte Konfiguration der Zweispannungsbatterie 1 zu der Zweispannungsbatterie 1 gemäß der ersten Konfiguration analog aufgebaut. Es ist beispielsweise ein gemeinsames Gehäuse 24 vorgesehen und auf Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 verzichtet.

Vorteilhaft ist die Zweispannungsbatterie in der vierten Konfiguration kostengünstig zu realisieren, Zudem ist sie durch ein geringes Volumen und eine geringe Komplexität gekennzeichnet, da jedes Subenergiemodul 2, 3, im dargestellten Fall nur drei Batteriezellblöcke E1 , E2, E3, F1 , F2, F3 aufweist. Im Fehlerfall ist die Redundanz bei der Energieversorgung gleichwohl gewährleistet, da selbst beim Ausfall von einem der beiden funktional integrierten Batteriezellblöcken E1 , F1 alle elektrischen Verbraucher 1 6, 17, 18, 19 weiter mit Energie versorgt werden können.

Die Idee der funktional integrierten Batteriezellblöcke E1 , F1 ist nicht auf die dargestellte Konfiguration der Zweispannungsbatterie 1 begrenzt. Es ist beispielsweise möglich, die Sicherungstrennschalter 27, 28, 29, 30 vorzusehen beziehungsweise getrennte Gehäuse 25, 26 für die Subenergiemodule 2, 3 zu realisieren.

Beispielsweise kann anstelle des Starter-Generators 22 oder optional zusätzlich ein DC-DC-Wandler vorhanden sein, welcher zwischen den zwei Spannungen der Zweispannungsbatterie vorgesehen ist und einen Austausch von Energie erlaubt.

Nach einer fünften, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Zweispannungsbatterie 1 die zwei Subenergiemodule 2, 3 auf. Analog zur Ausführungsvariante nach der Fig. 1 weist das erste Subenergiemodul 2 die erste Spannungsversorgungseinheit 4 und die dritte Spannungsversorgungseinheit 6 auf. Analog sieht das zweite Subenergiemodul 3 die zweite Spannungsversorgungseinheit 5 und die vierte Spannungsversorgungseinheit 7 auf. Die Subenergiemodule 2, 3 sind nach der fünften Ausführungsform der Erfindung jedoch dauerhaft über die erste Leitung 8 und die zweite Leitung 9 der Zweispannungsbatterie 1 miteinander verbunden. Es ist insofern auf die zwischen den Subenergiemodulen 2, 3 optional vorgesehenen Modultrennschalter 10, 1 1 verzichtet.

Durch die dauerhafte Verbindung der Subenergiemodule 2, 3 reduziert sich die Komplexität der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie 1 . Zugleich können die Kosten gesenkt werden. Sofern es während des Betriebs zu einem Fehlerfall in den Batteriezellblöcken C, D der ersten beziehungsweise zweiten Spannungsversorgungseinheit 4, 5 kommt, kann durch die zugeordneten Leistungsschaltelemente P1 + der Batteriezellblöcke C, D eine gezielte Abschaltung der Batteriezellblöcke C, D bewirkt werden. In analoger Weise können bei einem Fehler in den Batteriezellblöcken A1 , A2, A3, B1 , B2, B3 der dritten Spannungsversorgungseinheit 6 und/oder der vierten Spannungsversorgungseinheit 7 an der ersten Spannung die Leistungsschaltelemente P1 +, P2+, P3+ beziehungsweise an der zweiten Spannung das jeweilige Leistungsschaltelement S3 geöffnet werden.

Fig. 7 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie 1 . Der Starter-Generator 22 ist hier allein der zweiten Spannung zugeordnet. Die Batteriezellblöcke A1 , A2, A3, B1 , B2, B3, C, D werden also in der seriellen Konfiguration der Leistungsschaltelemente P1 +, P1 -, P2+, P2-, P3+, P3-, S1 , S2, S3 (zweite Verbindungsanordnung) vom Starter-Generator 22 geladen. Da der Starter- Generator 22 nicht wahlweise bei der ersten Spannung oder bei der zweiten Spannung betrieben wird, kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Generatorschalter 31 , 32 verzichtet werden.

Nach einer Ausführungsvariante der in Fig. 7 dargestellten Konfiguration der Zweispannungsbatterie 1 kann der Starter-Generator 22 allein an der ersten Spannung betrieben werden.

Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie 1 ergibt sich, indem für die erste Spannung ein einziger gemeinsamer Anschlusspunkt 12 bereitgestellt wird, vergleiche Fig. 8. In analoger Weise wird ein einziger gemeinsamer Anschlusspunkt 14 für die zweite Spannung und ein gemeinsamer Massepunkt 20 für das erste Subenergiemodul 2 und das zweite Subenergiemodul 3 bereitgestellt. Die elektrischen Verbraucher 1 6, 17 werden insofern über den gemeinsamen Anschlusspunkt 12 bei der ersten Spannung und die elektrischen Verbraucher 18, 19 über den gemeinsamen Anschlusspunkt 14 bei der zweiten Spannung betrieben.

Selbstverständlich kann nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass nur die Anschlusspunkte für die erste Spannung und/oder die Anschlusspunkte für die zweite Spannung und/oder die Massepunkte der Zweispannungsbatterie zusammengelegt werden. Es kann insofern beispielsweise ein gemeinsamer Anschlusspunkt 12 für die erste Spannung und ein gemeinsamer Anschlusspunkt 14 für die zweite Spannung bereitgestellt sein, während die Massepunkte 20, 21 für die Subenergiemodule 2, 3 getrennt vorgesehen werden. In analoger Weise kann beispielsweise ein gemeinsamer Anschlusspunkt 14 für die zweite Spannung vorgesehen werden, während getrennte Anschlusspunkte 12, 13 für die erste Spannung realisiert sind. Nach einer achten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 9 weisen die Subener- giemodule 2, 3 der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie 1 stets zwei baugleiche Spannungsversorgungseinheiten 4, 5, 6, 7 mit jeweils zwei Batteriezellblöcken A1 , A2, B1 , B2, C1 , C2, D1 , D2 auf. Jeweils können die Batteriezellblöcke A1 , A2, B1 , B2, C1 , C2, D1 , D2 der Spannungsversorgungseinheiten 4, 5, 6, 7 durch eine entsprechende Konfiguration der Leistungsschaltelemente P1 +, P1 -, P2+, P2-, S1 , S2, S3 in eine parallele beziehungsweise serielle Konfiguration verbracht werden und an den gemeinsamen Anschlusspunkten 12, 14 der Subenergiemodule 2, 3 die erste Spannung und/oder die zweite Spannung bereitstellen.

Fig. 10 zeigt eine neunte Konfiguration der erfindungsgemäßen Zweispannungsbatterie 1 , welche einen DC/DC-Wandler 33 vorsieht. Durch den DC/DC-Wandler ist es möglich, Energie aus dem bei der ersten Spannung betriebenen Bordnetz in das bei der zweiten Spannung betriebene Bordnetz zu verbringen beziehungsweise andersherum. Es kann insofern durch den DC/DC-Wandler 33 eine gewisse Grundlast, welche im Fahrzeug beispielsweise zum Betrieb eines Motorsteuergeräts ständig bereitgestellt werden muss, direkt aus der Zweispannungsbatterie 1 versorgt werden. Der DC/DC-Wandler 33 kann hierbei sehr klein, das heißt leistungsschwach konfiguriert und damit kostengünstig realisiert werden. Zudem reduziert sich die Belastung der Batteriezellblöcke E1 , E2, E3, F1 , F2, F3, sodass die Alterung derselben verlangsamt wird und es zu einer geringeren Wärmeentwicklung kommt.

Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Bezugszeichenliste

1 Zweispannungsbatterie

2 erstes Subenergiemodul

3 zweites Subenergiemodul

4 erste Spannungsversorgungseinheit

5 zweite Spannungsversorgungseinheit

6 dritte Spannungsversorgungseinheit

7 vierte Spannungsversorgungseinheit

8 erste Leitung

9 zweite Leitung

10 Modultrennschalter

1 1 Modultrennschalter

12 erster Anschlusspunkt

13 zweiter Anschlusspunkt

14 dritter Anschlusspunkt

15 vierter Anschlusspunkt

1 6 elektrischer Verbraucher

17 elektrischer Verbraucher

18 elektrischer Verbraucher

19 elektrischer Verbraucher

20 Massepunkt

21 Massepunkt

22 Starter-Generator

23 Fahrzeug

24 Gehäuse

25 Gehäuse

26 Gehäuse

27 Sicherungstrennschalter

28 Sicherungstrennschalter

29 Sicherungstrennschalter

30 Sicherungstrennschalter 31 Generatorschalter

32 Generatorschalter

33 DC/DC-Wandler

A1 Batteriezellblock

A2 Batteriezellblock

A3 Batteriezellblock

B1 Batteriezellblock

B2 Batteriezellblock

B3 Batteriezellblock

C Batteriezellblock

C1 Batteriezellblock

C2 Batteriezellblock

D Batteriezellblock

D1 Batteriezellblock

D2 Batteriezellblock

E1 Batteriezellblock

E2 Batteriezellblock

E3 Batteriezellblock

F1 Batteriezellblock

F2 Batteriezellblock

F3 Batteriezellblock

P1 + Leistungsschaltelement

P1 - Leistungsschaltelement

P2+ Leistungsschaltelement

P2- Leistungsschaltelement

P3+ Leistungsschaltelement

P3- Leistungsschaltelement

S1 Leistungsschaltelement

S2 Leistungsschaltelement

S3 Leistungsschaltelement