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Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Energiespeicheranordnung mehrere Zelleneinheiten aufweist und eine jeweilige Zelleneinheit zumindest eine Batteriezelle umfasst. Weiterhin weist die Energiespeicheranordnung mehrere Wandlereinrichtungen auf, wobei eine jeweilige der Wandlereinrichtungen einer jeweiligen der Zelleinheiten zugeordnet ist und zu der zugeordneten Zelleinheit parallel geschaltet ist. Weiterhin ist eine jeweilige der Wandlereinrichtungen dazu ausgelegt, eine an der zugeordneten Zelleneinheit abgreifbare und an einem Wandler-Eingang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte erste Spannung in eine an einem Wandler-Ausgang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte zweite Spannung zu wandeln. Zur Erfindung gehören auch eine Bordnetzanordnung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung mittels einer Energiespeicheranordnung.
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In Kraftfahrzeugen gibt es Verbraucher, die besonders sicherheitsrelevant sind, und nachfolgend auch als Sicherheitsverbraucher bezeichnet werden. Bei einem Ausfall solcher Sicherheitsverbraucher, wie elektrische Lenkung oder Bremse, oder bei Kraftfahrzeugen mit hochautomatisierten Fahrfunktionen die für solche Fahrfunktionen zuständigen Fahrerassistenzsysteme, würde ein enormes Sicherheitsrisiko bestehen. Deshalb muss für solche Sicherheitsverbraucher sichergestellt sein, dass diese auch im Fehlerfall, zum Beispiel bei Ausfall eines Energienetzes zur Versorgung dieser Sicherheitsverbraucher, dennoch, zumindest für eine bestimmte Zeit lang, funktionsfähig sind, um zum Beispiel das Kraftfahrzeug in dieser Zeit in einen sicheren Zustand zu überführen, und zum Beispiel zum Stillstand zu bringen. Gerade beim hochautomatisierten oder autonomen Fahren wird deshalb ein redundantes Energienetz für solche sicherheitsrelevanten Verbraucher gefordert. Solche Sicherheitsverbraucher haben dann zum Beispiel entsprechend zwei Klemme-30-Eingänge bzw. einen Klemme-30-Eingang und einen sogenannten Klemme-30AT-Eingang, sodass bei Ausfall einer Klemme 30 noch eine Energieversorgung über den anderen Anschluss möglich ist. Zu diesem Zweck muss das Energienetz also doppelt und entkoppelt ausgeführt sein. Bislang wird dies durch die Verwendung von mehreren Speichern und DC/DC-Wandlern erreicht. Dies erfordert viel Bauraum und verursacht hohe Kosten. Es ergeben sich weitere Nachteile bei üblichen Versorgungskonzepten, gerade bei elektrifizierten Antriebsträngen, die üblicherweise zusätzlich eine MV(Mittelvolt)- oder HV(Hochvolt)-Versorgung erforderlich machen. Zum Beispiel ist es bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen üblich, die NV(Niedervolt)-Bordnetzversorgung über das HV- bzw. MV-Bordnetz bereitzustellen, indem zwischen HV- und NV-Bordnetz eine oder mehrere entsprechende Wandler vorgesehen sind. Entfällt aus irgendwelchen Gründen die HV-Versorgung, so ist auch die Energieversorgung des NV-Bordnetzes über die Wandler nicht mehr möglich, was wiederum höhere Sicherheitsanforderungen an den üblicherweise zusätzlich vorhandenen Speicher, zum Beispiel eine 12V-Batterie, stellt. Auch ist die Verfügbarkeit der oben genannten Klemme 30AT bei abgeschalteter Zündung nicht mehr gegeben, wenn diese über das MV- oder HV-Netz versorgt wird, da die MV- bzw. HV-Versorgung bei abgeschaltetem Fahrzeug in der Regel unterbrochen wird.
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Die
DE 10 2010 009 260 A1 offenbart eine Einrichtung zur Versorgung eines Bordnetzes mit elektrischer Energie bei der mehrere in Reihe geschaltete Speicherelemente eines Energiespeichers mittels Wandlern so angeordnet sind, dass den einzelnen Speicherelementen des Energiespeichers Ladung so entnehmbar ist, um das Bordnetz mit Energie zu versorgen. Wobei die Wandler zu den einzelnen Speicherelementen parallel angeordnet sind und jedem Speicherelement die jeweilige Wandlereinrichtung zugeordnet ist. Unterschiedlich schaltbare Versorgungspfade, die eine redundante Versorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher bereitstellen, sind nicht offenbart.
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Die
DE 10 2006 000 796 A1 offenbart ein Strommodul zum Aufbereiten und Verteilen von elektrischer Energie in einem Fahrzeug, wobei das Strommodul eine Hochspannungsquelle und Wandler aufweist. Wobei die Wandler als Gleichspannungs- als auch als Wechselspannungswandler ausgelegt sind und jeder Wandler nur einen Versorgungspfad versorgt. Eine redundante Versorgung über mehrere Versorgungspfade für sicherheitsrelevante Verbraucher wird damit nicht bereitgestellt.
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Die
DE 199 05 640 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung parallel geschalteter Spannungswandler bei einem Fahrzeug mit Spannungsbereichen, zwischen denen die Spannungswandler liegen. Die Verbindung der Spannungswandler erfolgt dabei über einen Parallelbus. Hierdurch lässt sich bei Anwendungen, bei welchen eine hohe Ausgangsleistung benötigt wird, diese möglichst auf mehrere Wandler verteilen. Eine redundante und dadurch sichere Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher wird dadurch jedoch nicht bereitgestellt.
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Die
DE 10 2011 079 253 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern eines Akkumulators, die mindestens eine Wandlerzelle aufweist, die parallel zu jeweils zwei zumeist benachbarten Energiespeichern geschaltet ist, und wobei jede Wandlerzelle einen Transformator oder eine Speicherinduktivität umfasst, sowie eine einzige Diode und einen einzigen Schalter. Auch hierbei kann keine redundante Energieversorgung für Sicherheitsverbraucher in einem Fahrzeugbordnetz umgesetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Energiespeicheranordnung, eine Bordnetzanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung anzugeben, welche eine möglichst sichere und robuste Energieversorgung für zumindest einen Sicherheitsverbraucher auf möglichst effiziente Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Energiespeicheranordnung, eine Bordnetzanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug weist mehrere Zelleinheiten auf, wobei eine jeweilige Zelleinheit zumindest eine Batteriezelle umfasst. Weiterhin weist die Energiespeicheranordnung mehrere Wandlereinrichtungen auf, wobei eine jeweilige der Wandlereinrichtungen einer jeweiligen der Zelleinheiten zugeordnet ist und zu der zugeordneten Zelleinheit parallel geschaltet ist und dazu ausgelegt ist, eine an der zugeordneten Zelleinheit abgreifbare und an einem Wandler-Eingang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte erste Spannung in eine an einem Wandler-Ausgang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte zweite Spannung zu wandeln. Darüber hinaus weist die Energiespeicheranordnung einen ersten Versorgungspfad zur Bereitstellung einer ersten Energieversorgung an einem ersten Ausgang der Energiespeicheranordnung und einen zweiten Versorgungspfad zur Bereitstellung einer zweiten Energieversorgung an einem zweiten Ausgang der Energiespeicheranordnung auf, wobei der Wandler-Ausgang einer jeweiligen Wandlereinrichtung mit einer Schalteinrichtung verbunden ist, die dazu ausgelegt ist, die Wandler-Ausgänge der jeweiligen Wandlereinrichtungen unabhängig voneinander mit dem ersten Versorgungspfad und/oder dem zweiten Versorgungspfad zu koppeln und zu entkoppeln.
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So wird es vorteilhafterweise ermöglicht, durch nur eine Energiespeicheranordnung zwei voneinander unabhängige Versorgungspfade, zum Beispiel zur Versorgung von Sicherheitsverbrauchern des Kraftfahrzeugs, bereitzustellen. Eine redundante Energieversorgung für Sicherheitsverbraucher kann so auf besonders sichere und gleichzeitig bauraumeffiziente Weise bereitgestellt werden. Die Unabhängigkeit der beiden Versorgungspfade ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn es sich beim Kraftfahrzeug, für welches die Energiespeicheranordnung vorgesehen ist, um ein Kraftfahrzeug mit hochautomatisierten Fahrfunktionen handelt. Denn gerade für solche Kraftfahrzeuge gelten bestimmte Sicherheitsanforderungen, die durch die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung und ihre Ausgestaltungen vorteilhafterweise bereitgestellt werden können. Um die Unabhängigkeit der beiden Versorgungspfade, d.h. des ersten Versorgungspfads und des zweiten Versorgungspfads, bereitzustellen, ist es bevorzugt, dass mittels der Schalteinrichtungen eine jeweilige Wandlereinrichtung zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder nur mit dem ersten Versorgungspfad oder nur mit dem zweiten Versorgungspfad oder mit keinem der beiden Versorgungspfad gekoppelt ist, jedoch nicht, dass der Wandler-Ausgang einer jeweiligen Wandlereinrichtung mittels der Schalteinrichtungen mit beiden Versorgungspfaden gleichzeitig gekoppelt ist. Für andere Anwendungsfälle dagegen kann es jedoch durchaus vorgesehen sein, dass mittels der Schalteinrichtung ein jeweiliger Wandler-Ausgang zu einem gegebenen Zeitpunkt auch gleichzeitig mit dem ersten sowie mit dem zweiten Versorgungspfad gekoppelt ist. Die Erfindung ist damit besonders flexibel einsetzbar und auf einfache Weise für verschiedenste Anforderungen adaptierbar. Ein besonders großer Vorteil der Erfindung besteht zudem darin, dass einer jeweiligen Zelleneinheit auch eine jeweilige separate Wandlereinrichtung zugeordnet ist. Kommt es beispielsweise zu einem Defekt innerhalb der Energiespeicheranordnung, der zum Beispiel zu einem Ausfall einer oder mehrerer Zelleinheiten bzw. Batteriezellen führt, so ist es vorteilhafterweise dennoch möglich, eine Energieversorgung über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad bereitzustellen, solange die Energiespeicheranordnung zumindest noch eine funktionsfähige Zelleneinheit umfasst, da die jeweiligen zu wandelnden Spannungen an den jeweiligen Zelleneinheiten durch die zugeordneten Wandlereinrichtungen separat und unabhängig voneinander abgreifbar sind. Auch in Fehlerfällen, in welchem gemäß Sicherheitsvorschriften ein Abklemmen der Energiespeicheranordnung vom MV- oder HV-Bordnetz, zum Beispiel durch Öffnen der Hauptschütze der entsprechenden MV- oder HV-Batterie, gefordert wird, kann durch die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung dennoch weiterhin eine Energieversorgung über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad bereitgestellt werden, da die Wandlereinrichtungen direkt mit den Zelleinheiten verschaltet sind und damit eine Energieversorgung unabhängig von einem Gesamtspannungsabgriff bereitstellen können. Dadurch, dass sich durch die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung einerseits zwei unabhängige Versorgungspfade bereitstellen lassen und andererseits sich durch die Wandlereinrichtungen die durch die einzelnen Zelleneinheiten bereitgestellten Spannungen separat abgreifen und so zu Versorgungszwecken nutzen lassen, wird durch die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung ein besonders hoher Grad an Robustheit gegenüber Fehlerfällen auf besonders effiziente und bauraumsparende Weise bereitgestellt. Darüber hinaus können vorteilhafterweise auch weitere Zusatzfunktionen durch die beschriebene Verschaltung von Wandlereinrichtungen, Zelleinheiten und Versorgungspfaden bereitgestellt werden, wie beispielsweise ein Balancing.
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Ein jeweilige Zelleinheit kann dabei im Allgemeinen eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Weist die Zelleinheit mehrere Batteriezellen auf, so können diese innerhalb einer Zelleinheit in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung angeordnet sein. Auch die Zelleinheiten an sich können zueinander in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung angeordnet sein. Vorzugsweise umfasst die Energiespeicheranordnung eine Reihenschaltung von mindestens zwei Zelleinheiten, wodurch sich eine gegenüber einer Einzelspannung einer Batteriezelle höhere Spannung bereitstellen lässt, was für die meisten Anwendungsfälle vorteilhaft ist. Der erste und/oder zweite Versorgungspfad kann beispielsweise jeweils als Stromschiene bereitgestellt sein, auf welche die Wandler-Ausgänge mittels der Schalteinrichtungen je nach Bedarf aufgeschaltet werden können. Die Wandlereinrichtungen sind weiterhin vorzugsweise als galvanisch getrennte DC/DC-Wandler ausgebildet. Da die jeweiligen Wandlereinrichtungen zu einer jeweiligen Zelleneinheit parallel geschaltet sind, weisen die jeweiligen Wandlereinrichtungen eingangsseitig jeweils unterschiedliche Bezugspotenziale auf. Durch die Ausbildung der Wandlereinrichtungen als galvanisch getrennte Wandlereinrichtungen wird es vorteilhafter Weise ermöglicht, eine Ausgangsspannung mit einem gemeinsamen Bezugspotenzial bereitzustellen, zum Beispiel der Fahrzeugmasse.
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Die Schalteinrichtung kann zum Beispiel zwei mit einem jeweiligen Wandler-Ausgang und in einer Parallelschaltungen angeordnete Schalter umfassen, wobei mittels eines der Schalter der Wandler-Ausgang mit dem ersten Versorgungspfad koppelbar und von diesem entkoppelbar ist und mittels eines zweiten Schalters der Wandler-Ausgang mit dem zweiten Versorgungspfad koppelbar und von diesem entkoppelbar ist. Darüber hinaus kann die Energiespeicheranordnung als eine Batterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt sein. Im Allgemeinen lässt sich die Erfindung für jede beliebige Batterieart umsetzen, zum Beispiel kann die Energiespeicheranordnung als eine 12V-Batterie, eine MV-Batterie, wie beispielsweise eine 48V-Batterie, oder auch als eine HV-Batterie ausgebildet sein. Im Falle der Ausbildung der Energiespeichervorrichtung als HV-Batterie ist es bevorzugt, dass eine jeweilige Zelleinheit mehrere Batteriezellen aufweist. Die Zelleinheit kann beispielsweise ein mehrere Batteriezellen umfassendes Zellmodul der HV-Batterie darstellen. Andernfalls, insbesondere bei der Ausbildung der Energiespeicheranordnung als MV-Batterie, ist es bevorzugt, dass jede Zelleinheit nur eine Batteriezelle aufweist, so kann ein besonders hohes Maß an Flexibilität bereitgestellt werden, da sich so jede Batteriezelle durch den ihr zugeordneten Wandler separat zu Versorgungszwecken nutzen lässt. Vorzugsweise ist die Energiespeicheranordnung als Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, da sich gerade in diesem Anwendungsfall zahlreiche Vorteile, wie die oben beschriebenen, ergeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Energiespeicheranordnung einen vom ersten und zweiten Versorgungspfad separierten Gesamtspannungsabgriff auf, an welchem eine durch die Energiespeicheranordnung bereitstellbare Gesamtspannung abgreifbar ist, die insbesondere größer ist als die zweite Spannung. Die zweite Spannung stellt vorzugsweise eine für die Versorgung eines NV-Kraftfahrzeugbordnetzes geeignete Spannung, zum Beispiel eine 12V-Spannung, dar. Die Gesamtspannung dagegen kann zum Beispiel eine MV-Spannung, zum Beispiel 48V, oder auch eine HV-Spannung darstellen. Diese Ausgestaltung der Erfindung macht es nun vorteilhafterweise möglich, die durch die Energiespeicheranordnung bereitstellbare Gesamtspannung an einem separaten Ausgang, zum Beispiel einem dritten Ausgang der Energiespeicheranordnung, bereitzustellen, und damit unabhängig vom ersten und zweiten Versorgungspfad. Mit anderen Worten lässt sich über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad eine Energieversorgung bereitstellen, die unabhängig von der Bereitstellung der an der Energiespeicheranordnung abgreifbaren Gesamtspannung ist. Dies hat den großen Vorteil, dass eine Energieversorgung über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad unabhängig von einem bereitgestellten Gesamtspannungsabgriff bereitgestellt werden kann. In Situationen, in welchem zum Beispiel eine Trennung des Gesamtspannungsabgriffs vom restlichen Kraftfahrzeugbordnetzes erforderlich ist, zum Beispiel im Fehlerfall oder bei abgeschaltetem Fahrzeug bzw. abgeschalteter Zündung, kann so dennoch weiterhin eine Energieversorgung über den ersten und/oder zweiten Ausgang der Energiespeicheranordnung bereitgestellt werden. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Wandlereinrichtungen einer jeweiligen Zelleneinheit zugeordnet sind und dadurch in die Energiespeicheranordnung, d.h. insbesondere in die Kraftfahrzeugbatterie, integriert sind. Im Gegensatz dazu ist es im Stand der Technik üblich, gerade bei elektrifizierten Fahrzeugen Wandlereinrichtungen separat von einer Traktionsbatterie und dieser insbesondere nachgeschaltet anzuordnen, um die durch die Batterie bereitgestellte Gesamtspannung auf die 12V-Bordnetzspannung zu wandeln. Da deshalb solche Wandlereinrichtung unweigerlich mit den MV- oder HV-Potenzialen der Batterie gekoppelt werden müssen, steht auch keine Energieversorgung durch die nachgeschalteten Wandlereinrichtungen für das 12V-Bordnetz mehr bereit, wenn diese MV- bzw. HV-Potenziale aus irgend einem Grund vom restlichen Bordnetz abgekoppelt werden.
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Durch die Erfindung wird es dagegen vorteilhafterweise ermöglicht, dass auch wenn die MV- bzw. HV-Potenziale der Batterie vom restlichen System getrennt sind, dennoch eine Versorgung des 12V-Bordnetzes über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad bereitgestellt werden kann, da die Versorgungspfade von dem Gesamtspannungsabgriff der Energiespeicheranordnung separiert sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Energiespeicheranordnung eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die jeweiligen Schalteinrichtungen zur Kopplung oder Entkopplung der Wandlereinrichtungen vom ersten und/oder zweiten Versorgungspfad in Abhängigkeit von mindestens einem Steuerparameter anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann dabei beispielsweise steuern, welche der mehreren Zelleinheiten mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfad gekoppelt werden und welche nicht, sowie auch ob eine jeweilige Zelleinheit mit dem ersten oder mit dem zweiten Versorgungspfad gekoppelt wird. Hierdurch ist ein enorm hohes Maß an Flexibilität bezüglich der Kopplung der einzelnen Zelleinheiten mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfad bereitgestellt und die Kopplung kann dadurch an vielzählige unterschiedliche Situationen und Anforderungen angepasst werden, wie nachfolgend näher beschrieben ist.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn mindestens ein Steuerparameter zum Beispiel eine jeweilige über den ersten und zweiten Versorgungspfad angeforderte Versorgungsleistung darstellt. Wird also beispielsweise in einer bestimmten Situation gerade mehr Leistung über den ersten Versorgungspfad angefordert als über den zweiten, so können vorteilhafterweise mehr Zelleinheiten über die zugeordneten Wandlereinrichtungen auf den ersten Versorgungspfad aufgeschaltet werden als auf den zweiten. Somit kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass eine über die jeweiligen Versorgungspfade angeforderte Leistung durch geeignete Schaltung der Wandlereinrichtung bereitgestellt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt mindestens ein Steuerparameter einen Zellenparameter der Batteriezellen dar, insbesondere einen aktuellen Ladezustand der Batteriezellen. Die Kopplung mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfad kann somit vorteilhafterweise gleichzeitig auch so gesteuert werden, dass sich hierdurch ein Zell-Balancing bereitstellen lässt. Die Ladezustände der Batteriezellen lassen sich so vorteilhafterweise angleichen und können so näherungsweise immer auf ein und demselben Niveau gehalten werden. Insbesondere ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn eine jeweilige der Zelleneinheiten nur eine einzelne Batteriezelle umfasst. In diesem Fall ist einer jeweiligen einzelnen Batteriezelle auch eine entsprechende Wandlereinrichtung zugeordnet und zu dieser parallel geschaltet. Entsprechend kann eine jeweilige Batteriezelle auch individuell mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfad gekoppelt oder von diesen entkoppelt werden, insbesondere in Abhängigkeit von deren Ladezustand im Vergleich zu den Ladezuständen der übrigen Batteriezellen. Auf eine zusätzliche Balancing-Schaltung kann somit vorteilhafterweise vollständig verzichtet werden, da die Funktion des Zell-Balancing vollständig von der beschriebenen Wandlereinrichtungsanordnung übernommen werden kann.
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Ist die Energiespeicheranordnung beispielsweise als HV-Batterie ausgestaltet, so ist es, wie bereits beschrieben, bevorzugt, dass nicht jeder einzelnen Batteriezelle eine Wandlereinrichtung zugeordnet ist, sondern einem jeweiligen Batteriemodul, wobei ein jeweiliges Batteriemodul wiederum mehrere einzelne Batteriezellen, zum Beispiel in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung, umfasst. In diesem Fall kann zumindest ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriemodulen durch geeignete Ansteuerung der Schalteinrichtungen der jeweiligen den Zelleinheiten bzw. Batteriemodulen zugeordneten Wandlereinrichtungen bewerkstelligt werden. Der Steuerparameter kann dennoch einen Zellenparameter, wie zum Beispiel der Ladezustand einer jeweiligen der Batteriezellen, darstellen, oder auch einen Zelleinheitparameter, wie zum Beispiel der Mittelwert der Ladezustände der Batteriezellen, die in einer jeweiligen Zelleinheit angeordnet sind. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, dass innerhalb eines jeweiligen Moduls eine Balancing-Schaltung vorgesehen ist, um auch einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Batteriezellen innerhalb eines Zellmoduls zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt mindestens ein Steuerparameter einen detektierten Fehlzustand dar, welcher insbesondere eine eingeschränkte oder verhinderte Energieversorgung über entweder den ersten oder über den zweiten Versorgungspfad betrifft, oder welcher eine eingeschränkte oder verhinderte Energieversorgung durch zumindest eine der Batteriezellen betrifft. Auch in diesem Fall können die jeweiligen Schalteinrichtungen vorteilhafterweise derart angesteuert werden, dass zum Beispiel im Fall eines Fehlzustands, der den ersten Versorgungspfad betrifft, die den jeweiligen Zelleinheiten zugeordneten Wandlereinrichtungen auf den zweiten Versorgungspfad aufgeschaltet werden, und umgekehrt. Auch im Falle eines Defekts innerhalb der Energiespeicheranordnung, zum Beispiel im Falle eines Defekts einer oder mehrerer der Batteriezellen bzw. Zelleinheiten, können die Schalteinrichtungen derart angesteuert werden, dass zumindest noch funktionsfähige Batteriezellen bzw. Zelleinheiten auf den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad aufgeschaltet werden bzw. sind, sodass vorteilhafterweise weiterhin eine Energieversorgung über den ersten und/oder den zweiten Versorgungspfad bereitgestellt werden kann.
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Vorteilhaft ist es vor allem, wenn mehrere, insbesondere alle beschriebenen Steuerparameter zur Steuerung der jeweiligen Schalteinrichtung verwendet werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Bordnetzanordnung ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und eine mit diesem koppelbare oder gekoppelte erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen umfasst. Die für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten somit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Bordnetzanordnung.
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Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass das Bordnetz eine mit dem ersten Ausgang der Energiespeicheranordnung gekoppelte erste Versorgungsleitung und eine mit dem zweiten Ausgang der Energiespeicheranordnung gekoppelte zweite Versorgungsleitung und mindestens einen Sicherheitsverbraucher umfasst, insbesondere eine Bremse und/oder eine Lenkung und/oder ein Fahrerassistenzsystem, der zumindest im fehlerfreien Zustand der Bordnetzanordnung sowohl über die erste Versorgungsleitung als auch über die zweite Versorgungsleitung mit Energie versorgbar ist. Darüber hinaus kann das Bordnetz auch mindestens einen von einem Sicherheitsverbraucher verschiedenen Verbraucher aufweisen, der dann vorzugsweise nur mit einer der ersten und zweiten Versorgungsleitungen gekoppelt ist. Über die beiden Versorgungsleitungen, von denen jeweils eine mit einem der durch die Energiespeicheranordnung bereitgestellten Versorgungspfade gekoppelt ist, lässt sich somit vorteilhafterweise eine besonders robuste, sichere, redundante und auch unabhängige Energieversorgung gerade für Sicherheitsverbraucher bereitstellen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine dieser beiden Versorgungsleitungen ausschließlich mit Sicherheitsverbrauchern gekoppelt ist, während die andere der beiden Versorgungsleistung sowohl mit den Sicherheitsverbrauchern, gekoppelt ist, sowie mit zusätzlichen Verbrauchern. Hierdurch lässt sich ein besonders hohes Maß an Versorgungssicherheit gerade für Sicherheitsverbraucher bereitstellen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit elektromotorischem Antrieb, mit einer erfindungsgemäßen Bordnetzanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug als Sicherheitsverbraucher ein Fahrerassistenzsystem zur Ausführung einer hochautomatisierten Fahrfunktion aufweisen. Weitere Sicherheitsverbraucher können zum Beispiel eine Bremse oder elektrische Lenkung des Kraftfahrzeugs darstellen.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung mittels einer Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Energiespeicheranordnung mehrere Zelleinheiten aufweist, eine jeweilige Zelleinheit zumindest eine Batteriezelle umfasst, die Energiespeicheranordnung mehrere Wandlereinrichtungen aufweist, und eine jeweilige der Wandlereinrichtungen einer jeweiligen der Zelleinheiten zugeordnet ist und zu der zugeordneten Zelleinheit parallel geschaltet ist und eine an der zugeordneten Zelleneinheit abgreifbare und an einem Wandler-Eingang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte erste Spannung in eine an einem Wandler-Ausgang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellten zweiten Spannung wandelt. Weiterhin weist die Energiespeicheranordnung einen ersten Versorgungspfad auf, über welchen eine erste Energieversorgung an einem ersten Ausgang der Energiespeicheranordnung bereitgestellt wird, sowie einen zweiten Versorgungspfad, über welchen einer zweiten Energieversorgung an einem zweiten Ausgang der Energiespeicheranordnung bereitgestellt wird, und der Wandler-Ausgang einer jeweiligen Wandlereinrichtung mit einer Schalteinrichtung verbunden ist, mittels welcher die Wandler-Ausgänge der jeweiligen Wandlereinrichtungen unabhängig voneinander mit dem ersten Versorgungspfad und/oder dem zweiten Versorgungspfad gekoppelt oder entkoppelt werden.
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Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung und ihren Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Bordnetzanordnung mit einer als MV-Batterie ausgebildeten Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer als MV-Batterie ausgebildeten Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bordnetzanordnung 10 mit einer hier exemplarisch als MV-Batterie 11 ausgebildeten Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die MV-Batterie 11 weist in diesem Beispiel mehrere, zum Beispiel dreizehn, in Reihe geschaltete Batteriezellen 12 auf. Die Batteriezellen 12 können zum Beispiel als Lithiumionenzellen ausgebildet sein. Weiterhin weist die MV-Batterie 11 mehrere Wandlereinrichtungen 13 auf, wobei eine jeweilige der Wandlereinrichtungen 13 einer Zelleinheit 14 zugeordnet ist, die im Allgemeinen eine oder mehrere Batteriezellen 12 in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung umfassen kann. In diesem Beispiel umfasst eine jeweilige der Zelleneinheiten 14 nur eine einzige Batteriezelle 12. Entsprechend ist eine jeweilige der Wandlereinrichtungen 13 genau einer der Batteriezellen 12 zugeordnet und zu der zugeordneten Batteriezelle 12 parallel geschaltet.
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Diese beschriebene Ausgestaltung der MV-Batterie 11 lässt sich in analoger Weise für jede beliebiger Batterie umsetzen, insbesondere auch für eine 12V-Batterie oder eine HV-Batterie. Ist die Energiespeicheranordnung beispielsweise als HV-Batterie ausgebildet, so ist es ebenfalls prinzipiell möglich, zu jeder der Batteriezellen 12 eine zugeordnete Wandlereinrichtung 13 parallel zu schalten. Aufgrund der hohen Anzahl an Batteriezellen 12 in üblichen HV-Batterien ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine jeweilige Zelleinheit 14, welcher ein jeweiliger Wandler 13 zugeordnet ist, mehrere Batteriezellen 12, die in einer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltungen angeordnet sind, umfasst. Die zuvor und nachfolgend noch beschriebenen Beispiele und Ausführungen, die auf die einzelnen Batteriezellen 12 Bezug nehmen, lassen sich in ganz analoger Weise auch mit Bezug auf entsprechende Zelleneinheiten 14 bzw. Batteriemodule, die mehrere Batteriezellen 12 umfassen, anwenden.
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In diesem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird an einem jeweiligen Wandler-Eingang 15 die an einer jeweiligen zugeordneten Batteriezelle 12 abgreifbare Einzelspannung als Eingangsspannung bereitgestellt und eine, in diesem Beispiel höhere, und für ein Niedervolt-Bordnetz 16 der Bordnetzanordnung 10 geeignete Versorgungsspannung, wie zum Beispiel 12 V, gewandelt. Diese gewandelte Spannung wird dann entsprechend an einem jeweiligen Wandler-Ausgang 17 bereitgestellt, insbesondere gegenüber einem definierten Potenzial, wie zum Beispiel einem definierten Massepotenzial 18. Da die eingangsseitigen Bezugspotenziale der jeweiligen Wandlereinrichtungen 13 unterschiedlich sind, sind die Wandlereinrichtungen 13 jeweils als galvanisch getrennte Wandlereinrichtungen 13, insbesondere als galvanische getrennte DC/DC-Wandler ausgebildet.
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Darüber ist ein jeweiliger Wandler-Ausgang 17, welcher nicht mit dem Massepotenzial 18 gekoppelt ist, über eine Schalteinrichtung 19 mit einem ersten Versorgungspfad 20 zur Bereitstellung einer ersten Energieversorgung an einem ersten Ausgang 21 der MV-Batterie 11, und/oder einem zweiten Versorgungspfad 22 zur Bereitstellung einer zweiten Energieversorgung an einem zweiten Ausgang 23 der MV-Batterie 11 koppelbar und/oder entkoppelbar. Die beiden Versorgungspfade 20, 22 können beispielsweise als Stromschienen bereitgestellt sein.
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Eine jeweilige Schalteinrichtung 19 kann zum Beispiel, wie in 1 dargestellt, zwei Schalter 24 aufweisen, wobei der Wandler-Ausgang 17 eines jeweiligen Wandlers 13 über einen ersten dieser Schalter 24 mit dem ersten Versorgungspfad 20 koppelbar und von diesem entkoppelbar ist und über einen zweiten dieser Schalter 24 mit dem zweiten Versorgungspfad 22 koppelbar und von diesem entkoppelbar ist. Die Schalteinrichtung 19 kann aber auch beliebig anders ausgestaltet sein, zum Beispiel mit einem Wechselschalter oder Ähnlichem, um eine Kopplung und Entkopplung mit dem ersten und/oder zweiten Versorgungspfad 20, 22 zu bewerkstelligen.
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Für manche Anwendungszwecke ist es auch möglich, dass der Ausgang 17 eines jeweiligen Spannungswandlers 13 gleichzeitig über die Schalteinrichtungen 19 sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Versorgungspfad 20, 22 gleichzeitig koppelbar ist. Für die hier bevorzugten Anwendungsfälle jedoch, nämlich für die Verwendung der beschriebenen Energiespeicheranordnung 11 bzw. der Bordnetzanordnung 10 in einem Kraftfahrzeug mit hochautomatisierten Fahrfunktionen, ist es jedoch bevorzugt, dass ein jeweiliger Wandler-Ausgang 17 zu einem gegebenen Zeitpunkt über die Schalteinrichtung 9 höchstens nur mit einem der beiden Versorgungspfade 20, 22 koppelbar ist. Denn hierdurch lassen sich vollständig voneinander unabhängige Versorgungspfade 20, 22 zur Bereitstellung einer redundanten Energieversorgung, insbesondere für Sicherheitsverbraucher, bereitstellen. Durch diese Unabhängigkeit kann ein besonders hohes Maß an Sicherheit bereitgestellt werden, welches den Sicherheitsanforderungen für derartige Fahrzeuge mit hochautomatisierten Fahrfunktionen gerecht wird.
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Das Niedervolt-Bordnetz 16 umfasst weiterhin zwei Versorgungsleitungen, nämlich eine erste Versorgungsleitung 30, welche mit dem ersten Ausgang 21 der MV-Batterie 11, der mit dem ersten Versorgungspfad 20 gekoppelten ist, verbunden ist, und eine zweite Versorgungsleitung 31, welche entsprechend mit dem zweiten Ausgang 23 der MV-Batterie 11, welcher mit dem zweiten Versorgungspfad 22 verbunden ist, gekoppelt ist. Weiterhin umfasst das Niedervolt-Bordnetz 16 einen oder mehrere Verbraucher 32, welche nicht sicherheitsrelevant sind und über die erste Versorgungsleitung 30 mit Energie versorgbar sind. Andererseits umfasst das Niedervolt-Bordnetz 16 auch sicherheitsrelevante Verbraucher, insbesondere Sicherheitsverbraucher 33, wie zum Beispiel eine Bremse, eine Lenkung und/oder ein Fahrerassistenzsystem zur Ausführung einer hochautomatisierten Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs. Diese Sicherheitsverbraucher 33 sind dabei sowohl über die erste Versorgungsleitung 30 als auch über die zweite Versorgungsleitung 31 mit Energie versorgbar. Im betriebsgemäßen, fehlerfreien Zustand des Systems können diese Sicherheitsverbraucher 33 ihre benötigte Leistung zum Teil, also beispielsweise zur Hälfte, über die erste Versorgungsleitung 30, und zum Teil, zum Bespiel zur Hälfte, über die zweite Versorgungsleitung 31 beziehen. Hierdurch kann für die Sicherheitsverbraucher 33 vorteilhafterweise eine redundante und voneinander unabhängige Energieversorgung über die beiden Versorgungsleitungen 30, 31 bereitgestellt werden.
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Des Weiteren weist die MV-Batterie 11 auch zwei MV-Anschlüsse 25, 26 auf, an welchem eine MV-Spannung als Gesamtspannung, zum Beispiel 48V, abgreifbar ist, die insbesondere höher ist als die am Niedervolt-Bordnetz 16 bereitgestellte Versorgungsspannung. Diese abgreifbare Gesamtspannung entspricht dabei also der durch die Reihenschaltung der Batteriezellen 12 bereitgestellten Summenspannung. Die MV-Anschlüsse 25, 26 sind weiterhin mit dem MV-Bordnetz gekoppelt, über welches MV-Verbraucher, wie zum Beispiel ein Elektromotor EM bzw. eine diesen versorgende Leistungselektronik mit Energie versorgbar ist. Über in der MV-Batterie 11 vorgesehene Hauptschütze 28, 29 kann die MV-Versorgung bei Bedarf vom MV-Bordnetz 27 getrennt werden. Dies ist in der Regel der Fall, falls ein Fehler innerhalb der MV-Batterie 11 auftritt, oder auch im abgeschalteten Zustand des Kraftfahrzeugs bei ausgeschalteter Zündung. Die Abtrennung der durch die MV-Batterie 11 bereitgestellten MV-Potenziale vom MV-Bordnetz durch Öffnen dieser Hauptschütze 28, 29 lässt dabei vorteilhafterweise die Energieversorgung des Niedervolt-Bordnetzes 16 über den ersten und zweiten Versorgungspfad 20, 22 unbeeinflusst. Es wird daher auch eine Energieversorgung über die erste und zweite Versorgungsleitung 30, 31 ermöglicht, selbst wenn die Hauptschütze 28, 29 geöffnet sind. Die über diese Versorgungsleitungen 30, 31 realisierten Klemme-30- bzw. Klemme-30AT-Anschlüsse haben daher eine sehr gute Verfügbarkeit und können damit auch bei abgeschalteter Zündung oder in anderen Situationen, die ein Öffnen der Hauptschütze 28, 29 erfordern, eine Energieversorgung bereitstellen. Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Stand der Technik eine Energieversorgung eines Niedervolt-Bordnetzes durch eine Wandlereinrichtung dadurch realisiert, indem die Wandlereinrichtung mit dem entsprechenden MV- oder HV- Potentialen gekoppelt ist. Bei einer erforderlichen Trennung dieser HV- oder MV-Potentiale vom Bordnetz kann auch über den Wandler keine Energieversorgung des Niedervolt-Bordnetzes mehr zur Verfügung gestellt werden. Dies macht wiederum weitere Energiespeicher erforderlich, an die besonders hohe Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Dagegen kann durch die Erfindung oder ihre Ausgestaltungen ein deutlich höheres Maß an Versorgungssicherheit auf deutlich bauraumeffizientere Weise und deutlich effizienter bereitgestellt werden.
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Durch diese Ausbildung der Bordnetzanordnung bzw. der Energiespeicheranordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung lässt sich ein äußerst robustes Konzept zur Sicherstellung der Energieversorgung für Sicherheitsverbraucher 33 bereitstellen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass mehrere in die MV-Batterie 11 integrierte Wandler 13 vorgesehen sind, über welche sich die Einzelspannungen der jeweiligen Batteriezellen 12 separat und unabhängig voneinander abgreifen und zur Energieversorgung nutzen lassen. Kommt es aufgrund eines Defekts innerhalb der MV-Batterie 11 zum Beispiel zu einem Ausfall einer oder mehrerer der Batteriezellen 12, so kann, solange zumindest noch eine funktionsfähige Batteriezellen 12 in der MV-Batterie 11 vorhanden ist, weiterhin eine Energieversorgung über den ersten und/oder zweiten Versorgungspfad 20, 22 bzw. die entsprechenden Versorgungsleitungen 30, 31 für die Sicherheitsverbraucher 33 bereitgestellt werden. Selbst wenn in einem solchen Fehlerfall die Trennung des MV-Potenzials der MV-Batterie 11 vom MV-Bordnetz 27 durch Öffnen der Hauptschütze 28, 29 erforderlich ist, so kann durch die Unabhängigkeit des ersten und zweiten Versorgungspfads 20, 22 vom MV-Potenzial dennoch weiterhin eine Versorgung über die erste und/oder zweite Versorgungsleitung 30, 31 für die Sicherheitsverbraucher 33 bereitgestellt werden. Auch in anderen Situationen, zum Beispiel bei abgeschaltetem Fahrzeug, d.h. bei ausgeschalteter Zündung, kann weiterhin eine Energieversorgung über die erste und zweite Versorgungsleitung 30, 31 bzw. die korrespondierenden Versorgungspfade 20, 22 bereitgestellt werden, auch wenn in dieser Situation die Hauptschütze 28, 29 geöffnet sind.
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Weiterhin ist ein zweiter Energiespeicher 34 parallel zu den Verbrauchern 32, 33 geschaltet, sodass auch im Fall, dass keine Energieversorgung über den ersten und zweiten Versorgungspfad 20, 22 bereitgestellt werden kann, dennoch weiterhin eine Energieversorgung der Verbraucher 32, 33 über den zweiten Speicher 34, wie zum Beispiel eine Starterbatterie bzw. 12 V Batterie, bereitgestellt werden kann. Dieser zweite Speicher 34 kann im Normalbetrieb, das heiß zumindest im fehlerfreien Zustand des Systems, über die erste Versorgungsleitung 30 geladen werden.
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Dadurch, dass die Einzelspannungen der Batteriezellen 12 durch die zugeordneten Wandlereinrichtungen 13 jeweils separat nutzbar sind, wird zudem nicht nur ein im Hinblick auf Ausfallsicherheit besonders robustes Energieversorgungskonzept bereitgestellt, sondern es lassen sich weitere zusätzliche Vorteile erzielen. Beispielsweise kann dadurch, dass jede Wandlereinrichtungen 13 separat auf die erste oder zweite Versorgungsschiene 20, 22 aufschaltbar ist, gleichzeitig ein aktives Zell-Balancing der Batteriezellen 12 umgesetzt werden. Auf eine zusätzliche aktive Balancing-Schaltung kann somit vorteilhafterweise verzichtet werden, da diese Funktionen gleichzeitig in die dargestellte Schaltung integriert werden kann. So kann ein Koppeln der jeweiligen Ausgänge 17 der Wandlereinrichtungen 13 über die Schalteinrichtungen 19 mit dem ersten oder zweiten Versorgungspfad 20, 22 je nach Strombedarf der jeweiligen Versorgungspfade 20, 22 und dem Ladezustand der Batteriezellen 12 erfolgen.
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Auch im Falle eines Defekts, der eine Versorgung der Sicherheitsverbraucher 33 über die erste oder zweite Versorgungsleitung 30, 31 verhindert, kann dennoch eine Stromversorgung über die jeweils andere der beiden Versorgungsleitungen 30, 31 bereitgestellt werden. Zur Ansteuerung der Wandlereinrichtungen 13 bzw. der Schalteinrichtungen 19 kann eine entsprechende Steuereinrichtung vorgesehen sein, die im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer wiederum exemplarisch als MV- oder HV-Batterie 11 ausgebildeten Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 11 kann wie zu 1 beschrieben ausgestaltet sein, wobei in dieser Darstellung und 2 noch weitere Details gezeigt sind. Die Batterie 11 kann zum Beispiel ein Batteriemanagementsystem 35 zur Überwachung und Regelung des Batteriebetriebs aufweisen. Insbesondere kann dieses Batteriemanagementsystem 35 wie bekannt ausgebildet sein. Durch dieses Batteriemanagementsystem 35 können verschiedene Zellparameter oder Batterieparameter erfasst und/oder ausgewertet werden, wie zum Beispiel die Einzelzellspannungen der jeweiligen Batteriezellen 12, die Temperatur innerhalb der Batterie, auch lokale Temperaturen im Bereich einer oder mehrerer der Batteriezellen 12, die Gesamtspannung, welche durch eine entsprechende Gesamtspannungsmessung 36 erfassbar ist, sowie auch diverse weitere Größen, wie zum Beispiel Stromstärken, zu welchem Zweck in der Batterie 11 auch diverse Stromsensoren verbaut sein können, wie zum Beispiel die hier in den Versorgungspfaden 20, 22 dargestellten Stromsensoren I. Das Batteriemanagementsystem 35 kann auch zur Durchführung eines passiven Balancing der Batteriezellen 12 ausgelegt sein.
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Weiterhin weist die Batterie 11 eine erste Steuereinrichtung 36 auf, die zur Steuerung oder Regelung der einzelnen Wandler 13 ausgelegt ist. Diese Steuereinrichtung 36 kann die einzelnen Wandler 13 beispielsweise aktivieren oder deaktivieren oder die jeweiligen Wandler 13 in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung so steuern bzw. regeln, dass diese möglichst in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
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Weiterhin kann die Batterie 11 auch eine zweite Steuereinrichtung 37 zum Steuern der Schalteinrichtungen 19 aufwiesen. Diese Steuereinrichtung 37 kann beispielsweise einen Spannungsregler umfassen, der die an den jeweiligen Wandler-Ausgängen 17 bereitgestellte Spannung auf den geforderten Wert, in diesem Beispiel 12V, regelt. Am Eingang des Spannungsreglers kann beispielsweise die aktuelle an den jeweiligen Versorgungsleitungen 30, 31 bzw. an bestimmten Klemmen, wie zum Bespiel Klemme 30 und/oder Klemme 15, gegenüber Masse abfallende Spannungen bereitgestellt sein. Hierüber lassen sich beispielsweise Spannungseinbrüche oder Spannungsabfälle in den Versorgungsleitungen 30, 31 detektieren, die im Falle zu hoher Leistungsanforderungen auftreten. Infolgedessen kann der Spannungsregler entsprechend eine Ansteuerung der Schalteinrichtungen 19 bewirken, so dass auf diese Versorgungsleitung 30, 31 bzw. auf den korrespondierenden Versorgungspfad 20, 22 mehr Wandler 13 aufgeschaltet werden. Zu Steuerung oder Regelung der Wandler 13 und/oder der Schalteinrichtungen 19 über die erste und/oder zweite Steuereinrichtung 36, 37 können auch weitere, zum Beispiel über einen CAN-Bus 38 an der Batterie 11 bereitgestellte Informationen verwendet werden, beispielsweise Informationen über detektierte Defekte im Bordnetz, in den Verbrauchern, welche der Verbraucher gerade aktiv oder inaktiv sind, oder Ähnliches.
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Die Steuerung der Aufschaltung der jeweiligen Wandler 13 auf die Versorgungspfade 20, 22 kann aber nicht nur in Abhängigkeit von der aktuell geforderten Leistung erfolgen, sondern, wie oben beschrieben, zusätzlich auch Abhängigkeit vom Ladezustand der jeweiligen Batteriezellen 12 erfolgen, so dass durch geeignete Ansteuerung der Schalteinrichtungen 19 gleichzeitig ein aktives Balancing umgesetzt werden kann. Die Information über die aktuellen Ladezustände der einzelnen Batteriezellen 12 kann wiederum vom Batteriemanagementsystem 35 an die erste und/oder zweite Steuereinrichtung 36, 37 bereitgestellt und von diesen zur Steuerung verwendet werden.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Energiespeicheranordnung, insbesondere eine Batterie mit galvanisch getrennten Zellwandlern für erhöhte Versorgungssicherheit, bereitgestellt werden kann, welche zur Bereitstellung der erhöhten Energieversorgungssicherheit so ausgebildet sein kann, dass in einer Zellanordnung aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen pro Zelle einen Wandler vorgesehen ist, wobei für jeden dieser Wandler die Möglichkeit besteht, ihn auf eine von zwei Stromschienen aufzuschalten. Je nach Strombedarf der Stromschienen und dem Ladezustand der Zellen kann durch eine intelligente Verschaltung jeder Wandler zu- oder abgeschaltet werden. Die Batterie liefert durch die Trennung der Wandler und die Nutzung zweier komplett getrennter Stromschienen zwei vollständig voneinander unabhängige Ausgangsspannungen, die für Fahrzeuge mit hochautomatisierten Funktionen erforderlich sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dies für jede beliebige Spannungs- bzw. Zellanzahl zu realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bordnetzanordnung
- 11
- MV-Batterie, Energiespeicheranordnung
- 12
- Batteriezelle
- 13
- Wandlereinrichtung
- 14
- Zelleinheit
- 15
- Wandler-Eingang
- 16
- Niedervolt-Bordnetz
- 17
- Wandler-Ausgang
- 18
- Massepotential
- 19
- Schalteinrichtung
- 20
- erster Versorgungspfad
- 21
- erster Ausgang
- 22
- zweiter Versorgungspfad
- 23
- zweiter Ausgang
- 24
- Schalter
- 25
- MV-Anschluss
- 26
- MV-Anschluss
- 27
- MV-Bordnetz
- 28
- Hauptschütz
- 29
- Hauptschütz
- 30
- erste Versorgungsleitung
- 31
- zweite Versorgungsleitung
- 32
- Verbraucher
- 33
- Sicherheitsverbraucher
- 34
- zweiter Speicher
- 35
- Batteriemanagementsystem
- 36
- erste Steuereinrichtung
- 37
- zweite Steuereinrichtung
- 38
- CAN-Bus
- I
- Stromsensor
