DE102018211717B4 - Accumulator arrangement, vehicle electrical system and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Akkumulatoranordnung (3) für ein Bordnetzsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1) aufweisend- einen Festkörperakkumulator (4) zum Bereitstellen einer Entladeleistung für eine elektrische Antriebseinheit (6) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder zum Aufnehmen einer Ladeleistung, wobei eine Leistungsdichte des Festkörperakkumulators (4) bei Temperaturen unterhalb eines vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts einen vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert unterschreitet,- eine Heizeinrichtung (10) zum Heizen des Festkörperakkumulators (4) und Erhöhen der Leistungsdichte des Festkörperakkumulators (4), und- einen Flüssigelektrolytakkumulator (5), wobei eine Leistungsdichte des Flüssigelektrolytakkumulators bei Temperaturen unterhalb des vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts den vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert überschreitet, und wobei der Flüssigelektrolytakkumulator (4) mit der Heizeinrichtung (10) elektrisch verschaltet ist und zum Bereitstellen einer Entladeleistung für die Heizeinrichtung (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dassder Flüssigelektrolytakkumulator (5) über eine steuerbare Schalteinrichtung (15) mit der Heizeinrichtung (10) verschaltet ist und eine Steuereinrichtung (16) der Akkumulatoranordnung (3) dazu ausgelegt ist, eine für den Festkörperakkumulator (4) bereitgestellte Ladeleistung zu bestimmen und die Schalteinrichtung (15) zum Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators (5) mit der Heizeinrichtung (10) anzusteuern, falls die Ladeleistung einen vorbestimmten, ein Schnellladen charakterisierenden Ladeleistungswert überschreitet.Accumulator arrangement (3) for an on-board power supply system (2) of a motor vehicle (1), having a solid-state accumulator (4) for providing discharge power for an electric drive unit (6) of the motor vehicle (1) and/or for receiving charging power, with a power density of the solid state accumulator (4) falls below a predetermined power density minimum value at temperatures below a predetermined temperature threshold value, - a heating device (10) for heating the solid state accumulator (4) and increasing the power density of the solid state accumulator (4), and - a liquid electrolyte accumulator (5), wherein a power density of the liquid electrolyte accumulator exceeds the predetermined minimum power density value at temperatures below the predetermined temperature threshold value, and wherein the liquid electrolyte accumulator (4) is electrically connected to the heating device (10) and for providing a discharge power for the heating device (10), characterized in that the liquid electrolyte accumulator (5) is connected to the heating device (10) via a controllable switching device (15) and a control device (16) of the accumulator arrangement (3) is designed for the solid-state accumulator (4 ) to determine the charging power provided and to activate the switching device (15) for connecting the liquid electrolyte accumulator (5) to the heating device (10) if the charging power exceeds a predetermined charging power value characterizing rapid charging.

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoranordnung für ein Bordnetzsystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetzsystem mit einer Akkumulatoranordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetzsystem.The invention relates to an accumulator arrangement for an on-board power supply system of a motor vehicle. The invention also relates to an onboard power supply system with an accumulator arrangement and a motor vehicle with an onboard power supply system.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetzsysteme für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Bordnetzsysteme weisen üblicherweise eine elektrische Antriebseinheit auf, welche über einen Hochvoltakkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Solche Hochvoltakkumulatoren sind üblicherweise Flüssigelektrolytakkumulatoren, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Aufgrund einer eher niedrigen Energiedichte der Lithium-Ionen-Akkumulatoren stellen solche Lithium-Ionen-Akkumulatoren üblicherweise eine eher geringe Reichweite bereit. Die Reichweite kann zwar durch Vergrößern des Hochvoltakkumulators, beispielsweise durch Hinzufügen weiterer Flüssigelektrolytzellen, erhöht werden, jedoch hat dies eine Gewichts- und Kostensteigerung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung.In the present case, interest is directed towards vehicle electrical systems for electrically driven motor vehicles, for example electric or hybrid vehicles. Such vehicle electrical system systems usually have an electric drive unit, which is supplied with electric energy via a high-voltage accumulator. Such high-voltage accumulators are usually liquid-electrolyte accumulators, for example lithium-ion accumulators. Due to a rather low energy density of the lithium-ion accumulators, such lithium-ion accumulators usually provide a rather short range. Although the range can be increased by enlarging the high-voltage accumulator, for example by adding more liquid electrolyte cells, this results in an increase in the weight and cost of the motor vehicle.

Auch sind aus dem Stand der Technik Festkörperakkumulatoren bzw. Feststoffbatterien mit einem festen Elektrolyten bekannt. Diese Festkörperakkumulatoren weisen unter anderem den Vorteil auf, dass der feste Elektrolyt nicht entflammbar ist und die Festkörperakkumulatoren somit als besonders sicher gelten. Außerdem kann der Festkörperakkumulator aufgrund seiner hohen Energiedichte eine hohe Reichweite für das Kraftfahrzeug bereitstellen. Jedoch weisen solche Festkörperakkumulatoren üblicherweise eine geringere Leistungsdichte als Flüssigelektrolytakkumulatoren auf. Insbesondere bei tiefen Außentemperaturen ist die Leistungsdichte derart niedrig, dass im Falle einer Verwendung des Festkörperakkumulators als Traktionsbatterie kaum Entladeleistung für die Antriebseinheit und damit kaum Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug zur Verfügung stehen.Solid-state accumulators or solid-state batteries with a solid electrolyte are also known from the prior art. One of the advantages of these solid state accumulators is that the solid electrolyte is not flammable and the solid state accumulators are therefore considered to be particularly safe. In addition, due to its high energy density, the solid-state battery can provide a long range for the motor vehicle. However, such solid-state accumulators usually have a lower power density than liquid-electrolyte accumulators. In particular at low outside temperatures, the power density is so low that if the solid-state accumulator is used as a traction battery, hardly any discharge power is available for the drive unit and therefore hardly any drive power for the motor vehicle.

Dazu ist aus der DE 10 2016 213 159 A1 eine Hybrid-Lithiumionenbatterie bekannt, welche eine erste und eine zweite Elektrode, einen Feststoffelektrolytbereich und einen Flüssigelektrolytbereich aufweist. Die Hybrid-Lithiumionenbatterie weist außerdem eine Heizeinrichtung auf, die dazu ausgestaltet ist, den Feststoffelektrolytbereich gezielt steuerbar zu beheizen.This is from the DE 10 2016 213 159 A1 a hybrid lithium ion battery is known which has a first and a second electrode, a solid electrolyte region and a liquid electrolyte region. The hybrid lithium-ion battery also has a heating device that is designed to heat the solid electrolyte area in a targeted, controllable manner.

Aus der EP 2 908 378 A1 ist ein Batteriesystem bekannt, das eine erste Batteriegruppe, welche eine erste Kapazität besitzt und geeignet ist, bei einer ersten Temperatur zu arbeiten, wobei die Batteriezellen der ersten Batteriegruppe Lithium-Ion-Batterien sein können, aufweist. Außerdem weist das Batteriesystem eine zweite Batteriegruppe auf, welche elektrisch mit der ersten Batteriegruppe verbunden ist und welche eine zweite Kapazität besitzt und geeignet ist, bei einer zweiten Temperatur zu arbeiten, wobei die zweite Kapazität größer ist als die erste Kapazität, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Die zweite Batteriegruppe beinhaltet ein Festkörperelektrolyt. Ferner weist das Batteriesystem ein erstes Heizmodul, welches elektrisch mit der ersten Batteriegruppe verbunden ist, und ein Steuerungsmodul auf, welches konfiguriert ist, die erste Batteriegruppe zur Versorgung des ersten Heizmoduls mit Strom zu veranlassen, um der Batteriegruppe Wärme zu liefern.From the EP 2 908 378 A1 a battery system is known which has a first battery group which has a first capacity and is suitable for operating at a first temperature, wherein the battery cells of the first battery group can be lithium-ion batteries. The battery system also includes a second battery pack electrically connected to the first battery pack and having a second capacity and capable of operating at a second temperature, the second capacity being greater than the first capacity, the second temperature being higher is than the first temperature. The second battery group includes a solid electrolyte. The battery system further includes a first heater module electrically connected to the first battery pack and a control module configured to cause the first battery pack to supply power to the first heater module to provide heat to the battery pack.

Aus der DE 10 2011 101 760 A1 ist ein Batterieheizsystem zur Verwendung mit einem Fahrzeug bekannt und weist eine Batterieheizung und eine Fahrzeugbatterie, die zumindest teilweise zum Fahrzeugvortrieb verwendet wird und beispielsweise eine Hochspannungs-Fahrzeugbatterie ist, auf. Die Batterieheizung ist mit der Fahrzeugbatterie temperaturgekoppelt und erwärmt die Fahrzeugbatterie mit elektrischer Leistung von entweder einer externen Leistungsquelle oder einer internen Leistungsquelle, beispielsweise einer Niederspannungs-Fahrzeugbatterie.From the DE 10 2011 101 760 A1 A battery heating system for use with a vehicle is known and includes a battery heater and a vehicle battery which is used at least in part for vehicle propulsion and is, for example, a high voltage vehicle battery. The battery heater is temperature coupled to the vehicle battery and heats the vehicle battery with electrical power from either an external power source or an internal power source, such as a low voltage vehicle battery.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reichweitenoptimiertes, sicheres sowie leistungsstarkes elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide a range-optimized, safe and powerful electrically driven motor vehicle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Akkumulatoranordnung, ein Bordnetzsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by an accumulator arrangement, an on-board power supply system and a motor vehicle having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung für ein Bordnetzsystem eines Kraftfahrzeugs weist einen Festkörperakkumulator zum Bereitstellen einer Entladeleistung für eine elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs und/oder zum Aufnehmen einer Ladeleistung auf. Eine Leistungsdichte des Festkörperakkumulators unterschreitet bei Temperaturen unterhalb eines vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts einen vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert. Die Akkumulatoranordnung weist außerdem eine Heizeinrichtung zum Heizen des Festkörperakkumulators und Erhöhen der Leistungsdichte des Festkörperakkumulators sowie einen mit der Heizeinrichtung elektrisch verschalteten Flüssigelektrolytakkumulator zum Bereitstellen einer Entladeleistung für die Heizeinrichtung auf. Eine Leistungsdichte des Flüssigelektrolytakkumulators überschreitet bei Temperaturen unterhalb des vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts den vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert.A battery arrangement according to the invention for an on-board power supply system of a motor vehicle has a solid-state battery for providing discharge power for an electric drive unit of the motor vehicle and/or for receiving charging power. At temperatures below a predetermined temperature threshold value, a power density of the solid-state accumulator falls below a predetermined power density minimum value. The accumulator arrangement also has a heating device for heating the solid-state accumulator and increasing the power density of the solid-state accumulator and a liquid-electrolyte accumulator electrically connected to the heating device for providing a discharge power for the heating device. A power density of the liquid electrolyte storage battery exceeds at temperatures below of the predetermined temperature threshold the predetermined power density minimum value.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit sowie mit einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung, wobei der Festkörperakkumulator elektrisch mit der elektrischen Antriebseinheit gekoppelt ist.The invention also relates to an on-board power supply system for a motor vehicle with an electric drive unit and with an accumulator arrangement according to the invention, the solid-state accumulator being electrically coupled to the electric drive unit.

Die elektrische Antriebseinheit weist insbesondere eine elektrische Maschine, beispielsweise eine Drehstrommaschine, und einen Wechselrichter, beispielsweise einen Dreiphasenwechselrichter, auf. Der Festkörperakkumulator bzw. die All-Solid-State Batterie (ASSB) ist dabei über den Wechselrichter mit der elektrischen Maschine verschaltet, welche die von dem Festkörperakkumulator bereitgestellte elektrische Entladeleistung in eine mechanische Antriebsleistung umwandelt. Der Festkörperakkumulator bildet somit eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug. Dazu ist der Festkörperakkumulator als ein Hochvoltakkumulator ausgebildet und weist insbesondere eine Spannungslage zwischen 400 V und 800 V auf. Der Festkörperakkumulator kann außerdem mit einem Ladeanschluss des Bordnetzsystems verbunden sein, welcher mit einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung gekoppelt werden kann.The electric drive unit has in particular an electric machine, for example a three-phase machine, and an inverter, for example a three-phase inverter. The solid-state accumulator or the all-solid-state battery (ASSB) is connected via the inverter to the electrical machine, which converts the electrical discharge power provided by the solid-state accumulator into mechanical drive power. The solid state accumulator thus forms a traction battery for the motor vehicle. For this purpose, the solid-state accumulator is designed as a high-voltage accumulator and in particular has a voltage level between 400 V and 800 V. The solid-state battery can also be connected to a charging connection of the vehicle electrical system, which can be coupled to a vehicle-external charging device.

Der Festkörperakkumulator weist insbesondere eine Vielzahl von miteinander verschalteten Festkörperzellen mit einem festen Elektrolyten auf, wobei die Festkörperzellen eine temperaturabhängige Leistungsdichte aufweisen. Die Leistungsdichte beschreibt einerseits die Entladeleistung, welche der Festkörperakkumulator bezogen auf eine Bezugsgröße, beispielsweise ein Volumen oder Gewicht des Festkörperakkumulators, liefern kann und andererseits die Ladeleistung, die der Festkörperakkumulator bezogen auf die Bezugsgröße aufnehmen kann. Damit ist die Leistungsdichte ein Maß für eine Strombelastbarkeit und eine Schnellladefähigkeit des Festkörperakkumulators. Die Leistungsdichte des Festkörperakkumulators wirkt sich also auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs sowie die Ladezeit beim Laden, beispielsweise durch die fahrzeugexterne Ladevorrichtung und/oder durch eine rückgewonnene Bremsenergie, aus. Der Festkörperakkumulator weist dabei eine mit steigender Temperatur steigende Leistungsdichte auf. Dies bedeutet, dass die Entladeleistung und die Ladeleistung bei hohen Temperaturen höher sind als bei niedrigen Temperaturen. Dies resultiert aus einem hohen Innenwiderstand der Festkörperzellen bei niedrigen Temperaturen. Bei Temperaturen unterhalb des vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts unterschreitet die Leistungsdichte den Leistungsdichte-Mindestwert. Der Temperatur-Schwellwert kann beispielsweise höchstens 10°C, insbesondere in etwa 0°C, betragen. Unterhalb dieses Temperatur-Schwellwerts stellt der Festkörperakkumulator insbesondere kaum Entladeleistung bereit bzw. kann kaum Ladeleistung aufnehmen. Somit steht bei tiefen Temperaturen kaum Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug zur Verfügung.The solid-state accumulator has, in particular, a large number of solid-state cells which are connected to one another and have a solid electrolyte, the solid-state cells having a temperature-dependent power density. The power density describes on the one hand the discharging power that the solid-state battery can deliver based on a reference value, for example a volume or weight of the solid-state battery, and on the other hand the charging power that the solid-state battery can absorb based on the reference value. The power density is thus a measure of the current-carrying capacity and rapid charging capability of the solid-state battery. The power density of the solid-state accumulator thus affects the acceleration of the motor vehicle and the charging time during charging, for example through the charging device external to the vehicle and/or through recovered braking energy. The solid-state accumulator has a power density that increases as the temperature rises. This means that the discharge power and the charge power are higher at high temperature than at low temperature. This results from the high internal resistance of the solid-state cells at low temperatures. At temperatures below the predetermined temperature threshold value, the power density falls below the minimum power density value. The temperature threshold value can, for example, be at most 10°C, in particular approximately 0°C. Below this temperature threshold value, the solid-state accumulator provides hardly any discharge power or can hardly absorb any charging power. Thus, at low temperatures, hardly any drive power is available for the motor vehicle.

Daher weist die Akkumulatoranordnung die Heizeinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Festkörperakkumulator zu heizen. Dabei wird der Festkörperakkumulator zumindest auf eine Temperatur aufgeheizt, welche dem Temperatur-Schwellwert entspricht. Die Heizeinrichtung wird dabei von dem Flüssigelektrolytakkumulator mit Energie versorgt. Der Flüssigelektrolytakkumulator ist insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Der Flüssigelektrolytakkumulator stellt dabei im Gegensatz zum Feststoffakkumulator auch bei Temperaturen unterhalb des Temperatur-Schwellwerts ausreichend Entladeleistung bereit. Diese Entladeleistung bei Temperaturen unterhalb des Temperatur-Schwellwertes werden genutzt, um die Heizeinrichtung zum Heizen des Festkörperakkumulators mit Energie zu versorgen. Insbesondere ist der Flüssigelektrolytakkumulator dazu ausgelegt, den Festkörperakkumulator in wenigen Sekunden um mehre 10°C zu heizen. Durch das Beheizen des Festkörperakkumulators können der Innenwiderstand der Festkörperzellen verringert werden und damit die Leistungsdichte des Festkörperakkumulators derart erhöht werden, dass er die für die Antriebseinheit notwenige Entladeleistung bereitstellen kann und/oder in kurzer Zeit geladen werden kann. Vorzugsweise wird der Festkörperakkumulator dazu zumindest auf Raumtemperatur, also zumindest auf etwa 25°C, aufgeheizt.Therefore, the accumulator arrangement has the heating device, which is designed to heat the solid state accumulator. In this case, the solid-state accumulator is heated at least to a temperature which corresponds to the temperature threshold value. The heating device is supplied with energy from the liquid electrolyte accumulator. The liquid electrolyte accumulator is in particular a lithium-ion accumulator. In contrast to the solid-state battery, the liquid-electrolyte battery provides sufficient discharge power even at temperatures below the temperature threshold value. This discharge power at temperatures below the temperature threshold value is used to supply the heating device for heating the solid-state battery with energy. In particular, the liquid-electrolyte accumulator is designed to heat the solid-state accumulator by several 10° C. in a few seconds. By heating the solid-state battery, the internal resistance of the solid-state cells can be reduced and thus the power density of the solid-state battery can be increased such that it can provide the discharge power required for the drive unit and/or can be charged in a short time. For this purpose, the solid-state battery is preferably heated to at least room temperature, ie at least to about 25°C.

Durch das Beheizen des Festkörperakkumulators mittels der Entladeleistung des Flüssigelektrolytakkumulators kann der Festkörperakkumulator als Traktionsbatterie verwendet werden, obwohl er bei niedrigen Temperaturen eine geringe Entladeleistung bereitstellt. Der Festkörperakkumulator weist nämlich den Vorteil auf, dass er aufgrund des nicht entflammbaren festen Elektrolyten besonders sicher ist, sodass auf ein starres, schweres Zellgehäuse bei den Festkörperzellen, wie beispielsweise bei prismatischen Lithium-Ionen Zellen, verzichtet werden kann. Die Festkörperzellen können somit als leichte Pouch-Zellen ausgebildet sein, wodurch der Festkörperakkumulator besonders gewichtssparend ausgebildet ist. Da der Festkörperakkumulator im Vergleich zum Flüssigelektrolytakkumulator eine hohe Energiedichte aufweist, kann der Festkörperakkumulator zum Bereitstellen einer bestimmten Reichweite kleiner und leichter ausgebildet sein als ein vergleichbarer Flüssigelektrolytakkumulator.By heating the solid-state battery using the discharge power of the liquid-electrolyte battery, the solid-state battery can be used as a traction battery, although it provides a low discharge power at low temperatures. The solid-state accumulator namely has the advantage that it is particularly safe due to the non-flammable solid electrolyte, so that a rigid, heavy cell housing can be dispensed with in the solid-state cells, such as in the case of prismatic lithium-ion cells. The solid-state cells can thus be designed as lightweight pouch cells, as a result of which the solid-state accumulator is designed to be particularly weight-saving. Since the solid-state battery has a high energy density compared to the liquid-electrolyte battery, the solid-state battery can be made smaller and lighter than a comparable liquid-electrolyte battery to provide a specific range.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Flüssigelektrolytakkumulator über eine steuerbare Schalteinrichtung mit der Heizeinrichtung verschaltet ist und eine Steuereinrichtung der Akkumulatoranordnung dazu ausgelegt ist, anhand von empfangenen Temperaturdaten eine aktuelle Temperatur zu bestimmen und die Schalteinrichtung zum Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators mit der Heizeinrichtung anzusteuern, falls die aktuelle Temperatur den Temperatur-Schwellwert unterschreitet. Im aktivierten Zustand der Schalteinrichtung ist der Flüssigelektrolytakkumulator mit der Heizeinrichtung elektrisch verbunden und im deaktivierten Zustand der Schalteinrichtung ist der Flüssigelektrolytakkumulator von der Heizeinrichtung getrennt. Beispielsweise kann die Akkumulatoranordnung zumindest einen Temperatursensor zum Erfassen von Temperaturdaten aufweisen, welche an die Steuereinrichtung übermittelt werden. Falls die Steuereinrichtung anhand der Temperaturdaten erkennt, dass der Temperatur-Schwellwert unterschritten wird und der Festkörperakkumulator nicht ausreichend Entladeleistung für die Antriebseinheit bereitstellen kann, kann die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung zum elektrischen Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators mit der Heizeinrichtung aktivieren, sodass der Festkörperakkumulator geheizt wird.It can be provided that the liquid electrolyte accumulator is connected to the heating device via a controllable switching device and a control device of the accumulator arrangement is designed to determine a current temperature based on received temperature data and to activate the switching device for connecting the liquid electrolyte accumulator to the heating device if the current temperature falls below the temperature threshold value. In the activated state of the switching device, the liquid electrolyte accumulator is electrically connected to the heating device and in the deactivated state of the switching device, the liquid electrolyte accumulator is separated from the heating device. For example, the accumulator arrangement can have at least one temperature sensor for acquiring temperature data, which is transmitted to the control device. If the control device recognizes from the temperature data that the temperature falls below the threshold value and the solid-state battery cannot provide sufficient discharge power for the drive unit, the control device can activate the switching device for electrically connecting the liquid-electrolyte battery to the heating device, so that the solid-state battery is heated.

Zusätzlich ist vorgesehen, dass der Flüssigelektrolytakkumulator über eine steuerbare Schalteinrichtung mit der Heizeinrichtung verschaltet ist und eine Steuereinrichtung der Akkumulatoranordnung dazu ausgelegt ist, eine für den Festkörperakkumulator bereitgestellte Ladeleistung zu bestimmen und die Schalteinrichtung zum Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators mit der Heizeinrichtung anzusteuern, falls die Ladeleistung einen vorbestimmten, ein Schnellladen charakterisierenden Ladeleistungswert überschreitet. Um eine Schnellladefähigkeit des Festkörperakkumulators bereitzustellen und damit eine Zeitdauer, in welcher hohe Energiemengen zum Speichern in den Festkörperakkumulator eingespeist werden, zu verringern, wird dem Festkörperakkumulator eine hohe Ladeleistung zugeführt. Um diese Ladeleistungen beim Schnellladen aufnehmen zu können, wird der Festkörperakkumulator bei Erkennung eines Schnellladevorgangs geheizt, indem die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung über die Schalteinrichtung mit dem Flüssigelektrolytakkumulator elektrisch verbindet.In addition, it is provided that the liquid-electrolyte rechargeable battery is connected to the heating device via a controllable switching device and a control device of the rechargeable battery arrangement is designed to determine a charging power provided for the solid-state rechargeable battery and to activate the switching device for connecting the liquid-electrolytic rechargeable battery to the heating device if the charging power exceeds a predetermined level , a charging power value that characterizes rapid charging. In order to provide the solid-state battery with the ability to be charged quickly and thus to reduce a period of time in which large amounts of energy are fed into the solid-state battery for storage, a high charging power is supplied to the solid-state battery. In order to be able to absorb this charging power during quick charging, the solid-state battery is heated when a quick charging process is detected, in that the control device electrically connects the heating device to the liquid electrolyte battery via the switching device.

In einer Ausführungsform der Akkumulatoranordnung weist die Heizeinrichtung zumindest eine bestrombare Heizmatte auf, welche zwischen zwei Festkörperzellen des Festkörperakkumulators angeordnet ist. Die Heizmatte weist insbesondere einen bestrombaren Heizwiderstand auf, welcher sich im angeordneten Zustand der Heizmatte zwischen zwei Festkörperzellen entlang einer Oberfläche der Festkörperzellen erstreckt. Insbesondere weist die Heizeinrichtung mehrere Heizmatten auf, sodass zwischen jeweils zwei Festkörperzellen eine Heizmatte angeordnet ist. Die Festkörperzellen sind insbesondere als Pouch-Zellen ausgebildet sind, deren fester Elektrolyt sich besonders schnell erhitzen lässt. Durch die in den Festkörperakkumulator integrierte Heizeinrichtung kann bei Heizbedarf ein schneller Temperatureintrag in die Festkörperzellen erfolgen und der Festkörperakkumulator kann in kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur geheizt werden.In one embodiment of the accumulator arrangement, the heating device has at least one energizable heating mat, which is arranged between two solid-state cells of the solid-state accumulator. The heating mat has in particular a heating resistor which can be energized and which, when the heating mat is in the arranged state, extends between two solid-state cells along a surface of the solid-state cells. In particular, the heating device has a plurality of heating mats, so that a heating mat is arranged between each two solid-state cells. The solid-state cells are designed in particular as pouch cells whose solid electrolyte can be heated particularly quickly. The heating device integrated into the solid-state accumulator means that when heating is required, the temperature can be introduced into the solid-state cells more quickly and the solid-state accumulator can be heated to the desired temperature in a short time.

In einer Ausführungsform des Bordnetzsystems ist zusätzlich der Flüssigelektrolytakkumulator zum zumindest kurzfristigen Bereitstellen von Entladeleistung für die Antriebseinheit mit der Antriebseinheit elektrisch verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Festkörperakkumulator und der Flüssigelektrolytakkumulator unterschiedliche Spannungslagen aufweisen und der Flüssigelektrolytakkumulator über einen DC/DC-Wandler mit der Antriebseinheit elektrisch verbunden ist. Beispielsweise können der Festkörperakkumulator und der Flüssigelektrolytakkumulator als Hochvoltakkumulatoren ausgebildet und zum dauerhaften und gemeinsamen Bereitstellen von elektrischer Leistung für die Antriebseinheit mit der Antriebseinheit elektrisch verbunden sein. Der Flüssigelektrolytakkumulator fungiert somit ebenfalls als Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug und als Energieversorgung für die Heizeinrichtung. Im Falle der Ausgestaltung des Festkörperakkumulators und der Flüssigelektrolytakkumulators als Hochvoltakkumulatoren weisen diese jeweils eine Spannungslage zwischen 400 V und 800 V auf.In one embodiment of the vehicle electrical system system, the liquid electrolyte accumulator is also electrically connected to the drive unit for at least short-term provision of discharge power for the drive unit. It can be provided that the solid-state battery and the liquid-electrolyte battery have different voltage levels and the liquid-electrolyte battery is electrically connected to the drive unit via a DC/DC converter. For example, the solid-state accumulator and the liquid-electrolyte accumulator can be embodied as high-voltage accumulators and electrically connected to the drive unit in order to permanently and jointly provide electrical power for the drive unit. The liquid electrolyte accumulator thus also functions as a traction battery for the motor vehicle and as an energy supply for the heating device. If the solid-state accumulator and the liquid-electrolyte accumulator are designed as high-voltage accumulators, they each have a voltage level between 400 V and 800 V.

Auch kann vorgesehen sein, dass der Flüssigelektrolytakkumulator den Festkörperakkumulator nur kurzzeitig unterstützt, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen des Kraftfahrzeugs, welche eine hohe Entladeleistung der Traktionsbatterie benötigen. Dazu stellt der Flüssigelektrolytakkumulator für eine vorbestimmte Zeitdauer eine Entladeleistung zur Unterstützung des Festkörperakkumulators bereit. Der Flüssigelektrolytakkumulator kann also eine „Boost“-Funktion der Akkumulatoranordnung bereitstellen. Beispielsweise kann der Flüssigelektrolytakkumulator hierzu als ein Niedervoltakkumulator mit einer Spannungslage von zwischen 12 V und 48 V ausgebildet sein und über den DC/DC-Wandler mit der Antriebseinheit gekoppelt sein.Provision can also be made for the liquid-electrolyte accumulator to support the solid-state accumulator only briefly, for example when the motor vehicle is accelerating, which requires a high discharge capacity of the traction battery. For this purpose, the liquid-electrolyte accumulator provides a discharge power to support the solid-state accumulator for a predetermined period of time. The liquid electrolyte accumulator can therefore provide a "boost" function of the accumulator arrangement. For example, the liquid electrolyte accumulator can be designed as a low-voltage accumulator with a voltage level of between 12 V and 48 V and can be coupled to the drive unit via the DC/DC converter.

Durch die Unterstützung des Festkörperakkumulators mittels des Flüssigkörperakkumulators können die Vorteile beider Akkumulatoren- also die hohe Energiedichte des Festkörperakkumulators und die hohe Leistungsdichte des Flüssigelektrolytakkumulators- genutzt werden.By supporting the solid-state accumulator by means of the liquid-state accumulator, the advantages of both accumulators—that is, the high energy density of the solid-state accumulator and the high power density of the liquid-electrolyte accumulator—can be used.

In einer Weiterbildung des Bordnetzsystems ist der Flüssigelektrolytakkumulator mit zumindest einer Niedervoltkomponente des Bordnetzsystems elektrisch verbunden und dazu ausgelegt, elektrische Energie für die Niedervoltkomponente bereitzustellen. Der Flüssigelektrolytakkumulator dient somit zur Energieversorgung des Niedervoltbordnetzes, sodass auf eine Bleibatterie, welche üblicherweise das Niedervoltbordnetz versorgt, verzichtet werden kann. Die zumindest eine Niedervoltkomponente kann beispielsweise eine Lenkung, eine Lichtanlage, eine Multimedianalge, eine Sitzheizung und/oder eine Kommunikationsanlage des Kraftfahrzeugs sein. Je nach Spannungslage des Flüssigelektrolytakkumulators kann der Flüssigelektrolytakkumulator über einen DC/DC-Wandler mit der zumindest einen Niedervoltkomponente verbunden sein.In a development of the vehicle electrical system, the liquid electrolyte accumulator is equipped with at least one low-voltage component of the vehicle electrical system electrically connected and designed to provide electrical energy for the low-voltage component. The liquid electrolyte accumulator is thus used to supply energy to the low-voltage vehicle electrical system, so that a lead battery, which usually supplies the low-voltage vehicle electrical system, can be dispensed with. The at least one low-voltage component can be, for example, a steering system, a lighting system, a multimedia system, seat heating and/or a communication system of the motor vehicle. Depending on the voltage level of the liquid-electrolyte accumulator, the liquid-electrolyte accumulator can be connected to the at least one low-voltage component via a DC/DC converter.

Außerdem sind der Festkörperakkumulator und der Flüssigelektrolytakkumulator mit einem Ladeanschluss des Bordnetzsystems elektrisch verbunden, sodass beide Akkumulatoren mittels einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung geladen werden können. Im Falle der unterschiedlichen Spannungslagen der Akkumulatoren ist der Flüssigelektrolytakkumulator über einen DC/DC-Wandler mit dem Ladeanschluss verbunden. Der DC/DC-Wandler kann ein bidirektionaler Wandler sein, sodass der Flüssigelektrolytakkumulator über den DC/C-Wandler sowohl Entladeleistung für die Antriebseinheit bereitstellen kann, als auch die Ladeleistung der Ladevorrichtung aufnehmen kann. Im Falle, dass der Flüssigelektrolytkondensator nur zur Energieversorgung der Heizeinrichtung und einer etwaigen Niedervoltkomponente dient, kann der DC/DC-Wandler auch als ein unidirektionaler Wandler ausgebildet sein und nur für die Zufuhr der Ladeleistung an den Flüssigelektrolytakkumulator dienen.In addition, the solid-state accumulator and the liquid-electrolyte accumulator are electrically connected to a charging connection of the vehicle electrical system, so that both accumulators can be charged using a charging device external to the vehicle. In the case of the different voltage levels of the accumulators, the liquid electrolyte accumulator is connected to the charging connection via a DC/DC converter. The DC/DC converter can be a bidirectional converter, so that the liquid electrolyte accumulator can provide both discharge power for the drive unit via the DC/C converter and can also absorb the charging power of the charging device. If the liquid electrolytic capacitor is only used to supply energy to the heating device and any low-voltage components, the DC/DC converter can also be designed as a unidirectional converter and only be used to supply the charging power to the liquid electrolytic accumulator.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Bordnetzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.A motor vehicle according to the invention includes an on-board power supply system according to the invention. The motor vehicle is designed in particular as a passenger car in the form of an electric or hybrid vehicle.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Bordnetzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the accumulator arrangement according to the invention and their advantages apply correspondingly to the vehicle electrical system according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzsystems; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Zellmoduls eines Festkörperakkumulators.
Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention;
  • 2 a schematic representation of an embodiment of a vehicle electrical system according to the invention; and
  • 3 a schematic representation of a cell module of a solid state battery.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Bordnetzsystem 2 mit einer Akkumulatoranordnung 3 auf. Eine schematische Darstellung des Bordnetzsystems 2 ist in 2 gezeigt. Die Akkumulatoranordnung 3 weist einen Festkörperakkumulator 4 und einem Flüssigelektrolytakkumulator 5 auf. Zumindest der Festkörperakkumulator 4 dient als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeug 1 und stellt einer elektrischen Antriebseinheit 6 (siehe 2) eine Entladeleistung bereit. Der Festkörperakkumulator 4 ist insbesondere als ein Hochvoltakkumulator mit einer Spannungslage von 800 V ausgebildet. Die elektrische Antriebseinheit 6 weist eine elektrische Antriebsmaschine 7 sowie einen Wechselrichter 8 auf. Der Festkörperakkumulator 4 ist über den Wechselrichter 8 mit der elektrischen Antriebsmaschine 7 verbunden, welche die Entladeleistung des Festkörperakkumulators 4 in eine mechanische Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug 1 umwandelt. Zum Versorgen des Festkörperakkumulators 4 mit einer Ladeleistung ist dieser mit einem Ladeanschluss 9 des Bordnetzsystems 2 elektrisch verbunden. Der Ladeanschluss 9 kann beispielsweise mit einer fahrzeugexternen Ladesäule gekoppelt werden, um den Festkörperakkumulator 4 aufzuladen. 1 12 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the present invention. The motor vehicle 1 is designed in particular as an electrically driven motor vehicle in the form of an electric or hybrid vehicle. The motor vehicle 1 has an onboard power supply system 2 with an accumulator arrangement 3 . A schematic representation of the vehicle electrical system 2 is in 2 shown. The accumulator arrangement 3 has a solid-state accumulator 4 and a liquid-electrolyte accumulator 5 . At least the solid state accumulator 4 serves as a traction battery of the motor vehicle 1 and provides an electric drive unit 6 (see 2 ) a discharge power ready. The solid-state accumulator 4 is designed in particular as a high-voltage accumulator with a voltage level of 800 V. The electric drive unit 6 has an electric drive machine 7 and an inverter 8 . The solid state accumulator 4 is connected via the inverter 8 to the electric drive machine 7 which converts the discharge power of the solid state accumulator 4 into mechanical drive power for the motor vehicle 1 . In order to supply the solid state accumulator 4 with charging power, it is electrically connected to a charging connection 9 of the vehicle electrical system 2 . The charging connection 9 can, for example, be coupled to a charging station external to the vehicle in order to charge the solid-state battery 4 .

Der Festkörperakkumulator 4 weist eine mit steigender Temperatur steigende Leistungsdichte auf. Bei niedrigen Temperaturen unterhalb eines Temperatur-Schwellwerts, beispielsweise unter 0°C, weist der Festkörperakkumulator 4 eine niedrige, unzureichende Leistungsdichte auf, welche unterhalb einer Mindest-Leistungsdichte liegt. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Entladeleistung, welche der Festkörperakkumulator 4 unterhalb des Temperatur-Schwellwerts liefert, kleiner als eine Mindest-Entladeleistung ist, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 1 notwendig ist. Auch eine Ladeleistung, welche der Festkörperakkumulator 4 unterhalb des Temperatur-Schwellwerts aufnehmen kann, ist kleiner als eine Mindest-Ladeleistung. Der Festkörperakkumulator 4 kann also nicht oder nicht schnell genug geladen werden, wenn die Temperatur den Temperatur-Schwellwert unterschreitet.The solid-state accumulator 4 has a power density that increases as the temperature rises. At low temperatures below a temperature threshold value, for example below 0° C., the solid state accumulator 4 has a low, insufficient power density which is below a minimum power density. This means, for example, that a discharge power which the solid-state accumulator 4 supplies below the temperature threshold value is less than one Minimum discharge power, which is necessary to drive the motor vehicle 1. A charging power that the solid-state accumulator 4 can absorb below the temperature threshold is also less than a minimum charging power. The solid-state accumulator 4 can therefore not be charged or cannot be charged quickly enough when the temperature falls below the temperature threshold value.

Daher weist das Bordnetzsystem 2 eine Heizeinrichtung 10 auf, welche hier in den Festkörperakkumulator 4 integriert ist. Die Heizeinrichtung 10 kann, wie anhand eines Zellmoduls 11 des Festkörperakkumulators 4 in 3 gezeigt, Heizmatten 12 aufweisen, welche zwischen zwei Festkörperzellen 13 angeordnet sind. Die Festkörperzellen 13 sind insbesondere Pouch-Zellen, welche gestapelt in einem Zellmodulrahmen 14 angeordnet sind. Über die Heizeinrichtung 10 kann der Festkörperakkumulator 4 geheizt werden, sodass die Temperatur den Temperatur-Schwellwert überschreitet. Durch die Ausgestaltung der Festkörperzellen 13 als Pouch-Zellen, welche über Heizmatten 12 geheizt werden, kann der Festkörperakkumulator 4 in kurzer Zeit geheizt werden. Insbesondere wird der Festkörperakkumulator 4 durch die Heizeinrichtung 10 zumindest auf Raumtemperatur geheizt, sodass die Leistungsdichte zumindest auf die Mindest-Leistungsdichte erhöht wird.Therefore, the vehicle electrical system 2 has a heating device 10 which is integrated into the solid-state battery 4 here. The heating device 10 can, as shown by a cell module 11 of the solid-state battery 4 in 3 shown, have heating mats 12, which are arranged between two solid state cells 13. The solid-state cells 13 are in particular pouch cells, which are arranged stacked in a cell module frame 14 . The solid state accumulator 4 can be heated via the heating device 10 so that the temperature exceeds the temperature threshold value. Due to the configuration of the solid-state cells 13 as pouch cells, which are heated via heating mats 12, the solid-state accumulator 4 can be heated in a short time. In particular, the solid-state accumulator 4 is heated at least to room temperature by the heating device 10, so that the power density is increased at least to the minimum power density.

Die Heizeinrichtung 10 wird, wie in 2 gezeigt, von dem Flüssigelektrolytakkumulator 5 mit einer Entladeleistung versorgt, indem der Flüssigelektrolytakkumulator 5 mit der Heizeinrichtung 10 verschaltet ist. Dazu ist der Flüssigelektrolytakkumulator 5 hier über eine Schalteinrichtung 15, welche von einer Steuereinrichtung 16 der Akkumulatoranordnung 3 angesteuert werden kann, mit der Heizeinrichtung 10 gekoppelt. Der Flüssigelektrolytakkumulator 5 weist den Vorteil auf, dass er auch unterhalb des Temperatur-Schwellwerts eine ausreichend große Leistungsdichte aufweist und somit eine ausreichende Entladeleistung für die Heizeinrichtung 10 bereitstellen kann. Somit ist zumindest unterhalb des Temperatur-Schwellwerts die Leistungsdichte des Flüssigelektrolytakkumulators 5 größer als die Leistungsdichte des Festkörperakkumulators 4. Diese von dem Flüssigelektrolytakkumulator 5 bereitgestellte Entladeleistung wird der Heizeinrichtung 10 bereitgestellt, welche daraufhin den Festkörperakkumulator 4 so weit aufheizt, dass dieser ausreichend Entladeleistung für die elektrische Antriebseinheit 6 bereitstellt bzw. eine über den Ladeanschluss 9 zugeführte Ladeleistung aufnehmen kann. Insbesondere ist der Flüssigelektrolytakkumulator 5 zumindest so dimensioniert, dass er den Festkörperakkumulator 4 über die Heizeinrichtung 10 von -30°C auf +25°C in wenigen Sekunden aufheizen kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 16 die Heizeinrichtung 10 und den Flüssigelektrolytakkumulator 5 immer dann über die Schalteinrichtung 15 verbinden, wenn die Temperatur unterhalb des Temperatur-Schwellwerts liegt und/oder ein Schnellladen für den Festkörperakkumulator 4 bereitgestellt werden soll.The heating device 10 is, as in 2 shown, supplied by the liquid-electrolyte accumulator 5 with a discharge power by the liquid-electrolyte accumulator 5 being connected to the heating device 10 . For this purpose, the liquid electrolyte accumulator 5 is coupled to the heating device 10 via a switching device 15 which can be controlled by a control device 16 of the accumulator arrangement 3 . The liquid electrolyte accumulator 5 has the advantage that it has a sufficiently high power density even below the temperature threshold value and can therefore provide a sufficient discharge power for the heating device 10 . Thus, at least below the temperature threshold value, the power density of the liquid-electrolyte battery 5 is greater than the power density of the solid-state battery 4. This discharge power provided by the liquid-electrolyte battery 5 is made available to the heating device 10, which then heats the solid-state battery 4 to such an extent that it has sufficient discharge power for the electrical Drive unit 6 provides or can absorb a charging power supplied via the charging connection 9 . In particular, the liquid-electrolyte accumulator 5 is dimensioned at least in such a way that it can heat up the solid-state accumulator 4 from -30° C. to +25° C. in a few seconds via the heating device 10 . For example, the control device 16 can always connect the heating device 10 and the liquid electrolyte accumulator 5 via the switching device 15 when the temperature is below the temperature threshold value and/or fast charging for the solid-state accumulator 4 is to be provided.

Hier ist der Flüssigelektrolytakkumulator 5 außerdem aufgrund der unterschiedlichen Spannungslagen der Akkumulatoren 4, 5 über einen ersten DC/DC-Wandler 17 mit der elektrischen Antriebseinheit 6 sowie mit dem Ladeanschluss 9 verbunden. Der erste DC/DC-Wandler 17 ist hier insbesondere als ein bidirektionaler Wandler ausgebildet. Im Falle, dass der Flüssigelektrolytakkumulator 5 ebenfalls als ein Hochvoltakkumulator ausgebildet ist, können beide Akkumulatoren 4, 5 als Traktionsbatterien fungieren und die elektrische Antriebseinheit 6 mit Entladeleistung versorgen. Außerdem kann der Flüssigelektrolytakkumulator 5 über den Ladeanschluss geladen werden. Im Falle, dass der Flüssigelektrolytakkumulator 5 als ein Niedervoltakkumulator ausgebildet ist und eine Spannungslage von 12 V oder 48 V aufweist, so kann der Flüssigelektrolytakkumulator 5 den Festkörperakkumulator 4 zeitweise unterstützen, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen des Kraftfahrzeugs 1.Here, the liquid electrolyte accumulator 5 is also connected to the electric drive unit 6 and to the charging connection 9 via a first DC/DC converter 17 due to the different voltage levels of the accumulators 4 , 5 . The first DC/DC converter 17 is designed here in particular as a bidirectional converter. If the liquid electrolyte accumulator 5 is also designed as a high-voltage accumulator, both accumulators 4, 5 can act as traction batteries and supply the electric drive unit 6 with discharge power. In addition, the liquid electrolyte storage battery 5 can be charged via the charging port. If the liquid-electrolyte accumulator 5 is designed as a low-voltage accumulator and has a voltage level of 12 V or 48 V, the liquid-electrolyte accumulator 5 can temporarily support the solid-state accumulator 4, for example when the motor vehicle 1 is accelerating.

Alternativ oder zusätzlich kann der Flüssigelektrolytakkumulator 5 über einen je nach Spannungslage des Flüssigelektrolytakkumulators 5 optionalen zweiten DC/DC-Wandler 18 mit zumindest einer Niedervoltkomponente 19 des Bordnetzsystems 2 elektrisch verbunden sein. Im Falle, dass der Flüssigelektrolytakkumulator 5 weder als Traktionsbatterie noch als Unterstützer für den Festkörperakkumulator 4 fungiert, sondern lediglich zur Energieversorgung der Heizeinrichtung 10 und der zumindest einen Niedervoltkomponente 19 dient, kann der erste DC/DC-Wandler 17 unidirektional ausgebildet sein und hauptsächlich zum Laden des Flüssigelektrolytakkumulators 5 über den Ladeanschluss 9 dienen.Alternatively or additionally, the liquid-electrolyte accumulator 5 can be electrically connected to at least one low-voltage component 19 of the vehicle electrical system 2 via an optional second DC/DC converter 18 depending on the voltage level of the liquid-electrolyte accumulator 5 . In the event that the liquid-electrolyte accumulator 5 acts neither as a traction battery nor as a support for the solid-state accumulator 4, but only to supply energy to the heating device 10 and the at least one low-voltage component 19, the first DC/DC converter 17 can be designed unidirectionally and mainly for charging of the liquid electrolyte accumulator 5 via the charging connection 9.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
Bordnetzsystemelectrical system
33
Akkumulatoranordnungaccumulator arrangement
44
Festkörperakkumulatorsolid state accumulator
55
Flüssigelektrolytakkumulatorliquid electrolyte accumulator
66
Antriebseinheitdrive unit
77
Antriebsmaschineprime mover
88th
Wechselrichterinverter
99
Ladeanschlusscharging port
1010
Heizeinrichtungheating device
1111
Zellmodulcell module
1212
Heizmatteheating mat
1313
Festkörperzellesolid state cell
1414
Zellmodulrahmencell module frame
1515
Schalteinrichtungswitching device
1616
Steuereinrichtungcontrol device
1717
erster DC/DC-Wandlerfirst DC/DC converter
1818
zweiter DC/DC-Wandlersecond DC/DC converter
1919
Niedervoltkomponentelow-voltage component

Claims (9)

Akkumulatoranordnung (3) für ein Bordnetzsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1) aufweisend - einen Festkörperakkumulator (4) zum Bereitstellen einer Entladeleistung für eine elektrische Antriebseinheit (6) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder zum Aufnehmen einer Ladeleistung, wobei eine Leistungsdichte des Festkörperakkumulators (4) bei Temperaturen unterhalb eines vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts einen vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert unterschreitet, - eine Heizeinrichtung (10) zum Heizen des Festkörperakkumulators (4) und Erhöhen der Leistungsdichte des Festkörperakkumulators (4), und - einen Flüssigelektrolytakkumulator (5), wobei eine Leistungsdichte des Flüssigelektrolytakkumulators bei Temperaturen unterhalb des vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts den vorbestimmten Leistungsdichte-Mindestwert überschreitet, und wobei der Flüssigelektrolytakkumulator (4) mit der Heizeinrichtung (10) elektrisch verschaltet ist und zum Bereitstellen einer Entladeleistung für die Heizeinrichtung (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolytakkumulator (5) über eine steuerbare Schalteinrichtung (15) mit der Heizeinrichtung (10) verschaltet ist und eine Steuereinrichtung (16) der Akkumulatoranordnung (3) dazu ausgelegt ist, eine für den Festkörperakkumulator (4) bereitgestellte Ladeleistung zu bestimmen und die Schalteinrichtung (15) zum Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators (5) mit der Heizeinrichtung (10) anzusteuern, falls die Ladeleistung einen vorbestimmten, ein Schnellladen charakterisierenden Ladeleistungswert überschreitet.Accumulator arrangement (3) for an on-board power supply system (2) of a motor vehicle (1), comprising - a solid-state accumulator (4) for providing discharge power for an electric drive unit (6) of the motor vehicle (1) and/or for receiving charging power, with a power density of the solid state accumulator (4) falls below a predetermined power density minimum value at temperatures below a predetermined temperature threshold value, - a heating device (10) for heating the solid state accumulator (4) and increasing the power density of the solid state accumulator (4), and - a liquid electrolyte accumulator (5), wherein a power density of the liquid electrolyte accumulator exceeds the predetermined minimum power density value at temperatures below the predetermined temperature threshold value, and wherein the liquid electrolyte accumulator (4) is electrically connected to the heating device (10) and for providing a discharge power for the heating device ung (10), characterized in that the liquid electrolyte accumulator (5) is connected to the heating device (10) via a controllable switching device (15) and a control device (16) of the accumulator arrangement (3) is designed for the solid-state accumulator (4) to determine the charging power provided and to activate the switching device (15) for connecting the liquid electrolyte accumulator (5) to the heating device (10) if the charging power exceeds a predetermined charging power value characterizing rapid charging. Akkumulatoranordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolytakkumulator (5) über eine steuerbare Schalteinrichtung (15) mit der Heizeinrichtung (10) verschaltet ist und eine Steuereinrichtung (16) der Akkumulatoranordnung (3) dazu ausgelegt ist, anhand von empfangenen Temperaturdaten eine aktuelle Temperatur zu bestimmen und die Schalteinrichtung (15) zum Verbinden des Flüssigelektrolytakkumulators (5) mit der Heizeinrichtung (10) anzusteuern, falls die aktuelle Temperatur den Temperatur-Schwellwert unterschreitet.Accumulator arrangement (3) after claim 1 , characterized in that the liquid electrolyte accumulator (5) is connected to the heating device (10) via a controllable switching device (15) and a control device (16) of the accumulator arrangement (3) is designed to determine a current temperature on the basis of received temperature data and to activate the switching device (15) for connecting the liquid electrolyte accumulator (5) to the heating device (10) if the current temperature falls below the temperature threshold value. Akkumulatoranordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (10) zumindest eine bestrombare Heizmatte (12) aufweist, welche zwischen zwei Festkörperzellen (13) des Festkörperakkumulators (4) angeordnet ist.Accumulator arrangement (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (10) has at least one energizable heating mat (12) which is arranged between two solid cells (13) of the solid state accumulator (4). Bordnetzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer elektrischen Antriebseinheit (6) sowie mit einer Akkumulatoranordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Festkörperakkumulator (4) elektrisch mit der elektrischen Antriebseinheit (6) gekoppelt ist.Vehicle electrical system (2) for a motor vehicle (1) with an electric drive unit (6) and with a battery arrangement (3) according to one of the preceding claims, wherein the solid-state battery (4) is electrically coupled to the electric drive unit (6). Bordnetzsystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Flüssigelektrolytakkumulator (5) zum zumindest kurzfristigen Bereitstellen von Entladeleistung für die Antriebseinheit (6) mit der Antriebseinheit (6) elektrisch verbunden ist.Electrical system (2) according to claim 4 , characterized in that in addition the liquid electrolyte accumulator (5) is electrically connected to the drive unit (6) for at least short-term provision of discharge power for the drive unit (6). Bordnetzsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperakkumulator (4) und der Flüssigelektrolytakkumulator (5) unterschiedliche Spannungslagen aufweisen und der Flüssigelektrolytakkumulator (5) über einen DC/DC-Wandler (17) mit der Antriebseinheit (6) elektrisch verbunden ist.Electrical system (2) according to claim 5 , characterized in that the solid-state accumulator (4) and the liquid-electrolyte accumulator (5) have different voltage levels and the liquid-electrolyte accumulator (5) is electrically connected to the drive unit (6) via a DC/DC converter (17). Bordnetzsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolytakkumulator (5) mit zumindest einer Niedervoltkomponente (19) des Bordnetzsystems (2) elektrisch verbunden ist und dazu ausgelegt ist, eine Entladeleistung für die Niedervoltkomponente (19) bereitzustellen.Vehicle electrical system (2) according to one of Claims 4 until 6 , characterized in that the liquid electrolyte accumulator (5) is electrically connected to at least one low-voltage component (19) of the vehicle electrical system (2) and is designed to provide a discharge power for the low-voltage component (19). Bordnetzsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperakkumulator (4) und der Flüssigelektrolytakkumulator (5) mit einem Ladeanschluss (9) des Bordnetzsystems (2) elektrisch verbunden sind, über welchen dem Festkörperakkumulator (4) und dem Flüssigelektrolytakkumulator (5) eine Ladeleistung einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung zuführbar ist.Vehicle electrical system (2) according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that the solid-state accumulator (4) and the liquid-electrolyte accumulator (5) are electrically connected to a charging connection (9) of the vehicle electrical system (2), via which the solid-state accumulator (4) and the liquid-electrolyte accumulator (5) can be supplied with charging power from a charging device external to the vehicle is. Kraftfahrzeug (1) mit einem Bordnetzsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8.Motor vehicle (1) with a vehicle electrical system (2) according to one Claims 4 until 8th .
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