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Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit zur Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, die ein Batteriemodul und eine Kopplungseinheit zur Kopplung des Batteriemoduls mit dem Bordnetz, welche einen mit dem Batteriemodul verbundenen ersten Anschluss, einen mit dem Bordnetz verbindbaren zweiten Anschluss, einen ersten Gleichspannungswandler und einen zweiten Gleichspannungswandler aufweist, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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In konventionellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden in der Regel Blei-Säure-Batterien als Energiespeicher in einem 12V-Bordnetz eingesetzt. Eine solche Blei-Säure-Batterie, welche einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, dient unter anderem als Starterbatterie zum Starten des Verbrennungsmotors. Das Bordnetz und dessen Funktionalitäten sind auf die Eigenschaften der Blei-Säure-Batterie, beispielsweise Innenwiderstand, Lade-Entladekennlinie sowie Leerlaufspannung, abgestimmt.
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Wichtig ist hierbei eine korrekte Erkennung des Zustands der Blei-Säure-Batterie in dem Kraftfahrzeug. Der Zustand, insbesondere der Ladezustand, der Blei-Säure-Batterie wird von dem Kraftfahrzeug als Basis für Funktionen eines Energiemanagements genutzt und kann daher das Fahrzeugverhalten sowie die Verfügbarkeit bei einer fehlerhaften Erkennung massiv negativ beeinflussen. Auch sicherheitsrelevante Funktionalitäten des Kraftfahrzeugs können davon betroffen sein.
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Typischerweise übernimmt ein Batteriesensor, welcher an die Blei-Säure Batterie angeschlossen ist, die Erkennung des Zustands der Blei-Säure-Batterie. Der Batteriesensor misst dabei unter anderem einen durch die Blei-Säure-Batterie fließenden Strom sowie eine an den Polen der Blei-Säure-Batterie anliegende Spannung und ermittelt daraus insbesondere den Ladezustand und die Alterung der Blei-Säure Batterie.
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Bei Ausfall einer Blei-Säure Batterie kann es vorteilhaft sein, diese durch eine Lithium-Ionen-Batterie zu ersetzen. Eine Lithium-Ionen-Batterie weist jedoch aufgrund der unterschiedlichen Technologie andere Eigenschaften auf als eine Blei-Säure-Batterie. Hierzu zählen unter anderem ein niedrigerer Innenwiderstand und insbesondere ein anderer Zusammenhang zwischen Ladezustand und Ausgangsspannung. Beispielsweise wäre ein von dem in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Batteriesensor ermittelter Ladezustand somit fehlerhaft.
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Eine Lithium-Ionen-Batterie müsste demnach bei einem Austausch nicht nur die konventionelle Blei-Säure-Batterie sondern auch den Batteriesensor und dessen Funktionalität ersetzen. Aufgrund einer hohen Variantenanzahl der am Markt befindlichen Kraftfahrzeuge, sowie Blei-Säure-Batterie und Batteriesensoren scheint dies nicht praktikabel.
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Es ist wünschenswert, insbesondere bei Ausfall einer Blei-Säure Batterie in einem Kraftfahrzeug diese durch eine Lithium-Ionen-Batterie zu ersetzen. Dabei sollte der bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandene Batteriesensor auch weiter verwendet werden.
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Aus der
US 2015/0037616 A1 ist ein Lithium-Ionen-Batteriemodul bekannt, welches ein Gehäuse aufweist, dessen Abmessungen denen eines Gehäuses einer konventionellen Blei-Säure-Batterie entsprechen. Das Lithium-Ionen-Batteriemodul umfasst dabei auch einen oder mehrere Gleichspannungswandler, wodurch mehrere verschiedene Ausgangsspannungen an verschiedenen Polen des Lithium-Ionen-Batteriemoduls verfügbar sind.
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Die
DE 10 2010 014 104 A1 offenbart ein elektrisches Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das Energiebordnetz umfasst eine in einem Teilbordnetz angeordnete Batterie, welche über eine Koppeleinrichtung mit einem anderen Teilbordnetz gekoppelt ist. Die Koppeleinrichtung umfasst dabei zwei parallel geschaltete Gleichspannungswandler und einen Überbrückungsschalter zur Überbrückung der Gleichspannungswandler.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Batterieeinheit zur Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Batterieeinheit umfasst ein Batteriemodul und eine Kopplungseinheit zur Kopplung des Batteriemoduls mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs. Die Kopplungseinheit weist einen mit dem Batteriemodul verbundenen ersten Anschluss, einen mit dem Bordnetz verbindbaren zweiten Anschluss, einen ersten Gleichspannungswandler und einen zweiten Gleichspannungswandler auf. Die Batterieeinheit dient insbesondere zum Ersatz einer ausgefallenen Blei-Säure Batterie als Starterbatterie für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs.
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Erfindungsgemäß gestattet der erste Gleichspannungswandler einen bidirektionalen Stromfluss zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, und der zweite Gleichspannungswandler gestattet einen Stromfluss von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss. Ferner umfasst die Batterieeinheit ein Steuerungssystem zur Ansteuerung des ersten Gleichspannungswandlers und zur Ansteuerung des zweiten Gleichspannungswandlers.
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Bevorzugt weist die Kopplungseinheit auch Mittel zur Messung eines zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss durch die Kopplungseinheit fließenden Koppelstroms auf.
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Der erste Gleichspannungswandler ist beispielsweise als Split-Pi-Wandler ausgeführt, welcher mehrere elektronische Schalter aufweist. Durch entsprechende Ansteuerung der Schalter des ersten Gleichspannungswandlers sind eine erste Spannung an dem ersten Anschluss sowie eine zweite Spannung an dem zweiten Anschluss generierbar. Der erste Gleichspannungswandler ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein verhältnismäßig hoher Koppelstrom in beide Richtungen fließen kann.
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Der zweite Gleichspannungswandler ist beispielsweise als SEPIC-Wandler (single ended primary inductance converter) ausgeführt, welcher mindestens einen elektronischen Schalter aufweist. Durch entsprechende Ansteuerung des mindestens einen Schalters des zweiten Gleichspannungswandlers ist die zweite Spannung an dem zweiten Anschluss generierbar. Der zweite Gleichspannungswandler kann aber beispielsweise auch als Split-Pi-Wandler ausgeführt sein. Der zweite Gleichspannungswandler ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass bei einem Fluss eines verhältnismäßig geringen Koppelstroms von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss eine verhältnismäßig geringe Verlustleistung abfällt.
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Die beiden Gleichspannungswandler generieren insbesondere keine konstante zweite Spannung, die von der ersten Spannung unabhängig wäre. Die zweite Spannung, die an dem Bordnetz anliegt, ist von der ersten Spannung, die an dem Batteriemodul anliegt, abhängig. Die Gleichspannungswandler sind bei entsprechender Ansteuerung in der Lage, eine variable zweite Spannung zu generieren, welche von der ersten Spannung abhängig ist. Die Abhängigkeit der zweiten Spannung von der ersten Spannung ist in der Regel nicht linear.
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Der erste Gleichspannungswandler ist bei entsprechender Ansteuerung zusätzlich in der Lage, eine variable erste Spannung zu generieren, welche von der zweiten Spannung abhängig ist. Auch diese Abhängigkeit der ersten Spannung von der zweiten Spannung ist in der Regel nicht linear.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriemodul der Batterieeinheit mehrere Batteriezellen auf, welche als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Lithium-Ionen-Zellen weisen im Vergleich zu Zellen von Blei-Säure Batterien insbesondere eine verlängerte Lebensdauer, eine verbesserte Zyklenfestigkeit, eine höhere Energiedichte und auch eine höhere Leistungsdichte auf.
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Die Art der Batteriezellen ist dabei nicht auf Lithium-Ionen-Zellen limitiert. Grundsätzlich sind alle Arten von Sekundärzellen geeignet, welche verbesserte Eigenschaften als Blei-Säure-Batteriezellen aufweisen. Beispielsweise eignen sich Lithium-Schwefel-Zellen, Lithium-Luft-Zellen, Superkondensatoren (Supercaps, SC), Lithium-Kondensatoren sowie Batteriezellen mit Festkörperelektrolyten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Kopplungseinheit einen Umgehungspfad auf, mittels welchem der erste Anschluss und der zweiten Anschluss unter Umgehung der Gleichspannungswandler miteinander verbindbar sind. Der Umgehungspfad umfasst dazu einen von dem Steuerungssystem ansteuerbaren Umgehungsschalter.
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Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Batterieeinheit ist dabei in das Kraftfahrzeug eingebaut und der zweite Anschluss der Kopplungseinheit der Batterieeinheit ist mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Erfindungsgemäß wird dabei ein durch die Kopplungseinheit fließender Koppelstrom gemessen. Wenn der Koppelstrom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss fließt und einen ersten Grenzwert unterschreitet, so wird der zweite Gleichspannungswandler zugeschaltet und der erste Gleichspannungswandler wird abgeschaltet. Bei diesen Bedingungen befindet sich das Kraftfahrzeug in einem Ruhebetrieb. Das Batteriemodul wird entladen und liefert aber nur einen verhältnismäßig geringen Ruhestrom, welcher kleiner als der erste Grenzwert ist. Der Ruhestrom fließt ausschließlich durch den zweiten Gleichspannungswandler.
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Wenn der Koppelstrom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss fließt und dabei einen ersten Grenzwert überschreitet und einen zweiten Grenzwert, welcher größer als der erste Grenzwert ist, unterschreitet, so wird der erste Gleichspannungswandler zugeschaltet. Der zweite Gleichspannungswandler kann dabei abgeschaltet werden. Bei diesen Bedingungen befindet sich das Kraftfahrzeug in einem regulären Betrieb. Das Batteriemodul wird entladen und liefert einen durchschnittlichen Betriebsstrom, welcher kleiner als der zweite Grenzwert und größer als der erste Grenzwert ist. Der Betriebsstrom fließt größtenteils oder ausschließlich durch den ersten Gleichspannungswandler.
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Vorteilhaft wird, wenn der zweite Gleichspannungswandler zugeschaltet ist, von dem zweiten Gleichspannungswandler eine zweite Spannung an dem zweiten Anschluss in Abhängigkeit von einer ersten Spannung an dem ersten Anschluss generiert.
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Ebenso wird vorteilhaft, wenn der Koppelstrom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss fließt und der erste Gleichspannungswandler zugeschaltet ist, von dem ersten Gleichspannungswandler eine zweite Spannung an dem zweiten Anschluss in Abhängigkeit von einer ersten Spannung an dem ersten Anschluss generiert.
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Die erste Spannung an dem Batteriemodul ist insbesondere von dem Ladezustand (state of charge, SOC) des Batteriemoduls abhängig. Die erste Spannung kann auch von weiteren Zustandsgrößen abhängig sein, unter anderem von einem fließenden Strom sowie von der Alterung des Batteriemoduls. Bei gleichem Ladezustand einer konventionellen Blei-Säure-Batterie und einem Batteriemodul mit Lithium-Ionen-Zellen weicht jedoch die erste Spannung der Blei-Säure-Batterie von der ersten Spannung des Batteriemoduls mit Lithium-Ionen-Zellen ab.
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Die zweite Spannung an dem Bordnetz wird vorteilhaft von dem ersten Gleichspannungswandler sowie von dem zweiten Gleichspannungswandler derart generiert, dass die zweite Spannung bei einem gegebenen Ladezustand des Batteriemoduls der ersten Spannung der Blei-Säure-Batterie bei dem gleichem Ladezustand entspricht. Die zweite Spannung an dem Bordnetz entspricht somit der ersten Spannung an der Blei-Säure-Batterie, welche die Blei-Säure-Batterie bei dem gleichen Ladezustand hätte.
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Wenn der Koppelstrom von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss fließt, so wird der erste Gleichspannungswandler zugeschaltet. Der zweite Gleichspannungswandler kann dabei abgeschaltet werden. Bei diesen Bedingungen befindet sich das Kraftfahrzeug in einem Ladebetrieb. Das Batteriemodul wird mit einem Ladestrom geladen. Der Ladestrom fließt größtenteils oder ausschließlich durch den ersten Gleichspannungswandler.
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Vorteilhaft wird, wenn der Koppelstrom von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss fließt und der erste Gleichspannungswandler zugeschaltet ist, von dem ersten Gleichspannungswandler eine erste Spannung an dem ersten Anschluss in Abhängigkeit von einer zweiten Spannung an dem zweiten Anschluss generiert.
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Wenn der Koppelstrom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss fließt und einen zweiten Grenzwert, welcher größer als der erste Grenzwert ist, überschreitet, wird ein Umgehungspfad zur Umgehung der Gleichspannungswandler zugeschaltet. Der erste Gleichspannungswandler sowie der zweite Gleichspannungswandler können dabei abgeschaltet werden. Bei diesen Bedingungen befindet sich das Kraftfahrzeug beispielsweise in einem Startbetrieb. Das Batteriemodul wird entladen und liefert einen verhältnismäßig hohen Startstrom für einen Anlasser, welcher größer als der zweite Grenzwert ist. Der Startstrom fließt größtenteils oder ausschließlich durch den Umgehungspfad.
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Eine erfindungsgemäße Batterieeinheit sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren finden vorteilhaft Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor. Besonders vorteilhaft finden die erfindungsgemäße Batterieeinheit sowie das erfindungsgemäßes Verfahren Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, dessen Bordnetz und Funktionalitäten auf die Eigenschaften einer konventionellen Blei-Säure-Batterie abgestimmt sind, und insbesondere zum Ersatz der Blei-Säure-Batterie. Aber auch andere Verwendungen, beispielsweise an Bordnetzen anderer Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Hybrid-Fahrzeugen, Plugin-Hybridfahrzeugen sowie Elektrofahrzeugen sind denkbar.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht einen Austausch einer konventionellen 12V Blei-Säure-Batterie durch eine 12V Lithium-Ionen-Batterie bei Sicherstellung aller Funktionalitäten, insbesondere des Energiemanagements, in dem Kraftfahrzeug. Ein in dem Kraftfahrzeug vorhandener Batteriesensor, welcher auf die Eigenschaften der ausgetauschten Blei-Säure-Batterie abgestimmt ist, kann beibehalten werden. Die Kopplungseinheit mit den beiden Gleichspannungswandlern ermöglicht somit den Einsatz einer Lithium-Ionen-Batterie in Kraftfahrzeugen, die auf die Eigenschaften einer Blei-Säure-Batterie abgestimmt sind. Durch die entsprechende Ansteuerung der Gleichspannungswandler kann die an der Lithium-Ionen-Batterie anliegende erste Spannung auf eine zweite Spannung an dem Bordnetz und an dem Batteriesensor abgebildet werden, welche der Spannung an der Blei-Säure Batterie bei gleichen Bedingungen, insbesondere bei gleichem Ladezustand, entspricht.
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Durch die Ausgestaltung der Koppeleinheit ist diese bei entsprechender Ansteuerung für verschiedene Betriebsarten optimal einsetzbar. So können beispielsweise ein Ladestrom sowie ein durchschnittlicher Betriebsstrom durch den ersten Gleichspannungswandler fließen. Ein Ruhestrom kann durch den zweiten Gleichspannungswandler fließen, welcher eine verringerte Verlustleistung aufweist. Somit können insbesondere elektrische Verluste in der Kopplungseinheit im Ruhebetrieb reduziert werden. Der Umgehungspfad ermöglicht ferner hohe Betriebsströme, welche nicht durch den ersten Gleichspannungswandler abgedeckt werden, sowie einen Notbetrieb der Koppeleinheit und der Batterieeinheit bei einem Defekt oder Ausfall von einem Gleichspannungswandler.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Batterieeinheit an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs und
- 2 eine Kopplungseinheit der Batterieeinheit von 1.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine Batterieeinheit 10 an einem Bordnetz 50 eines Kraftfahrzeugs. Als Bordnetz 50 werden in diesem Zusammenhang die spannungsführenden Versorgungsleitungen in dem Kraftfahrzeug bezeichnet. Das Bordnetz 50 weist vorliegend eine Nominalspannung von 12 V gegenüber einer Masseleitung 55 in dem Kraftfahrzeug auf.
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Die Batterieeinheit 10 umfasst ein Batteriemodul 20, welches mehrere Batteriezellen aufweist, welche als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Die Batteriezellen sind beispielsweise in Serie geschaltet und liefern eine Nominalspannung von 12 V. Das Batteriemodul 20 weist ein negatives Terminal 21 und ein positives Terminal 22 auf. Zwischen den Terminals 21, 22 des Batteriemoduls 20 liegt die von den besagten Batteriezellen gelieferte Spannung an.
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Die Batterieeinheit 10 umfasst einen positiven Pol 12, welcher mit dem Bordnetz 50 verbunden ist. Die Batterieeinheit 10 umfasst auch einen negativen Pol 11, welcher mit einem Batteriesensor 52 und mit dem negativen Terminal 21 des Batteriemoduls 20 verbunden ist. Der Batteriesensor 52 ist mit dem Bordnetz 50 und mit der Masseleitung 55 verbunden. Ferner ist der Batteriesensor 52 mittels einer Busschnittstelle 53 mit einem übergeordneten Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Der Batteriesensor 52 misst unter anderem eine zwischen dem positiven Pol 12 und dem negativen Pol 11 der Batterieeinheit 10 anliegende Spannung, welche einer Spannung zwischen dem Bordnetz 50 und der Masseleitung 55 entspricht. Auch misst der Batteriesensor 52 einen von der Masseleitung 55 zu dem negativen Pol 11 fließenden Strom, welcher einem Strom durch die Batterieeinheit 10 entspricht.
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Aus der gemessenen Spannung zwischen den Polen 11, 12 der Batterieeinheit 10 und aus dem gemessenen Strom durch die Batterieeinheit 10 ermittelt der Batteriesensor 52 eine Zustand, insbesondere einen Ladezustand, des Batteriemoduls 20 der Batterieeinheit 10. Der Batteriesensor 52 überträgt den ermittelten Zustand des Batteriemoduls 20 der Batterieeinheit 10 zu dem übergeordneten Steuergerät des Kraftfahrzeugs.
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Die Batterieeinheit 10 umfasst ferner eine Kopplungseinheit 30, die in 2 detailliert dargestellt wird. Diese Kopplungseinheit 30 weist einen ersten Gleichspannungswandler 41, einen zweiten Gleichspannungswandler 42 und einen Umgehungspfad 44 auf. Die Kopplungseinheit 30 weist auch einen ersten Anschluss 31 auf, der mit dem positiven Terminal 22 des Batteriemoduls 20 verbunden ist. Die Kopplungseinheit 30 weist zudem einen zweiten Anschluss 32 auf, der mit dem positiven Pol 12 der Batterieeinheit 10 verbunden ist. Ferner weist die Kopplungseinheit 30 einen Masseanschluss 33 auf, der mit dem negativen Pol 11 der Batterieeinheit 10 sowie mit dem negativen Terminal 21 des Batteriemoduls 20 verbunden ist.
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Die Batterieeinheit 10 umfasst ferner ein Steuerungssystem 40, welches insbesondere zur Ansteuerung der Gleichspannungswandler 41, 42 und des Umgehungspfades 44 der Kopplungseinheit 30 dient. Das Steuerungssystem 40 und die Kopplungseinheit 30 sind beispielsweise über eine hier nicht dargestellte Busleitung miteinander verbunden. Das Batteriemodul 20, die Kopplungseinheit 30 und das Steuerungssystem 40 der Batterieeinheit 10 sind vorliegend als separate Elemente ausgeführt und als bauliche Einheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Steuerungssystem 40, die Gleichspannungswandler 41, 42 und der Umgehungspfad 44 könnten auch in einer oder mehreren Einheiten kombiniert werden.
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2 zeigt die Kopplungseinheit 30 der in 1 dargestellten Batterieeinheit 10. Zwischen dem ersten Anschluss 31 und dem Masseanschluss 33 liegt eine erste Spannung U1 an, welche der Spannung des Batteriemoduls 20 entspricht. Zwischen dem zweiten Anschluss 32 und dem Masseanschluss 33 liegt eine zweite Spannung U2 an, welche der Spannung des Bordnetzes 50 entspricht. Ein Kopplungsstrom Ik durchfließt die Kopplungseinheit 30 in Richtung von dem ersten Anschluss 31 zu dem zweiten Anschluss 32. Fließt der Kopplungsstrom Ik in die entgegengesetzte Richtung, so ist der Kopplungsstrom Ik negativ. Ein durch den Masseanschluss 33 fließender Strom wird bei den folgenden Betrachtungen vernachlässigt.
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Der erste Gleichspannungswandler 41 und der zweite Gleichspannungswandler 42 sind parallel geschaltet und jeweils mit dem ersten Anschluss 31, dem zweiten Anschluss 32 und dem Masseanschluss 33 verbunden. Zur Umgehung der Gleichspannungswandler 41, 42 ist ein Umgehungspfad 44 vorgesehen, welcher mit dem ersten Anschluss 31 und dem zweiten Anschluss 32 verbunden ist. In dem Umgehungspfad 44 sind ein Umgehungsschalter 45 sowie ein Shuntwiderstand 46 zur Messung eines durch den Umgehungspfad 44 fließenden Stroms angeordnet. Der Shuntwiderstand 46 kann vor oder nach dem Umgehungsschalter 45 angeordnet sein. Anstelle des Shuntwiderstands 46 kann auch ein anderer Typ Sensor zur Strommessung eingesetzt werden.
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Der erste Gleichspannungswandler 41 ist vorliegend als Split-Pi-Wandler ausgeführt, welcher mehrere hier nicht dargestellte elektronische Schalter aufweist. Der erste Gleichspannungswandler 41 gestattet einen bidirektionalen Stromfluss. Auch gestattet der erste Gleichspannungswandler 41 eine Generierung der ersten Spannung U1 sowie eine Generierung der zweiten Spannung U2. Die erste Spannung U1 und die zweite Spannung U2 sind durch entsprechende Ansteuerung der Schalter des ersten Gleichspannungswandler 41 generierbar. Der erste Gleichspannungswandler 41 weist Mittel zur Messung eines durch den ersten Gleichspannungswandler 41 fließenden Stroms auf.
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Der zweite Gleichspannungswandler 42 ist vorliegend als SEPIC-Wandler ausgeführt, welcher mindestens einen hier nicht dargestellten elektronischen Schalter aufweist. Der zweite Gleichspannungswandler 42 gestattet einen unidirektionalen Stromfluss von dem ersten Anschluss 31 zu dem zweiten Anschluss 32. Auch gestattet der zweite Gleichspannungswandler 42 eine Generierung der zweiten Spannung U2. Die zweite Spannung U2 ist durch entsprechende Ansteuerung des Schalters beziehungsweise der Schalter des zweiten Gleichspannungswandlers 42 generierbar. Der zweite Gleichspannungswandler 42 weist Mittel zur Messung eines durch den zweiten Gleichspannungswandler 42 fließenden Stroms auf.
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Der Umgehungsschalter 45 des Umgehungspfads 44 sowie die elektronischen Schalter der Gleichspannungswandler 41, 42 sind von dem Steuerungssystem 40 ansteuerbar. Ferner sind die Mittel zur Strommessung der Gleichspannungswandler 41, 42 und der Shuntwiderstand 46 des Umgehungspfads 44 mit dem Steuerungssystem 40 verbunden.
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Durch Messung der Ströme, die durch den ersten Gleichspannungswandler 41, den zweiten Gleichspannungswandler 42 und den Umgehungspfad 44 fließen, errechnet das Steuerungssystem 40 den Koppelstrom Ik. Alternativ dazu kann die Kopplungseinheit 30 auch ein Mittel, insbesondere einen Sensor, zur direkten Messung des Koppelstroms Ik aufweisen. Dieser Sensor kann hinter dem ersten Anschluss 31 angeordnet sein.
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In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung des Koppelstroms Ik wird eine aktuelle Betriebsphase des Kraftfahrzeugs ermittelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsphase des Kraftfahrzeugs werden die Gleichspannungswandler 41, 42 sowie der Umgehungsschalter 45 angesteuert.
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Wenn der Koppelstrom Ik negativ ist, so ist das Kraftfahrzeug im Ladebetrieb und der erste Gleichspannungswandler 41 wird zugeschaltet. Der zweite Gleichspannungswandler 42 und der Umgehungsschalter 45 werden abgeschaltet.
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Wenn der Koppelstrom Ik positiv und kleiner als der erste Grenzwert ist, so ist das Kraftfahrzeug im Ruhebetrieb und der zweite Gleichspannungswandler 42 wird zugeschaltet. Der erste Gleichspannungswandler 41 und der Umgehungsschalter 45 werden abgeschaltet.
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Wenn der Koppelstrom Ik positiv und größer als der erste Grenzwert und kleiner als der zweite Grenzwert ist, so ist das Kraftfahrzeug im regulären Betrieb und der erste Gleichspannungswandler 41 wird zugeschaltet. Der zweite Gleichspannungswandler 42 und der Umgehungsschalter 45 werden abgeschaltet.
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Wenn der Koppelstrom Ik positiv und größer als der zweite Grenzwert ist, so ist das Kraftfahrzeug im Startbetrieb und der Umgehungsschalter 45 wird zugeschaltet. Der erste Gleichspannungswandler 41 und der zweite Gleichspannungswandler 42 werden abgeschaltet.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0037616 A1 [0008]
- DE 102010014104 A1 [0009]
