DE102014004655A1

DE102014004655A1 - Circuit arrangement for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102014004655A1
Application number: DE201410004655
Authority: DE
Inventors: Sascha Schulte
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-03-29
Filing date: 2014-03-29
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Schaltungsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Batteriestrang (2) zur Bereitstellung von elektrischer Energie, welcher eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) zwischen zwei Anschlusspunkten (3) aufweist, mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Überbrückungsleitung (4, 5), welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang (2) elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten (3) des Batteriestrangs (2) koppelbar sind und mit einer Steuervorrichtung, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) anzusteuern, wobei in dem Batteriestrang (2) an Kontaktstellen (6a, ...6e) zwischen den einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung (7a, ...7e) elektrisch mit dem Batteriestrang (2) verbunden ist, und durch die Koppelvorrichtung (7a, ...7e) die jeweilige Kontaktstelle (6a, ...6e) mit der ersten Überbrückungsleitung (4) koppelbar ist, um Schaltungsverluste zu verringern.Circuit arrangement (1) for a motor vehicle, with a battery string (2) for providing electrical energy, which has a series connection of individual battery cells (2a, ... 2f) between two connection points (3), with a first and a second electrical bridging line (4, 5), which each have two coupling devices (4a, 4b, 5a, 5b), via which they can be electrically coupled to the two connection points (3) of the battery string (2) in parallel to the battery string (2) and to a Control device which is designed to control the coupling devices (4a, 4b, 5a, 5b), wherein in the battery string (2) at contact points (6a, ... 6e) between the individual battery cells (2a, ... 2f) in each case at least a coupling device (7a, ... 7e) that can be switched by the control device is electrically connected to the battery string (2), and the respective contact point (6a, ... 6e) with the first one through the coupling device (7a, ... 7e) Bridging kungsleitung (4) can be coupled to reduce circuit losses.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen eine Batterie auf, welche eine Serienschaltung vieler einzelner Batteriezellen umfassen kann. Die durch die Serienschaltung zur Verfügung gestellte Spannung ist jedoch nicht für alle Verbraucher gleichermaßen geeignet. Daher kann zum Anpassen der Spannung an einen jeweiligen Verbraucher zwischen Batterie und Verbraucher ein Spannungswandler zwischengeschaltet sein. Es kann auch ein Wechselrichter vorhanden sein, welcher die zur Verfügung gestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umformt.Motor vehicles, in particular electric vehicles or hybrid vehicles, have a battery, which may comprise a series connection of many individual battery cells. However, the voltage provided by the series connection voltage is not suitable for all consumers equally. Therefore, a voltage converter can be interposed between the battery and the consumer to adapt the voltage to a respective consumer. There may also be an inverter which converts the DC voltage provided into an AC voltage.

Die WO 2013/124079 A1 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, wobei die einzelnen Energiespeichermodule in die Serienschaltung eingefügt oder überbrückt werden können.The WO 2013/124079 A1 discloses a method for driving an energy storage device having a plurality of series-connected energy storage modules, wherein the individual energy storage modules can be inserted or bypassed in the series circuit.

Auch die US 2011/0044082 A1 beschreibt einen Spannungskonverter mit einer Vielzahl an Batteriezellen, bei der einzelne Batteriezellen in eine Anordnung ein oder ausgekoppelt werden können.Also the US 2011/0044082 A1 describes a voltage converter with a plurality of battery cells, in which individual battery cells can be coupled into or out of an array.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche unterschiedliche Spannungen bereitstellen kann und dabei möglichst geringe Schaltungsverluste aufkommen lässt.It is the object of the present invention to provide a circuit arrangement which can provide different voltages and thereby minimize the possible circuit losses.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by a circuit arrangement according to the patent claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug verfügt über einen Batteriestrang zur Bereitstellung von elektrischer Energie, welcher eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen zwischen zwei Anschlusspunkten aufweist, über eine erste und eine zweite elektrische Überbrückungsleitung, welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten des Batteriestrangs koppelbar sind, und über eine Steuervorrichtung, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen anzusteuern. Um möglichst geringe Schaltungsverluste aufkommen zu lassen, ist in dem Batteriestrang an Kontaktstellen zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung elektrisch mit dem Batteriestrang verbunden, und durch die Koppelvorrichtung die jeweilige Kontaktstelle mit der ersten Überbrückungsleitung koppelbar. Insbesondere sind die Koppelvorrichtungen zwischen allen direkt miteinander elektrisch gekoppelten Batteriezellen vorhanden. Bei den Koppelvorrichtungen kann es sich dabei um handelsübliche Schaltelemente handeln. Das hat den Vorteil, dass sich die zwischen den Überbrückungsleitungen anliegende Spannung frei als ein Vielfaches der Spannungen der jeweiligen Batteriezellen einstellen lässt und gleichzeitig der Strom immer nur durch zwei Koppelvorrichtungen fließt. Es treten somit nur sehr geringe Schaltungsverluste auf.A circuit arrangement according to the invention for a motor vehicle has a battery string for the provision of electrical energy, which has a series connection of individual battery cells between two connection points, via a first and a second electrical bridging line, which each have two coupling devices, via which they each parallel to the battery string electrically coupled to the two connection points of the battery string, and a control device which is designed to control the coupling devices. In order to minimize the possible circuit losses, in the battery string at contact points between the individual battery cells at least one switchable by the control device coupling device is electrically connected to the battery string, and coupled by the coupling device, the respective contact point with the first bypass line. In particular, the coupling devices are present between all directly electrically coupled to each other battery cells. The coupling devices may be commercially available switching elements. This has the advantage that the voltage applied between the bridging lines can be freely set as a multiple of the voltages of the respective battery cells and at the same time the current always flows only through two coupling devices. There are thus only very low circuit losses.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, über ein Schließen je einer der Koppelvorrichtungen der zweiten Überbrückungsleitung und je einer der Koppelvorrichtungen des Batteriestrangs oder der ersten Überbrückungsleitung eine jeweilige, insbesondere jeweils verschiedene, Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen bereitzustellen. Das hat den Vorteil, dass so nicht nur eine vorbestimmte Spannung, welche ein Vielfaches der an den einzelnen Batteriezellen jeweils anliegenden Spannung ist, bereitgestellt werden kann, sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche vorgegebene Spannungen zwischen den beiden Überbrückungsleitungen abgegriffen werden können.In an advantageous embodiment, it is provided that the control device is designed to provide a respective, in particular different, voltage between the two bypass lines by closing one of the coupling devices of the second bypass line and one each of the coupling devices of the battery string or the first bypass line. This has the advantage that not only a predetermined voltage, which is a multiple of the voltage applied to the individual battery cells voltage, can be provided, but at different times different predetermined voltages between the two bypass lines can be tapped.

Hier ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die jeweiligen Koppelvorrichtungen zeitlich variierend derart zu Schließen und zu Öffnen, dass die resultierende Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen einen gestuften sinusförmigen Verlauf aufweist. Das hat den Vorteil, dass auch die Funktion des eingangs erwähnten Wechselrichters von der Schaltungsanordnung übernommen werden kann. Dieser kann also eingespart werden.In this case, provision is made in particular for the control device to be designed to close and open the respective coupling devices in a time-varying manner so that the resulting voltage between the two bridging lines has a stepped sinusoidal profile. This has the advantage that the function of the inverter mentioned above can be taken over by the circuit arrangement. This can therefore be saved.

Es kann hier auch vorgesehen sein, mehrere, insbesondere drei, der Schaltungsanordnungen miteinander zu koppeln, indem jeweils eine Überbrückungsleitung der jeweiligen Schaltungsanordnungen mit jeweils einer Überbrückungsleitung der anderen Schaltungsanordnungen elektrisch gekoppelt wird. Die mehreren, insbesondere drei, gekoppelten Überbrückungsleitungen bilden dann elektrisch eine Nicht-Phase und die verbliebenen nicht gekoppelten Überbrückungsleitungen jeweils eine Phase. Dabei sind die jeweiligen Steuervorrichtungen dann ausgelegt, die Schaltungsanordnungen so zu steuern, dass zwischen den Phasen und der Nicht-Phase eine Mehrphasen-, insbesondere eine Dreiphasen-, Wechselspannung anliegt.It can also be provided here to couple several, in particular three, of the circuit arrangements with each other, in that in each case a bridging line of the respective circuit arrangements is electrically coupled to one bridging line of the other circuit arrangements. The plurality, in particular three, coupled bridging lines then electrically form a non-phase and the remaining non-coupled bridging lines each form a phase. In this case, the respective control devices are then designed to control the circuit arrangements such that a multiphase, in particular a three-phase, alternating voltage is present between the phases and the non-phase.

in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Batteriestrang an den Kontaktstellen zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils auch ein zweite durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung elektrisch mit dem Batteriestrang verbunden ist und durch die zweite Koppelvorrichtung die jeweilige Kontaktstelle mit der zweiten Überbrückungsleitung koppelbar ist. Die zusätzlichen zweiten Koppelvorrichtungen bringen den Vorteil, dass eine vorbestimmte Spannung, welche zwischen den beiden Überbrückungsleitungen anliegen soll, zu unterschiedlichen Zeiten von unterschiedlichen Batteriezellen erbracht werden kann. Es kann also ein Lastenausgleich zwischen den Batteriezellen erfolgen, so dass der Verschleiß und die Entladung gleichmäßig auf die Batteriezellen des Batteriestrangs verteilt werden kann. Weiterhin können zur Schonung der Batteriezellen diese so auch ganz oder teilweise parallel geschaltet werden.In a particularly advantageous embodiment it is provided that in the battery string at the contact points between the individual Battery cells in each case a second switchable by the control device coupling device is electrically connected to the battery string and by the second coupling device, the respective contact point with the second bypass line can be coupled. The additional second coupling devices have the advantage that a predetermined voltage, which is to rest between the two bridging lines, can be provided at different times by different battery cells. It can therefore be a load balance between the battery cells, so that the wear and the discharge can be evenly distributed to the battery cells of the battery string. Furthermore, to protect the battery cells they can also be switched in whole or in part in parallel.

Insbesondere ist hier vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, eine vorbestimmte Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen zu verschiedenen Zeitpunkten über ein Schließen verschiedener Kombinationen von je zwei verschiedenen der unterschiedlichen Koppelvorrichtungen bereitzustellen, wobei je eine zweite Koppelvorrichtung des Batteriestrangs oder eine Koppelvorrichtung der zweiten Überbrückungsleitung zusammen mit je einer ersten Koppelvorrichtung des Batteriestrangs oder einer Koppelvorrichtung der ersten Überbrückungsleitung geschlossen wird, so dass zumindest ein teilweise Lastausgleich zwischen den Batteriezellen erreicht ist. Das hat den Vorteil, dass vor allem bei Betrieb der Schaltungsanordnung als Wechselrichter, also wenn die Schaltungsanordnung eine gestufte sinusförmige Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen bereitstellt, automatisch ein ungleichmäßiger Verschleiß der einzelnen Batteriezellen verhindert wird und somit vorzeitige Wartungs- oder Ersatzarbeiten entfallen.In particular, it is provided here that the control device is designed to provide a predetermined voltage between the two bypass lines at different times by closing different combinations of two different of the different coupling devices, wherein each a second coupling device of the battery string or a coupling device of the second bypass line together with each a first coupling device of the battery string or a coupling device of the first bypass line is closed, so that at least a partial load balance between the battery cells is reached. This has the advantage that, especially when operating the circuit arrangement as an inverter, that is, when the circuit arrangement provides a stepped sinusoidal voltage between the two bypass lines, automatically uneven wear of the individual battery cells is prevented and thus eliminates premature maintenance or replacement work.

Die beiden Anschlusspunkte des Batteriestrangs können auch als eingenständige Kontaktstellen zu einem Bordnetz vorgesehen sein, und dabei insbesondere über zumindest eine weitere Koppelvorrichtung verfügen. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von der Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen noch eine Gleichspannung abgegriffen werden kann.The two connection points of the battery string can also be provided as independent contact points to a vehicle electrical system, and in particular have at least one further coupling device. This has the advantage that, regardless of the voltage between the two bypass lines still a DC voltage can be tapped.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Figuren.Further features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine beispielhafte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; 1 an exemplary first embodiment of a circuit arrangement according to the invention;

2 eine beispielhafte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem ersten Schaltzustand; und 2 an exemplary second embodiment of a circuit arrangement according to the invention in a first switching state; and

3 die beispielhafte zweite Ausführungsform von 2 in einem zweiten Schaltzustand. 3 the exemplary second embodiment of 2 in a second switching state.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.The same or functionally identical elements are provided in the different figures with identical reference numerals.

In 1 ist ein Schaltplan einer beispielhaften Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 weist hier sechs in Serie geschaltete Batteriezellen 2a bis 2f auf, die einen Batteriestrang 2 bilden, wobei zwischen den einzelnen in Serie geschalteten Batteriezellen 2a bis 2f jeweils eine Kontaktstelle 6a bis 6e vorhanden ist. Der Batteriestrang 2 hat an seinen Enden überdies zwei Anschlusspunkte 3. Im gezeigten Beispiel verfügen diese Anschlusspunkte 3 über Anschlüsse 9, über welche eine Gleichspannung abgegriffen werden kann. Die Anzahl der einzelnen Batteriezellen 2a bis 2f ist grundsätzlich variabel und nicht auf sechs beschränkt. Eine erste Überbrückungsleitung 4 ist hier über zwei Koppelvorrichtungen 4a, 4b mit den beiden Anschlusspunkten 3 des Batteriestrangs 2 koppelbar. Auch eine zweite Überbrückungsleitung 5 ist über zwei Koppelvorrichtungen 5a, 5b mit den beiden Anschlusspunkten 3 des Batteriestrangs 2 koppelbar. Die beiden Überbrückungsleitungen 4, 5 sind somit parallel zum Batteriestrang 2 geschaltet. Beide Überbrückungsleitungen 4, 5 verfügen im gezeigten Beispiel jeweils über einen Anschluss 10, an welchem eine Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen 4, 5 abgegriffen werden kann. Weiterhin liegen im gezeigten Beispiel 5 Koppelvorrichtungen 7a bis 7e vor, mit welchen die jeweiligen Kontaktstellen 6a bis 6e, welche zwischen den Batteriezellen 2a bis 2f des Batteriestrangs 2 angeordnet sind, mit der ersten Überbrückungsleitung 4 gekoppelt werden können. Sämtliche Koppelvorrichtungen 4a, 4b, 5a, 5, 7a bis 7e sind hier über eine nicht gezeigte Steuervorrichtung steuerbar. Im gezeigten Beispiel verfügen die einzelnen Batteriezellen 2a bis 2f über eine jeweils identische Basisspannung.In 1 a circuit diagram of an exemplary embodiment of a circuit arrangement is shown. The circuit arrangement 1 here has six series-connected battery cells 2a to 2f on that a battery string 2 form, being between each series-connected battery cells 2a to 2f one contact point each 6a to 6e is available. The battery string 2 also has two connection points at its ends 3 , In the example shown, these have connection points 3 over connections 9 , via which a DC voltage can be tapped. The number of individual battery cells 2a to 2f is basically variable and not limited to six. A first bridging line 4 here is about two coupling devices 4a . 4b with the two connection points 3 of the battery string 2 coupled. Also a second bypass line 5 is via two coupling devices 5a . 5b with the two connection points 3 of the battery string 2 coupled. The two bridging lines 4 . 5 are thus parallel to the battery string 2 connected. Both bypass lines 4 . 5 each have a connection in the example shown 10 at which a voltage between the two bypass lines 4 . 5 can be tapped. Furthermore, in the example shown 5 coupling devices 7a to 7e before, with which the respective contact points 6a to 6e which is between the battery cells 2a to 2f of the battery string 2 are arranged, with the first bypass line 4 can be coupled. All coupling devices 4a . 4b . 5a . 5 . 7a to 7e are controllable here via a control device, not shown. In the example shown, the individual battery cells 2a to 2f via a respective identical base voltage.

Über ein Schließen einer der Koppelvorrichtungen 5a, 5b zwischen Batteriestrang 2 und der zweiten Überbrückungsleitung 5 sowie einer der Koppelvorrichtungen 4a, 4b zwischen der ersten Überbrückungsleitung 4 und den Anschlusspunkten 3 oder einer der Koppelvorrichtungen 7a bis 7e des Batteriestrangs 2 mit der ersten Überbrückungsleitung 4 kann so zwischen den Anschlüssen 10 der Überbrückungsleitungen 4, 5 eine Spannung bereitgestellt werden. Im vorliegenden Fall kann diese Spannung das ein- bis sechsfache der von den einzelnen Batteriezellen 2a bis 2f bereitgestellten Basisspannung betragen. Ein Schließen der Koppelvorrichtung 5a an der zweiten Überbrückungsleitung und der Koppelvorrichtung 7a an der ersten Batteriezelle 2a würde beispielsweise eine Spannung, welche der Basisspannung entspricht, zwischen den Anschlüssen 10 zur Verfügung stellen. Wird ein anderer Spannungsbetrag benötigt, wird die Steuervorrichtung beispielsweise die Koppelvorrichtung 7a öffnen und stattdessen die Koppelvorrichtung 7c an der dritten Batteriezelle 2c schließen, so dass die dreifache Basisspannung abgegriffen werden kann. Sollte nun beispielsweise eine Spannung mit einem anderen Vorzeichen angelegt werden, so kann die Steuervorrichtung die Koppelvorrichtung 5a öffnen und stattdessen die Koppelvorrichtung 5b der zweiten Überbrückungsleitung 5 am anderen Ende des Batteriestrangs schließen. Das hat zur Folge, dass im gezeigten Beispiel ebenfalls die dreifache Grundspannung zwischen den beiden Anschlüssen 10 vorliegt, jedoch dann mit umgekehrten Vorzeichen. Die Koppelvorrichtungen 5a, 5b zwischen den Anschlusspunkten 3 und der zweiten Überbrückungsleitung 5 können somit auch als Umpolvorrichtung bezeichnet werden.About closing one of the coupling devices 5a . 5b between battery string 2 and the second bypass line 5 and one of the coupling devices 4a . 4b between the first bridging line 4 and the connection points 3 or one of the coupling devices 7a to 7e of the battery string 2 with the first bypass line 4 so can between the connections 10 the bypass lines 4 . 5 a voltage will be provided. In the present case, this voltage can be one to six times that of the individual battery cells 2a to 2f provided base voltage. A closing of the coupling device 5a at the second bypass line and the coupling device 7a at the first battery cell 2a For example, a voltage corresponding to the base voltage would be between the terminals 10 provide. If another amount of voltage is required, the control device becomes, for example, the coupling device 7a open and instead the coupling device 7c at the third battery cell 2c Close so that the triple base voltage can be tapped. If, for example, a voltage with a different sign is applied, the control device can use the coupling device 5a open and instead the coupling device 5b the second bridging line 5 Close at the other end of the battery string. This has the consequence that in the example shown also the triple base voltage between the two terminals 10 present, but then with the opposite sign. The coupling devices 5a . 5b between the connection points 3 and the second bypass line 5 can thus also be referred to as Umpolvorrichtung.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung in einem ersten beispielhaften Schaltzustand gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 verfügt hier über sämtliche Merkmale der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung 1. Zusätzlich sind nun jedoch zweite Koppelvorrichtungen 8a bis 8e zwischen den Kontaktstellen 6a bis 6e und der zweiten Überbrückungsleitung 5 vorhanden. Das vergrößert die Anzahl der Schaltzustände der Schaltungsanordnung 1, in denen eine vorgegebene Spannung an den Anschlüssen 10 zur Verfügung gestellt werden kann. Im gezeigten Beispiel befindet sich die Schaltungsanordnung 1 in einem Zustand, in welchem das Doppelte der Basisspannung durch ein Schließen der Koppelvorrichtung 4a zwischen dem Anschlusspunkt 3 des Batteriestrangs 2 und der ersten Überbrückungsleitung 4 sowie der Koppelvorrichtung 8b zwischen der Kontaktstelle 6b und der zweiten Überbrückungsleitung 5 zur Verfügung gestellt wird. Nach wie vor fließt Strom dann nur über die zwei Koppelvorrichtungen 4a und 8b, sodass die durch die Schaltung auftretenden Verluste minimal sind.In 2 a second embodiment of a circuit arrangement is shown in a first exemplary switching state. The circuit arrangement 1 here has all the features of in 1 shown circuit arrangement 1 , In addition, however, now second coupling devices 8a to 8e between the contact points 6a to 6e and the second bypass line 5 available. This increases the number of switching states of the circuit arrangement 1 in which a given voltage at the terminals 10 can be made available. In the example shown, the circuit arrangement is located 1 in a state in which twice the base voltage by closing the coupling device 4a between the connection point 3 of the battery string 2 and the first bridging line 4 and the coupling device 8b between the contact point 6b and the second bypass line 5 is made available. As before, current then only flows through the two coupling devices 4a and 8b so that the losses incurred by the circuit are minimal.

In 3 ist ein Schaltbild des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels in einem zweiten beispielhaften Schaltzustand gezeigt. Vorliegend wird zwischen den Anschlüssen 10 ebenfalls das Doppelte der Basisspannung bereitgestellt, jedoch über einen alternativen Schaltzustand. Es werden hier nämlich nicht die Koppelvorrichtungen 4a und 8b geschlossen und alle anderen geöffnet, sondern die Koppelvorrichtungen 7c und 8e geschlossen und alle anderen geöffnet. Entscheidend ist hier, dass zwischen den diesen Koppelvorrichtungen 7c, 8e zugeordneten Kontaktstellen 6c, 6e ebenfalls zwei, allerdings von den Batteriezellen 2a, 2b in 2 verschiedene Batteriezellen 2d, 2e geschaltet sind, so dass die bereitgestellte Spannung die gleiche wie in 2, nämlich das Doppelte der Basisspannung ist. Über ein Steuern der Koppelvorrichtungen 4a, 4b, 5a, 5b, 7a bis 7e sowie 8a bis 8e kann hier also ein Lastausgleich zwischen den einzelnen Batteriezellen 2a bis 2f erfolgen, so dass diese gleichmäßiger belastet werden, als dies in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel möglich ist. Es sind hier mehr Koppelvorrichtungen erforderlich, durchflossen werden jedoch nach wie vor nur zwei Koppelvorrichtungen von einem Strom. Die durch die Schaltung auftretenden Verluste sind also nach wie vor sehr gering.In 3 is a schematic of the in 2 shown embodiment in a second exemplary switching state. Present is between the terminals 10 also provided twice the base voltage, but via an alternative switching state. It is not the coupling devices 4a and 8b closed and all others open, but the coupling devices 7c and 8e closed and all others open. It is crucial here that between these coupling devices 7c . 8e associated contact points 6c . 6e also two, but from the battery cells 2a . 2 B in 2 different battery cells 2d . 2e are switched so that the voltage provided the same as in 2 that is twice the base voltage. About controlling the coupling devices 4a . 4b . 5a . 5b . 7a to 7e such as 8a to 8e So here is a load balance between the individual battery cells 2a to 2f take place so that they are more evenly loaded, as in the in 1 shown embodiment is possible. There are more coupling devices required here, but still only two coupling devices are traversed by a current. The losses occurring through the circuit are therefore still very low.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schaltungsanordnungcircuitry
2a–f2a-f: Batteriezellebattery cell
33: Anschlusspunktconnection point
44: Überbrückungsleitungbypass line
4a, 4b4a, 4b: Koppelvorrichtungcoupling device
55: Überbrückungsleitungbypass line
5a, 5b5a, 5b: Koppelvorrichtungcoupling device
6a–e6a-e: Kontaktstellecontact point
7a–e7a-e: Koppelvorrichtungcoupling device
8a–e8a-e: Koppelvorrichtungcoupling device
99: Anschlussconnection
1010: Anschlussconnection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2013/124079 A1 [0003] WO 2013/124079 A1 [0003]
US 2011/0044082 A1 [0004] US 2011/0044082 A1 [0004]

Claims

Schaltungsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit – einem Batteriestrang (2) zur Bereitstellung von elektrischer Energie, welcher eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) zwischen zwei Anschlusspunkten (3) aufweist, – einer ersten und einer zweiten elektrischen Überbrückungsleitung (4, 5), welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang (2) elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten (3) des Batteriestrangs (2) koppelbar sind, und – einer Steuervorrichtung, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Batteriestrang (2) an Kontaktstellen (6a, ...6e) zwischen den einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung (7a, ...7e) elektrisch mit dem Batteriestrang (2) verbunden ist, und durch die Koppelvorrichtung (7a, ...7e) die jeweilige Kontaktstelle (6a, ...6e) mit der ersten Überbrückungsleitung (4) koppelbar ist.Circuit arrangement ( 1 ) for a motor vehicle, with - a battery string ( 2 ) for providing electrical energy, which is a series connection of individual battery cells ( 2a , ... 2f ) between two connection points ( 3 ), - a first and a second electrical bridging line ( 4 . 5 ), which in each case via two coupling devices ( 4a . 4b . 5a . 5b ), over which they each parallel to the battery string ( 2 ) electrically with the two connection points ( 3 ) of the battery string ( 2 ), and - a control device, which is designed, the coupling devices ( 4a . 4b . 5a . 5b ), characterized in that in the battery string ( 2 ) at contact points ( 6a , ... 6e ) between the individual battery cells ( 2a , ... 2f ) each at least one switchable by the control device coupling device ( 7a , ... 7e ) electrically connected to the battery string ( 2 ), and by the coupling device ( 7a , ... 7e ) the respective contact point ( 6a , ... 6e ) with the first bridging line ( 4 ) can be coupled.

Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, über ein Schließen je einer der Koppelvorrichtungen (5a, 5b) der zweiten Überbrückungsleitung (5) und je einer der Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 7a, ...7e) des Batteriestrangs (2) oder der ersten Überbrückungsleitung (4) eine jeweilige, insbesondere jeweils verschiedene, Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen (4, 5) bereitzustellen.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the control device is designed, via a closing each one of the coupling devices ( 5a . 5b ) of the second bridging line ( 5 ) and one each of the coupling devices ( 4a . 4b . 7a , ... 7e ) of the battery string ( 2 ) or the first bridging line ( 4 ) a respective, in particular in each case different, voltage between the two bridging lines ( 4 . 5 ).

Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die jeweiligen Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b, 7a, ...7e) zeitlich variierend derart zu schließen und zu öffnen, dass die resultierende Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen (4, 5) einen gestuften sinusförmigen Verlauf aufweist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the control device is designed, the respective coupling devices ( 4a . 4b . 5a . 5b . 7a , ... 7e ) to close and open in time such that the resulting voltage between the two bypass lines ( 4 . 5 ) has a stepped sinusoidal shape.

Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Batteriestrang (2) an den Kontaktstellen (6a, ...6e) zwischen den einzelnen Batteriezellen (2a, ...2f) jeweils auch eine zweite durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung (8a, ...8e) elektrisch mit dem Batteriestrang (2) verbunden ist, und durch die zweite Koppelvorrichtung (8a, ...8e) die jeweilige Kontaktstelle (6a, ...6e) mit der zweiten Überbrückungsleitung (5) koppelbar ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the battery string ( 2 ) at the contact points ( 6a , ... 6e ) between the individual battery cells ( 2a , ... 2f ) in each case a second switchable by the control device coupling device ( 8a , ... 8e ) electrically connected to the battery string ( 2 ), and by the second coupling device ( 8a , ... 8e ) the respective contact point ( 6a , ... 6e ) with the second bypass line ( 5 ) can be coupled.

Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, eine vorbestimmte Spannung zwischen den beiden Überbrückungsleitungen (4, 5) zu verschiedenen Zeitpunkten über ein Schließen verschiedener Kombinationen von je zwei verschiedenen der Koppelvorrichtungen (4a, 4b, 5a, 5b, 7a, ...7e, 8a, ...8e) bereitzustellen, wobei je eine zweite Koppelvorrichtung (8a, ...8e) des Batteriestrangs (2) oder eine Koppelvorrichtung (5a, 5b) der zweiten Überbrückungsleitung (5) zusammen mit je einer ersten Koppelvorrichtung (7a, ...7e) des Batteriestrangs (2) oder einer Koppelvorrichtung (4a, 4b) der ersten Überbrückungsleitung (4) geschlossen wird, sodass zumindest ein teilweiser Lastausgleich zwischen den Batteriezellen (2a, ...2f) erreicht ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the control device is designed, a predetermined voltage between the two bypass lines ( 4 . 5 ) at different times by closing different combinations of two different of the coupling devices ( 4a . 4b . 5a . 5b . 7a , ... 7e . 8a , ... 8e ), each having a second coupling device ( 8a , ... 8e ) of the battery string ( 2 ) or a coupling device ( 5a . 5b ) of the second bridging line ( 5 ) together with a respective first coupling device ( 7a , ... 7e ) of the battery string ( 2 ) or a coupling device ( 4a . 4b ) of the first bridging line ( 4 ) is closed so that at least a partial load balance between the battery cells ( 2a , ... 2f ) is reached.

Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Anschlusspunkten (3) des Batteriestrangs (2) je ein Anschluss (9) zum Einkoppeln der Schaltungsanordnung (1) in ein Bordnetz vorhanden ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the two connection points ( 3 ) of the battery string ( 2 ) one connection each ( 9 ) for coupling the circuit arrangement ( 1 ) is present in an electrical system.