DE102018211860A1 - Mehrfachausgangs-Batteriesystem mit Wechselstromgeneratorarchitekturen - Google Patents

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Abstract

Batteriesystem, umfassend: eine Batterie mit einem ersten Zweig, der in Reihe mit einem zweiten Zweig geschaltet ist; eine Energieausgleichsvorrichtung; wobei die Energieausgleichsvorrichtung dazu angeordnet ist, eine oder mehrere Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs zu überwachen und die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig zu steuern, um dadurch den Ladungspegel von jeweils dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig basierend auf der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder des zweiten Zweigs einzustellen, wobei entweder der erste Zweig oder der zweite Zweig dazu angeordnet ist, mit einem Generator verbunden zu werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Mehrfachausgangs-Batteriesystem. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Offenbarung ein Mehrfachausgangs-Batteriesystem für ein Fahrzeug. Aspekte der Erfindung betreffen ein Batteriesystem, ein Verfahren zum Einstellen des Ladezustands in einem Batteriesystem und ein Fahrzeug, das ein Batteriesystem umfasst.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es besteht ein dringender Bedarf, Batteriebereitstellungen für den Gebrauch in Fahrzeugen, z. B. Hybrid-Elektrofahrzeugen, zu optimieren. Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden elektrischen Strom, um konventionelle Motoren, wie z. B. Verbrennungsmotoren, zu ergänzen, um effizientere Antriebssysteme mit reduzierter CO2-Emission bereitzustellen.
  • Bekanntermaßen werden Hybrid-Elektrofahrzeuge bereitgestellt, die zwei Spannungsquellen verwenden, um unterschiedliche Verbraucher in einem Fahrzeug zu bedienen. Typischerweise ist eine 12 V-Spannungsversorgung erforderlich, um Strom für einen erheblichen Anteil der elektrisch betriebenen Funktionen eines Fahrzeugs bereitzustellen (z. B. Motorstart, Beleuchtung, Klimaanlage, Verbraucherelektronik usw., die weitere Spannungshandhabung über Systeme, wie z. B. Spannungswandler, erfordern können oder nicht). Darüber hinaus werden 48 V-Spannungsversorgungen immer häufiger verwendet, um mehr Strom für Motor-Unterstützungsfunktionen und andere viel Energie verbrauchende Merkmale und Systeme bereitzustellen. Dementsprechend verwenden bekannte Systeme, die zwei Spannungsquellen erfordern, zwei getrennte Batterien: eine 12 V-Batterie und eine 48 V-Batterie.
  • Um die Arbeitsfunktion dieser getrennten Batterien nach einer Entladung zur Bereitstellung ihrer speziellen Funktionen aufrechtzuerhalten, müssen die getrennten Batterien wieder aufgeladen werden, um ihre gespeicherte elektrische Energie wieder aufzufüllen. Typischerweise stehen die 48 V-Batterien in elektrischer Verbindung mit einem Riemen-Startergenerator/Motor. Folglich kann die 48 V-Batterie über einen Wechselrichter sowohl für die zum Betreiben eines Motors erforderliche Stromversorgung als auch für die Wiederaufladung durch den Generator verwendet werden. Die 48 V-Batterie wird anschließend über einen DC/DC-Wandler, der das Laden der 12 V-Batterie ermöglicht, mit einer 12 V-Batterie parallel geschaltet. Die 12 V-Batterie ist mit den Verbrauchern verbunden, für deren Service sie verwendet wird.
  • Während die Verwendung von 48 V-Stromquellen damit verbundene Vorteile in Bezug auf die Fähigkeit bietet, Hochenergiesysteme zu unterstützen und die Umweltauswirkung zu verringern, beeinträchtigt die Verwendung einer zusätzlichen Stromquelle auch die Kosten und das erforderliche Verpackungsvolumen und Gewicht der zusätzlichen Komponenten. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, zumindest einige der Nachteile in Verbindung mit bekannten Systemen zu entschärfen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Batteriesystem, ein Verfahren zum Einstellen des Ladezustands in einem Batteriesystem und ein Fahrzeug, das ein Batteriesystem umfasst, nach den beigefügten Ansprüchen bereit.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Batteriesystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit einem ersten Zweig, der in Reihe mit einem zweiten Zweig geschaltet ist; eine Energieausgleichsvorrichtung; wobei die Energieausgleichsvorrichtung dazu angeordnet ist, eine oder mehrere Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs zu überwachen und die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig zu steuern, um dadurch den Ladungspegel von jeweils dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig basierend auf der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder des zweiten Zweigs einzustellen, wobei entweder der erste Zweig oder der zweite Zweig dazu angeordnet ist, mit einem Generator verbunden zu werden. Vorteilhafterweise stellt das Batteriesystem eine einzige Batterie bereit, die die Aufteilung von Ladung zwischen unterschiedlichen Batteriezweigen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten intelligent umverteilen kann.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Batteriesystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit einem ersten Zweig, der in Reihe mit einem zweiten Zweig geschaltet ist; eine Energieausgleichseinrichtung zum Überwachen einer oder mehrerer Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs, wobei die Energieausgleichseinrichtung konfiguriert ist, den Ladungspegel von jeweils dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig basierend auf der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften einzustellen, wobei entweder der erste Zweig oder der zweite Zweig dazu angeordnet ist, mit einer Stromerzeugungseinrichtung verbunden zu werden.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Batteriesystem wie vorstehend beschrieben bereitgestellt, wobei die Energieausgleichseinrichtung zum Überwachen einer oder mehrerer Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs einen elektronischen Prozessor mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen von einem oder mehreren Signalen umfasst, von denen jedes die eine oder mehreren überwachten Eigenschaften anzeigt, eine elektronische Speichervorrichtung, die elektrisch mit dem elektronischen Prozessor gekoppelt ist und auf der Befehle gespeichert sind, wobei die Energieausgleichseinrichtung, die eine oder mehrere Eigenschaften überwacht, umfasst, dass der Prozessor konfiguriert ist, auf die Speichervorrichtung zuzugreifen und darauf gespeicherte Befehle auszuführen, so dass er dazu betrieben werden kann, zu erkennen, dass Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig zu übertragen ist, und die Energieausgleichseinrichtung dazu anweist, Ladung zwischen der Stromerzeugungseinrichtung, dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig zu übertragen.
  • Optional umfasst die Energieausgleichseinrichtung eine Spannungswandlereinrichtung. Die Spannungswandlereinrichtung kann konfiguriert sein, um die Spannung des ersten Zweigs im Wesentlichen in die Spannung des zweiten Zweigs umzuformen, um dadurch die Übertragung von Ladung vom ersten Zweig zum zweiten Zweig zu ermöglichen. Optional ist die Spannungswandlereinrichtung konfiguriert, um die Spannung des zweiten Zweigs im Wesentlichen in die Spannung des ersten Zweigs umzuformen, um dadurch die Übertragung von Ladung vom zweiten Zweig zum ersten Zweig zu ermöglichen. Nützlicherweise ermöglicht die Verwendung einer einzigen Spannungswandlereinrichtung das Schalten zwischen Aufwärtsumformung und Abwärtsumformung, und daher stellt das Batteriesystem einen einfachen und eleganten Mechanismus zum effizienten Umformen von Spannungen bereit, um die Umverteilung von Ladung in einer Batterie zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform ist, falls der Ladungspegel des ersten Zweigs oberhalb eines Schwellenladungspegels des ersten Zweigs und der Ladungspegel des zweiten Zweigs unterhalb eines Schwellenladungspegels des zweiten Zweigs liegt, die Energieausgleichseinrichtung dazu angeordnet, den Ladungspegel der Batterie durch Übertragen von gespeicherter Energie vom ersten Zweig zum zweiten Zweig einzustellen. Optional stellt der Schwellenladungspegel des ersten Zweigs einen im Wesentlichen vollständig geladenen ersten Zweig dar, und/oder wobei der Schwellenladungspegel des zweiten Zweigs einen im Wesentlichen vollständig geladenen zweiten Zweig darstellt. Vorteilhafterweise stellt das Batteriesystem eine einzige Batterie bereit, die die Aufteilung von Ladung zwischen unterschiedlichen Batteriezweigen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten intelligent umverteilen kann.
  • In einer Ausführungsform ist, falls der Ladungspegel des zweiten Zweigs oberhalb eines Schwellenladungspegels des zweiten Zweigs und der Ladungspegel des ersten Zweigs unterhalb eines Schwellenladungspegels des ersten Zweigs liegt, die Energieausgleichseinrichtung dazu angeordnet, den Ladungspegel der Batterie durch Übertragen von gespeicherter Energie vom zweiten Zweig zum ersten Zweig einzustellen. Optional stellt der Schwellenladungspegel des ersten Zweigs einen im Wesentlichen vollständig geladenen ersten Zweig dar, und/oder wobei der Schwellenladungspegel des zweiten Zweigs einen im Wesentlichen vollständig geladenen zweiten Zweig darstellt. Vorteilhafterweise stellt das Batteriesystem eine einzige Batterie bereit, die die Aufteilung von Ladung zwischen unterschiedlichen Batteriezweigen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten intelligent umverteilen kann.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Energieausgleichseinrichtung: eine Schalteinrichtung und Induktionseinrichtung, wobei die Schalteinrichtung und die Induktionseinrichtung in elektrischer Verbindung mit dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig stehen, und wobei die Energieausgleichseinrichtung dazu angeordnet ist, die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig durch Betätigen der Schalteinrichtung zu steuern, um so den Stromfluss durch die Induktionseinrichtung zu steuern. Optional ist die Induktionseinrichtung dazu angeordnet, mit einer gemeinsamen Klemme des ersten Zweigs und des zweiten Zweigs elektrisch verbunden zu sein, wobei die Schalteinrichtung dazu angeordnet ist, den Pluspol der Batterie mit der Induktionseinrichtung selektiv elektrisch zu verbinden. Optional wird auf die Schalteinrichtung ein pulsweitenmoduliertes Signal angelegt. Optional umfasst die Energieausgleichseinrichtung eine Schaltkreissperreinrichtung, die dazu angeordnet ist, Stromfluss von der Schalteinrichtung zum Minuspol der Batterie zu verhindern. Optional umfasst die Energieausgleichseinrichtung eine weitere Schalteinrichtung, die in elektrischer Verbindung mit dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig steht, wobei die Energieausgleichseinrichtung dazu angeordnet ist, die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig durch Betätigen der Schalteinrichtung und der weiteren Schalteinrichtungen zu steuern, um so den Stromfluss durch die Induktionseinrichtung zu steuern. Die Schalteinrichtung und/oder weitere Schalteinrichtungen können parallel zur Schaltungssperreinrichtung bestehen. Pulsweitenmodulierte Signale können auf die Schalteinrichtung und die weitere Schalteinrichtung angelegt werden. Vorteilhafterweise stellt das Batteriesystem eine einzige Batterie bereit, die die Aufteilung von Ladung zwischen unterschiedlichen Batteriezweigen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten intelligent umverteilen kann.
  • In einer Ausführungsform ist der erste Zweig konfiguriert, eine erste Spannung zuzuführen, und der zweite Zweig ist konfiguriert, eine zweite Spannung zuzuführen, wobei sich die erste Spannung von der zweiten Spannung unterscheidet. Optional ist die erste Spannung höher als die zweite Spannung.
  • In einer Ausführungsform weist der erste Zweig eine erste Energiespeicherkapazität auf und der zweite Zweig weist eine zweite Energiespeicherkapazität auf, wobei sich die erste Energiespeicherkapazität von der zweiten Energiespeicherkapazität unterscheidet. Optional ist die erste Energiespeicherkapazität geringer als die zweite Energiespeicherkapazität.
  • In einer Ausführungsform ist das Batteriesystem dazu angeordnet, selektiv Leistung von einer Stromquelle zu empfangen, und dadurch den ersten Zweig und/oder den zweiten Zweig aufzuladen.
  • In einer Ausführungsform das Batteriesystem eines der vorhergehenden Ansprüche [sic!], wobei der erste Zweig eine 36 V-Batterie ist und/oder der zweite Zweig eine 12 V-Batterie ist. Optional ist die Stromerzeugungseinrichtung ein Generator, der dazu angeordnet ist, eine Spannung zum Laden der 36 V-Batterie und/oder der 12 V-Batterie zu erzeugen.
  • In einer Ausführungsform steht das Batteriesystem in Verbindung mit einem Motor. In einer Ausführungsform ist das Batteriesystem konfiguriert, einen Startermotor anzutreiben. In einer Ausführungsform sind der erste Zweig und der zweite Zweig in einer einzigen Einheit integriert. In einer Ausführungsform umfassen die einen oder mehreren Eigenschaften Ladungs- oder Lastpegel.
  • Vorteilhafterweise ist die Hochkapazitäts-12 V-Batterie im Vergleich zu einer konventionellen 48 V-Batterie groß und die Wärmeabfuhr ist daher niedrig und das Batteriesystem ist einfacher als bekannte Systeme zu kühlen. 12 V-Batterien unterliegen nicht demselben Grad an Erwärmung wie eine eigenständige 48 V-Batterie. Weiterhin bedeutet die effiziente Integration einer 12 V-Batterie in Reihe mit einer 36 V-Batterie, dass das Batteriesystem ein geringeres Gewicht und Konfektionierungsvolumen aufweist als bekannte Systeme, die 48 V- und 12 V-Batterien aufweisen, die typischerweise in Hybrid-Elektrofahrzeugen erforderlich sind.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen des Ladezustands in einem Batteriesystem bereitgestellt, das eine Batterie mit einem ersten Zweig, der in Reihe mit einem zweiten Zweig geschaltet ist, umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Zuführen von Ladung von einem Generator zur Batterie; Überwachen einer oder mehrerer Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs; und in Abhängigkeit von der einen oder den mehreren Eigenschaften, Steuern der Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig, um dadurch den Ladezustand von jeweils dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig einzustellen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend ein Batterieüberwachungssystem, eine Batterie mit einem ersten Zweig, der in Reihe mit einem zweiten Zweig geschaltet ist; eine Energieausgleichseinrichtung, wobei die Energieausgleichseinrichtung dazu angeordnet ist, eine oder mehrere Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder zweiten Zweigs zu überwachen und die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig zu steuern, um dadurch den Ladungspegel von jeweils dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig basierend auf der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften des ersten Zweigs und/oder des zweiten Zweigs einzustellen, wobei entweder der erste Zweig oder der zweite Zweig dazu angeordnet ist, mit der Generatoreinrichtung verbunden zu werden.
  • Optional ist das Fahrzeug ein Hybrid-Elektrofahrzeug. Nützlicherweise kann das Batteriesystem einschließlich der Steuervorrichtungen in Fahrzeuge, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeuge, integriert werden. Vorteilhafterweise stellt das Batteriesystem Stromquellen bereit, um Verbraucher mit verschiedenen Spannungen zu bedienen. Vorteilhafterweise versorgt das Batteriesystem Verbraucher mit 12 V und 48 V, und stellt damit Antriebsunterstützung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug gemeinsam mit der Leistung bereit, um zahlreiche in einem Fahrzeug befindliche elektrische Systeme zu bedienen.
  • Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in einer beliebigen Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
  • Figurenliste
  • Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
    • 1 ein Schaltbild eines Batteriesystems einschließlich einer Steuervorrichtung ist;
    • 2A eine Tabelle von Betriebszuständen eines Batteriesystems ist;
    • 2B eine Tabelle von Betriebszuständen eines Batteriesystems ist;
    • 3A ein Schaltbild eines Batteriesystems ist;
    • 3B ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 3A ist;
    • 3C ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 3A ist;
    • 3D ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 3A ist;
    • 4A ein Schaltbild eines Batteriesystems ist;
    • 4B ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 4A ist;
    • 4C ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 4A ist;
    • 4D ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 4A ist;
    • 4E ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 4A ist;
    • 4F ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Batteriesystems von 4A ist; und
    • 5 ein Schaltbild eines Fahrzeugs mit einem Batteriesystem ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 ist ein Schaltbild eines Batteriesystems 1 einschließlich einer Steuervorrichtung 11. Das Batteriesystem 1 wird nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. In 1 ist eine Steuervorrichtung 11 dargestellt, die über einen Kommunikationspfad 13 in elektrischer Verbindung mit einer Energieausgleichsvorrichtung 15 steht. Die Energieausgleichsvorrichtung 15 ist dazu angeordnet, Ladung zwischen einem ersten Batteriezweig 16 und einem zweiten Batteriezweig 18, die in Reihe zusammengeschaltet sind, um eine Batterie 19 zu bilden, die Teil eines Batteriesystems 1 ist, zu übertragen. Es gibt auch einen Motor/Generator 10, der dazu angeordnet ist, Leistung zuzuführen, die zum Laden des ersten Batteriezweigs 16 verwendet wird. Alternativ ist der Motor/Generator 10 dazu angeordnet, Leistung zuzuführen, die zum Laden des zweiten Batteriezweigs 18 der Batterie 19 verwendet wird. Das Batteriesystem 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2A bis 2B, 3A bis 3D und 4A bis 4F detaillierter beschrieben.
  • Die Steuervorrichtung 11 von 1 weist einen Prozessor 11A und einen Speicher 11B auf und steht in Verbindung mit einer Energieausgleichsvorrichtung 15. Die Energieausgleichsvorrichtung 15 ist Teil eines Batteriesystems, wie z. B. der unter Bezugnahme auf 3A bis 3D und 4A bis 4F beschriebenen Batteriesysteme 100, 200. Die Steuervorrichtung 11 überwacht die Batteriezweige 16, 18 des Batteriesystems (z. B. des Batteriesystems 100, 200) und stellt Rückkopplungsregelung als Teil einer Energieausgleichsvorrichtung 15 der Batteriesysteme 100, 200 bereit, um dadurch den Ladungspegel zwischen den Batteriezweigen 16, 18 der Batterie 19 des Batteriesystems 100, 200 einzustellen und dadurch die Ladungspegelverteilung innerhalb der Batterie 19 zu optimieren. Die Energieausgleichsvorrichtung 15 wird daher dazu verwendet, Energie zwischen den Batteriezweigen 16, 18 der Batterie 19 hin- und herzuführen.
  • Tabelle 300A von 2A zeigt fünf Szenarien für den Betrieb eines Batteriesystems, wie z. B. des oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Batteriesystems 1. Diese Betriebszustände sind in Zeilen 304, 306, 308, 310 und 312 der Tabelle 300A dargestellt. Jeder Betriebszustand 304, 306, 308, 310 und 312 wird mittels vier Deskriptoren in den Spalten 322, 324, 326 und 328 beschrieben. Dementsprechend ist die erste Zeile 302 der Tabelle 300A eine Zeile mit Überschriften, einschließlich des Ladezustands des ersten Batteriezweigs 16 in der ersten Spalte 322, des Ladezustands des zweiten Batteriezweigs 18 in der zweiten Spalte 324, des Zustands des Motors/Generators in der dritten Spalte 326 und des Zustands der Energieausgleichsvorrichtung 15 in der vierten Spalte 328 (diese wird auch als „Wandler“ bezeichnet). Die Tabelle zeigt die Situation, wenn die Motor/Generator-Stromquelle 10 mit dem ersten Batteriezweig 16 verbunden ist. Für den Fachmann ist es jedoch leicht verständlich, dass, wenn die Motor/Generator-Stromquelle 10 mit dem zweiten Batteriezweig 18 verbunden ist, jedes Auftreten des Begriffs „erste Batterie“ in „zweite Batterie“ geändert werden muss und jedes Auftreten des Begriffs „zweite Batterie“ in „erste Batterie“ geändert werden muss, um die Tabelle an diese Situation anzupassen.
  • Wie in der zweiten Zeile 304 der Tabelle 300A zu sehen ist, wird - wenn sowohl der erste Batteriezweig 16 als auch der zweite Batteriezweig 18 vollständig geladen sind (das heißt, ihre jeweiligen Ladezustände ungefähr auf der Kapazität liegen) - der Motor/Generator 10 ausgeschaltet, da keine Leistung für das Laden eines Elements der Batterie 19 (z. B. des ersten Batteriezweigs 16 oder des zweiten Batteriezweigs 18) erforderlich ist. Ein Batteriezweig kann als vollständig geladen gelten, wenn der Ladungspegel oberhalb eines Schwellenwerts liegt. Falls der Ladungspegel unterhalb eines Schwellenwerts liegt, kann die Batterie als entladen gelten. Die Energieausgleichsvorrichtung 15 muss keine Energie umlenken und befindet sich in einer „Aus“-Konfiguration. Daher gilt ein Wandler der Energieausgleichsvorrichtung 15 als ausgeschaltet. Schaltungen, die verwendet werden, um diese Funktionalität bereitzustellen, sind in den nachstehenden 3 und 4 dargestellt. Insbesondere zeigen 3B und 4B vereinfachte Ersatzschaltbilder, die die Situation der Zeile 304 von Tabelle 300A veranschaulichen.
  • Wie in der dritten Zeile 306 der Tabelle 300A von 2A zu sehen ist, wird, wenn sowohl der erste Batteriezweig 16 als auch der zweite Batteriezweig 18 der Batterie 19 entladen sind, der Motor/Generator 10 dazu verwendet, dem ersten Batteriezweig 16 Strom zuzuführen. Aufgrund der Verbindung der Motor/Generator-Stromquelle 10 mit dem ersten Batteriezweig 16 wird nur der erste Zweig geladen. Daher muss der Wandler der Energieausgleichsvorrichtung 15 dazu verwendet werden, Ladung vom ersten Batteriezweig 16 zum zweiten Batteriezweig 18 zu übertragen. Schaltungen, die verwendet werden, um diese Funktionalität bereitzustellen, sind in den nachstehenden 3 und 4 dargestellt. Insbesondere ist diese Konfiguration auch in 3B und 4B dargestellt, wo die vereinfachten Ersatzschaltbilder die Verbindung zwischen einem Wandler 12 und der Batterie 19 veranschaulichen.
  • Im Betrieb, wenn der erste Batteriezweig 16 von einer Stromquelle, wie z. B. dem Motor/ Generator 10, geladen wird, wird - falls die Kapazität des ersten Batteriezweigs 16 kleiner ist als die des zweiten Batteriezweigs 18 - der erste Batteriezweig 16 einen Ladungspegelschwellenwert überschreiten, der anzeigt, dass der erste Batteriezweig 16 vollständig geladen ist, bevor der zweite Batteriezweig 18 einen Ladungspegelschwellenwert überschreitet, der anzeigt, dass der 12 V-Batteriezweig 18 vollständig geladen ist. In dieser Situation gilt der erste Batteriezweig 16 als vollständig geladen (oder „geladen“) und der zweite Batteriezweig 18 gilt als entladen (was jeden Ladungspegelzustand unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts anzeigt). Das Batteriesystem 1 ist konfiguriert, um auf diese Situation wie in der vierten Zeile 308 der Tabelle 300A von 2A beschrieben zu reagieren.
  • Wie in der vierten Zeile 308 der Tabelle 300A von 2A zu sehen ist, wird - wenn der erste Batteriezweig 16 der Batterie 19 vollständig geladen ist, aber der zweite 18 der Batterie 19 nicht vollständig geladen ist - der Motor/Generator 10 eingeschaltet, bzw. er wird eingeschaltet gehalten. Die Energieausgleichsvorrichtung 15 wird dazu verwendet, Energie vom ersten Zweig 16 zum zweiten Zweig 18 zu lenken. Der Wandler gilt als „ein“-geschaltet und überträgt, wie in der vierten Spalte 328, vierten Zeile 308 der Tabelle 300A vermerkt, Ladung vom ersten Batteriezweig 16 zum zweiten Batteriezweig 18. Schaltungen, die verwendet werden, um diese Funktionalität bereitzustellen, sind in den nachstehenden 3 und 4 dargestellt. Insbesondere ist die Übertragung von Ladung vom ersten Batteriezweig 16 zum zweiten Batteriezweig 18 in 3C und 3D und 4C und 4D veranschaulicht.
  • Wie in der fünften Zeile 310 und der sechsten Zeile 312 der Tabelle 300A von 2A dargestellt, kann - wenn der erste Batteriezweig 16 der Batterie 19 entladen ist (z. B. weniger als ein Ladungspegelschwellenwert des zweiten [sic!] Batteriezweigs 16 ist) und der zweite Batteriezweig 18 der Batterie 19 geladen ist (z. B. mehr als ein Ladungspegelschwellenwert des zweiten Batteriezweigs 18 ist) - die Energieausgleichsvorrichtung 15 dazu angeordnet sein, Ladung vom zweiten Batteriezweig 18 zum ersten Batteriezweig 16 zu übertragen. Wie in Zeile 310 der Tabelle 300A dargestellt, kann die Übertragung von Ladung vom zweiten Batteriezweig 18 zum ersten Batteriezweig 16 durchgeführt werden, wenn der Motor/Generator 10 ausgeschaltet ist. Üblicherweise wird, wenn der erste Batteriezweig 16 entladen ist, der zweite Batteriezweig geladen ist und der Motor/Generator 10 eingeschaltet ist, der Wandler ausgeschaltet, wie in Zeile 312 der Tabelle 300A dargestellt. In besonderen Situationen, in denen bevorzugt wird, den ersten Batteriezweig 16 schnell aufzuladen, anstatt den zweiten Batteriezweig vollständig geladen zu halten, kann der Wandler jedoch eingeschaltet werden, um Ladung vom zweiten Batteriezweig 18 zum ersten Batteriezweig 16 zu übertragen. Dies ermöglicht es, dass Ladung zum Beispiel von einem Batteriezweig mit höherer Kapazität und niedrigerer Spannung an einen Batteriezweig mit niedrigerer Kapazität und höherer Spannung übertragen wird. 4 veranschaulicht eine Schaltung, die dazu verwendet werden kann, diese Funktionalität umzusetzen. Insbesondere zeigen die 4E und 4F vereinfachte Ersatzschaltbilder von 4A, die den Betrieb der in Zeilen 310, 312 der Tabelle 300A dargestellten Zustände veranschaulichen.
  • Die Betriebszustände der Zeilen 304, 306, 308, 310, 312 der Tabelle 300A von 2A können durch die in Bezug auf die 4A bis 4F unten beschriebene Ausführungsform umgesetzt werden. Die Betriebszustände der Zeilen 304, 306, 308 können auch durch die in Bezug auf die 3A bis 3D nachstehend beschriebene Ausführungsform umgesetzt werden.
  • 2B zeigt eine Tabelle 300B von alternativen Betriebszuständen. Die ersten drei Zeilen der Betriebszustände 304, 306, 308 sind dieselben wie die in den ersten drei Szenarien der Zeilen 304, 306, 308 der Tabelle 300A von 2A beschriebenen Betriebszustände. Wie in der fünften Zeile 314 der Tabelle 300B von 2B dargestellt, ist jedoch, wenn der erste Batteriezweig 16 der Batterie 19 entladen ist (z. B. unterhalb eines Ladungspegelschwellenwerts des ersten Batteriezweigs 16 ist) und der zweite Batteriezweig 18 der Batterie 19 geladen ist (z. B. oberhalb eines Ladungspegelschwellenwerts des zweiten Batteriezweigs 18 ist), der Motor/Generator 10 nicht konfiguriert, die Batterie 19 zu laden, und die Energieausgleichsvorrichtung verteilt keine gespeicherte elektrische Energie im Batteriesystem 1 um. In einem Beispiel, bei dem der erste Batteriezweig eine 12 V-Batterie ist, die in Reihe mit einem zweiten Batteriezweig geschaltet ist, der ein 36 V-Zweig ist, ist das Batteriesystem in der Lage, einen 48 V-Verbraucher zu versorgen. Typischerweise ist der Verbrauch eines 48 V-Verbrauchers geringer als der eines 12 V-Verbrauchers; daher besteht eventuell kein Bedarf, den 36 V-Batteriezweig 18 aufzuladen, wenn der 12 V-Batteriezweig 16 vollständig geladen ist. Diese Funktionalität kann durch die unter Bezugnahme auf 3A bis 3D nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt werden.
  • 3A ist ein Schaltbild eines Batteriesystems 100 mit einer Batterie 19, die einen ersten Zweig 16 und einen zweiten Zweig 18 umfasst. Der erste Zweig und der zweite Zweig können aus identischen Batterien oder aus Batterien mit denselben Nennspannungen, aber unterschiedlichen Kapazitäten bestehen. In den folgenden Ausführungsformen ist der erste Zweig jedoch eine Niederspannungsbatterie 16 und der zweite Zweig ist eine Hochspannungsbatterie 18, die zusammen eine Batterieanordnung 19 bilden. Diese Terminologie wird hier verwendet werden. Für den Fachmann ist es jedoch leicht verständlich, dass die Reihenfolge, in der die Batterien verbunden werden, oder ihre Nennausgangsspannung oder ihre Kapazität, keinen Unterschied für das Prinzip und die Lehre der vorliegenden Erfindung machen.
  • Die Niederspannungsbatterie 16 ist elektrisch mit ihrem Pluspol am Minuspol der Hochspannungsbatterie 18 verbunden. In den Ausführungsformen der 3 und 4 weist die Niederspannungsbatterie 16 eine Nennspannung von 12 Volt auf und die Hochspannungsbatterie 18 weist eine Nennspannung von 36 Volt auf. Die Niederspannungsbatterie 16 ist aus Zellen in einer 4S3P-Konfiguration gebildet [sic!] hat eine Kapazität von 120 Ah. Die Hochspannungsbatterie 18 ist aus Zellen in einer 10S1P-Konfiguration gebildet und hat eine Kapazität von 8 Ah. Der Minuspol der 12 V-Batterie definiert eine gemeinsame Erde für alle elektrischen Verbraucher in einem Auto und ist mit einer gemeinsamen Erdungsschiene 14 verbunden. Die gemeinsame Erdungsschiene 14 ist elektrisch leitend mit der Fahrzeugerde 140 über ein Erdungsband 142 verbunden und stellt eine gemeinsame Erde ebenfalls auf einer gemeinsamen Erdungsklemme 141 bereit. Der Pluspol der 12 V-Batterie 16 ist elektrisch leitend verbunden mit einer 12 V-Klemme 17 zum Versorgen von Verbrauchern, die für eine Nennspannung von 12 V im Auto ausgelegt sind. Der Pluspol der 36 V-Batterie 18 ist elektrisch leitend mit einer Hochspannungsschiene 13 verbunden, die eine Hochspannungsstromversorgung an einer Hochspannungsklemme 131 bereitstellt. Da der Minuspol der 36 V-Batterie 16 elektrisch leitend mit dem Pluspol der 12 V-Batterie verbunden ist, ist die Spannung zwischen der gemeinsamen Erdungsklemme 141 und der Hochspannungsklemme 131 die Summe der Spannungen der Niederspannungsbatterie 16 und der Hochspannungsbatterie 18, was in dieser Ausführungsform addiert 48 Volt ergibt. Verbraucher, die für eine Nennspannung von 48 V ausgelegt sind, werden mit der gemeinsamen Erdungsschiene 14 oder Fahrzeugerde 140 und der Hochspannungsklemme 131 verbunden.
  • Ein Motor/Generator 10 steht in Verbindung mit einem Wechselrichter 12 über die Stromleitungen 101, 102. Die negative Ausgangsklemme 121 des Wechselrichters 12 ist mit der gemeinsamen Erdungsschiene 14 verbunden. Die positive Leistungsausgangsklemme 122 des Wechselrichters 12 ist verbindend leitend mit der einer Eingangsladeklemme 171 verbunden. Ein erster Kondensator 106 über die negative Leistungsausgangsklemme 121 des Wandlers 12 und die positive Ausgangsklemme 122 des Wandlers 12 glättet die Ausgangsspannung des Wechselrichters 12. Der Wechselrichter 12 ist dafür ausgelegt, einen Ladestrom ILadung für den ersten Batteriezweig 16 der Batterieanordnung 19 bereitzustellen. Um den ersten Batteriezweig 16 zu laden, muss die Ausgangsspannung des Wechselrichters 12 höher als die tatsächliche Spannung des ersten Batteriezweigs 16 sein. Der Wechselrichter 12 kann eine Strombegrenzung bereitstellen, um ein Überladen des ersten Batteriezweigs 16 zu verhindern. In diesem Beispiel ist der Wechselrichter 12 nur über den ersten Batteriezweig 16 verbunden, so dass nur der erste Batteriezweig 16 vom Wechselrichter 12 geladen wird. In anderen Beispielen ist der Wechselrichter 12 nur über den zweiten Batteriezweig 18 verbunden, so dass nur der zweite Batteriezweig 18 vom Wechselrichter 12 geladen wird. Es versteht sich deshalb, dass, wenn ein Wechselrichter 12 über entweder nur den ersten Batteriezweig 16 oder nur den zweiten Batteriezweig 18 verbunden ist, nur der Batteriezweig, über den der Wechselrichter 12 verbunden ist, vom Wechselrichter 12 geladen wird.
  • Wenn weder die Niederspannungsbatterie 16 noch die Hochspannungsbatterie 18 vollständig geladen ist, stellt der Wechselrichter 12 einen Ladestrom ILadung bereit, der nacheinander von der Eingangsladeklemme 13 durch die Niederspannungsbatterie 16 zurück zur gemeinsamen Erdungsschiene 14 fließt.
  • Da der Ladestrom ILadung nur die Niederspannungsbatterie 16 lädt, ermöglicht die Energieausgleichsvorrichtung 15 dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Übertragen des Ladestroms von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18. Dieser Modus wird nachstehend als „Aufwärts-Lade“-Modus bezeichnet werden, da er Ladungen von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18 überträgt. Im Aufwärts-Lade-Modus überwacht eine Ladungsausgleichssteuervorrichtung 11, nachstehend abgekürzt einfach als „Steuervorrichtung 11“ bezeichnet, die Ladungspegel von jeweils der Niederspannungsbatterie 16 und der Hochspannungsbatterie 18. In dem Fall, dass die Steuervorrichtung 11 erkennt, dass der Ladungspegel der Niederspannungsbatterie 16 im Wesentlichen voll ist und der Ladungspegel der Hochspannungsbatterie 18 anzeigt, dass sie noch weiteres Aufladen benötigt, aktiviert die Steuervorrichtung 11 die Energieausgleichsvorrichtung 15.
  • Die Energieausgleichsvorrichtung 15 dieser Ausführungsform umfasst einen Induktor 150, einen Transistor 153, eine Diode 154 und einen zweiten Kondensator 155. Um den Ladestrom ILadung , der auf der Hochspannungsschiene 13 bereitgestellt wird, effizient, d. h. ohne einen zu großen Leistungsverlust, zur Hochspannungsbatterie 18 zu übertragen, wird der Transistor 153 an seinem Kollektor C mit einer ersten Klemme 151 des Induktors 150 und an seinem Emitter E mit der gemeinsamen Erdungsschiene 14 leitend verbunden. Eine zweite Klemme 152 des Induktors 150 ist mit dem Pluspol der Niederspannungsbatterie 16 verbunden. Da diese zweite Klemme 152 des Induktors 150 elektrisch fest mit Spannungspotential des Pluspols der Niederspannungsbatterie 16 verbunden ist, wird diese zweite Klemme 152 des Induktors 150 nachstehend als die „feste Klemme“ 152 des Induktors 150 bezeichnet. Da die Spannung an der ersten Klemme 151 des Induktors 150 mit der selbstinduzierten Spannung des Induktors 150 floatet, wird diese erste Klemme 151 des Induktors 150 nachstehend als die „floatende Klemme“ 151 des Induktors 150 bezeichnet. Die Diode 154 ist an ihrer Anode A mit der floatenden Klemme 151 und an ihrer Kathode K mit der Hochstromschiene 13 verbunden. Der zweite Kondensator 155 wird auch als Glättungskondensator zum Glätten von Stromrippeln verwendet, die an der festen Klemme 152 auftreten können. Dazu ist eine Klemme des zweiten Kondensators 155 elektrisch leitend mit der festen Klemme 152 verbunden und die andere Klemme des zweiten Kondensators 155 ist mit der Hochstromschiene 13 verbunden.
  • Um zu zeigen, wie die Ladungen von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18 übertragen werden, zeigen die 3B, 3C und 3D die Komponenten der Energieausgleichsvorrichtung 15 von 3A in einem vereinfachten Ersatzschaltbild, das die Komponenten primär nur zeigt, falls sie sich in einem leitenden Zustand befinden oder anderweitig zur Funktion der Ladungsübertragung beitragen. Elektrische Komponenten, die keinen Einfluss in einer bestimmten Phase des Ladungsübertragungsprozesses haben, wurden für ein besseres Verständnis der Prinzipien des Ladungsübertragungsprozesses vollständig ausgeblendet. Wenn die Steuervorrichtung 11 über eine längere Zeit hinweg kein Steuersignal erzeugt, wird die Energieausgleichsvorrichtung 15 in einen statischen, deaktivierten Zustand versetzt, wie durch 3B dargestellt. In einem dynamischen Zustand erzeugt die Steuervorrichtung 11 ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal zum Steuern des Schaltzustands des Transistors 153. Das pulsweitenmodulierte Signal versetzt die Energieausgleichsvorrichtung 15 in einen dynamischen Zustand, indem die Energieausgleichsvorrichtung 15 zyklisch durch einen Einschalt-Zustand, symbolisiert in 3C, zu einem Ausschalt-Zustand, symbolisiert in 3D, und vom dynamischen Ausschalt-Zustand zurück zum Einschaltzustand, dargestellt in 3C, läuft, um einen neuen Zyklus zu beginnen.
  • Die Energieausgleichsvorrichtung 15 des Batteriesystems 100 weist eine Reihe von Komponenten 153, 150, 154, 155 auf. Der Transistor 153 ist mit einer Steuereinheit verbunden (nicht in 3 dargestellt, kann aber die Steuervorrichtung 11 von 1 sein und kann in das Batteriesystem 100 integriert sein). Die Energieausgleichsvorrichtung 15 wird von einer Steuervorrichtung, wie z. B. der in Bezug auf 1 beschriebenen Steuervorrichtung 11, gesteuert. Die Steuervorrichtung 11 aktiviert und deaktiviert den Transistor 153, damit er als Schalter zur Steuerung des Stromflusses durch das Batteriesystem 100 wirkt. Die Steuervorrichtung 11 aktiviert und deaktiviert den Transistor 153 durch Anlegen eines pulsweitenmodulierten Signals. Wenn der Transistor 153 eingeschaltet ist, kann Strom [sic!] den Kollektor C und den Emitter E fließen. Wenn der Transistor 153 ausgeschaltet ist, kann kein Strom zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E fließen.
  • 3B zeigt die Schaltung im deaktivierten Zustand. Im deaktivierten Zustand stellt die Steuervorrichtung 11 ein Steuersignal bei einem Spannungspegel bereit, der die Kollektor-Emitter-Strecke C-E des Transistors 153 in einen nicht leitenden Zustand zwingt. Daher ist die Situation dieselbe, als ob der Transistor 153 überhaupt nicht da wäre. Dies wird in 3B als unterbrochene Verbindung zwischen der symbolisierten Kollektorklemme C und der symbolisierten Emitterklemme E des Transistors 153 symbolisiert. Der deaktivierte Zustand ist ein statischer Zustand, was bedeutet, dass die Steuersignale über einen längeren Zeitraum hinweg ausgeschaltet sind, so dass der Induktor 150 kein Magnetfeld hat. Im statischen Zustand fließt kein Strom durch den Induktor 150 oder wird kein Strom von diesem induziert, und daher ist das Spannungspotential der floatenden Klemme 151 des Induktors 150 dasselbe wie an der festen Klemme 152 des Induktors 150 und es ist dasselbe wie die Spannung am Pluspol der Niederspannungsbatterie 16. Dies bedeutet auch, dass die Spannung an der Kathode K der Diode 154 auf einem höheren Spannungspotential liegt als an der Anode A der Diode 154. Dadurch ist die Diode 154 in einer Sperrrichtung vorgespannt und blockiert jeglichen Stromfluss durch die Diode 154. Das entspricht einem nicht leitenden Zustand der Diode 154 und folglich wurde im vereinfachten Ersatzschaltbild von 3B die Diode 154 auch ausgeblendet und ist durch eine unterbrochene Verbindung zwischen ihrer Anode A und ihrer Kathode K symbolisiert.
  • Wie aus 3B zu sehen ist, fließt im statischen Zustand Strom weder durch die Kollektor-Emitter-Strecke C-E des Transistors 153, noch durch die Anoden-Kathoden-Strecke der Diode 154, noch durch den Induktor 150. Folglich fließt im deaktivierten Zustand der Energieausgleichsvorrichtung 15 der vom Wechselrichter 12 bereitgestellt Ladestrom ILadung nur durch die Niederspannungsbatterie 16.
  • Die 3C und 3D sind vereinfachte Ersatzschaltbilder des Batteriesystems 100 für die dynamische Situation, wenn die Steuervorrichtung 11 ein zyklisches pulsweitenmoduliertes Steuersignal am Transistor 153 anlegt. 3C zeigt den Teil des Zyklus, wenn das pulsweitenmodulierte Signal den Transistor 153 in einen leitenden Zustand versetzt. Dies wird in 3C durch einen Kurzschluss der Kollektor-Emitter-Strecke C-E zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E des Transistors 153 symbolisiert. Wie das vereinfachte Ersatzschaltbild von 3C zeigt, verbindet der Transistor 153 im eingeschalteten Zustand die floatende Klemme 151 des Induktors 150 mit der gemeinsamen Erdungsschiene 14. Dies bedeutet, dass die floatende Klemme 151 mit einer Spannung von +0 V verbunden ist und dass die feste Klemme 152 des Induktors 150 mit einer Spannung von +12 V in Bezug auf die gemeinsame Erde 140 verbunden ist. Folglich fließt ein Strom I1 durch den Induktor 150 vom Pluspol der Niederspannungsbatterie 16 zum Minuspol der Niederspannungsbatterie 16. Der durch den Induktor 150 fließende Strom I1 kann von der Niederspannungsbatterie 16 allein bereitgestellt werden, falls der Wandler 12 ausgeschaltet ist, oder kann aus einem ersten aus dem Wandler 12 stammenden Strom und einem zweiten aus der Niederspannungsbatterie 16 stammenden Strom zusammengesetzt sein. Der durch den Induktor 150 fließende Strom I1 baut ein Magnetfeld in seiner Umgebung auf, in dem die elektrische Energie des Stroms I1 in magnetische Energie umgewandelt wird. Aufgrund der Abkürzung der Kollektor-Emitter-Strecke C-E des Transistors 153 ist die Kathode K der Diode 154 auf dem Spannungspotential der Hochspannungsschiene 13 und daher ist die Diode 154 immer noch in Sperrrichtung vorgespannt, d. h. in einem nicht leitenden Modus. Dadurch gibt es keine elektrisch leitende Verbindung zwischen der floatenden Klemme 151 vom Induktor 150 und der Hochspannungsschiene 13 über die Diode 154.
  • 3D zeigt die Situation, wenn die Steuervorrichtung 11 den Transistor 153 abschaltet, d. h. die Kollektor-Emitter-Strecke C-E des Transistors 153 befindet sich in einem nicht leitenden Zustand. Dies wird in 3D durch eine Unterbrechung zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E des Transistors 153 symbolisiert. Diese Unterbrechung lässt den Strom I1 , der vom Pluspol der Niederspannungsbatterie 16 durch den Induktor 150 zum Minuspol der Niederspannungsbatterie 16 fließt, stagnieren, und das Magnetfeld des Induktors 150 bricht zusammen. Alle Änderungen im Strom und damit im Magnetfluss durch den Querschnitt des Induktors erzeugen eine entgegenwirkende elektromotorische Kraft im Leiter. Nach dem Lenz'schen Gesetz, das besagt, dass sich ein Induktor einer Änderung im Strom widersetzt, induziert das zusammenbrechende Magnetfeld eine Spannung UL , die in ihrer Polarität invers im Vergleich zur Spannung über den Induktor 150 ist, wenn der Induktor 150 mit Strom vom Pluspol der Niederspannungsbatterie 16 versorgt wurde. Solange sich der Induktor 150 nicht entladen kann, wird die Spannung der induzierten Spannung UL unverzüglich ansteigen, und das Potential der floatenden Klemme 151 des Induktors 150 wird zunehmend negativ im Vergleich zum Potential der festen Klemme 152. Sobald die induzierte Spannung UL die Summe der Spannungen der Hochspannungsbatterie 18 und des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung der Diode 154, der in Nennwerten eine Spannung um 36 V + 0,7 V = 36,7 V ist, überschreitet, ändert die Diode 154 ihren Zustand in einen eingeschalteten Zustand und leitet Strom von ihrer Anode A zu ihrer Kathode K. Dieser in eine Richtung leitende Zustand ist im vereinfachten Schaltbild von 3D durch eine Abkürzung zwischen der Anode A und der Kathode K symbolisiert. Infolge der Selbstinduktion wird der Induktor 150 nun eine Stromquelle UL , die Strom IL liefert, der über die Zeit hinweg abnimmt. Solange das Magnetfeld nicht vollständig zusammengebrochen ist, fließt der durch die Selbstinduktion des Induktors 150 erzeugte Strom IL von der festen Klemme 152 durch die Hochspannungsbatterie 18 zurück zur festen Klemme 152 und lädt dadurch die Hochspannungsbatterie 18.
  • Für den Fachmann ist es leicht verständlich, dass der niedrige Spannungsabfall in Durchlassrichtung von 0,7 V lediglich ein Beispiel für eine Siliziumdiode ist. Bei Hochleistungs-Siliziumdioden kann die Schwellenspannung höher sein, bei Schottky-Dioden zum Beispiel wird die Schwellenspannung niedriger sein.
  • Nach dem Ende eines Zyklus schaltet die Steuervorrichtung 11 schließlich den Transistor 153 zurück auf „Ein“ und der Zyklus beginnt erneut, wie in 3C dargestellt, indem das Magnetfeld im Induktor 150 aufgebaut wird. Idealerweise wird die Schaltfrequenz des Steuersignals für den Transistor 153 so hoch gewählt, dass für eine gegebene Induktivität L des Induktors 150 das Magnetfeld nie vollständig zusammenbricht und der Ladestrom IL während des ausgeschalteten Zeitraums des Schaltzyklus aufrechterhalten bleibt. Das Tastverhältnis des Steuersignals, d. h. die Zeit, in der der Transistor 153 eingeschaltet ist im Verhältnis zur Gesamtzeit, während der der Transistor 153 eingeschaltet und ausgeschaltet ist, ermöglicht es, die Effizienz der Stromumwandlung zu optimieren. Mit idealen Komponenten ist das Tastverhältnis proportional zum Verhältnis der Spannung der Niederspannungsbatterie 16 und der Hochspannungsbatterie 18. In einer Ausführungsform mit einer 12 V-Batterie als Niederspannungsbatterie 16 und einer 36 V-Batterie als Hochspannungsbatterie 18 wäre das Tastverhältnis des Steuersignals 1:3, d. h. der Transistor ist drei Mal länger ausgeschaltet als er eingeschaltet ist. Dadurch würde der Strom I1 , der aus der Batterie 16 in der Einschaltphase entladen wird, in einen drei Mal höheren Ladestrom IL umgeformt werden. Tatsächlich jedoch kann aufgrund von nicht idealen elektrischen Komponenten eine Umformungseffizienz von nahezu 96 % erzielt werden.
  • 4A ist ein Schaltbild eines Batteriesystems 200, das im Großen und Ganzen dieselben elektrischen Elemente wie in 3A umfasst. Daher wurden in 4A dieselben Bezugszeichen für dieselben elektrischen Elemente verwendet, die bereits in 3A vorgestellt wurden. Zusätzlich zur Funktion der Energieausgleichsvorrichtung 15, um Ladungen von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18 zu verschieben, umfasst Energieausgleichsvorrichtung 15 einen zweiten Transistor 157, der die Diode 154 der in 3A dargestellten Ausführungsform ersetzt und es ermöglicht, dass die Energieausgleichsvorrichtung 15 zusätzlich zur zuvor beschriebenen Funktion des Verschiebens von Ladungen von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18 alternativ Ladungen von der Hochspannungsbatterie 18 zur Niederspannungsbatterie 16 verschiebt. Der Kollektor C2 dieses zweiten Transistors 157 ist mit der Hochspannungsstromschiene 13 verbunden, und der Emitter E2 des zweiten Transistors 157 ist mit der floatenden Klemme 151 des Leiters 150 verbunden. Da die durch die Selbstinduktion des Induktors 150 erzeugte Spannung UL Werte erreichen kann, die die Kollektor-Emitter-Strecke C1-E1 des ersten Transistors 153 bzw. die Kollektor-Emitter-Strecke C2-E2 des zweiten Transistors 157 zerstören könnten, werden die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors 153 und des zweiten Transistors 157 jeweils durch eine Freilaufdiode 158, 159 geschützt. Ein weiterer Glättungskondensator 156 verbindet die feste Klemme 152 des Induktors 150 und die gemeinsame Erde 14.
  • Das vereinfachte Ersatzschaltbild von 4B zeigt dieselbe Situation wie das vereinfachte Ersatzschaltbild von 3B. In diesem statischen Zustand erzeugt die Steuervorrichtung 11 Steuersignale, die sowohl den ersten Transistor 153 als auch den zweiten Transistor 157 in einen nicht leitenden Zustand versetzen. Dies ist in 4B durch eine offene Verbindung zwischen dem Kollektor C1 des ersten Transistors 153 und dem Emitter E1 des ersten Transistors 153 und durch eine andere offene Verbindung zwischen dem Kollektor C2 des zweiten Transistors 157 und dem Emitter E2 des zweiten Transistors 157 symbolisiert. Nach einiger Zeit ist das elektromagnetische Feld des Induktors 150 in diesem statischen Zustand zusammengebrochen, falls es überhaupt eines gab. Die Spannung der floatenden Klemme 151 des Induktors 150 ist dann dieselbe wie die Spannung des Pluspols der Hochspannungsbatterie 18.
  • 4C und 4D zeigen eine Konfiguration, bei der sich die Ladungsausgleichsvorrichtung 15 im Abwärts-Lade-Modus befindet, d. h. die Steuervorrichtung 11 überträgt Ladungen von der Hochspannungsbatterie 18 zur Niederspannungsbatterie 16. In einer ersten Phase dieses Übertragungsprozesses schaltet die Steuervorrichtung 11, wie in 4C dargestellt, den zweiten Transistor 157 in einen leitenden Zustand und hält gleichzeitig den ersten Transistor 153 in einem nicht leitenden Zustand. Das bedeutet, dass ein Strom I1 von der Hochspannungsschiene 13 durch den Induktor 150 fließt und ein elektromagnetisches Feld um den Induktor 150 aufbaut. In einer zweiten Phase dieses Übertragungsprozesses versetzt die Steuervorrichtung 11 dann, wie in 4D dargestellt, den ersten Transistor 153 in einen leitenden Zustand und den zweiten Transistor 157 in einen nicht leitenden Zustand. In dieser Situation bricht das elektromagnetische Feld des Induktors 150 zusammen und erzeugt eine selbstinduzierte Spannung UL , um sich einer Änderung der Richtung des Stroms I1 zu widersetzen. Da die floatende Klemme 151 des Induktors 150 nun über die geschlossene Verbinder-[sic!]-Emitter-Strecke C1-E1 mit dem Minuspol der Niederspannungsbatterie 16 verbunden ist, wird der Induktor 150 eine Stromquelle, sobald die induzierte Spannung UL die Spannung der Niederspannungsbatterie 16 erreicht hat. Dies bewirkt, dass ein induzierter Strom IL zurück zur floatenden Klemme 151 des Induktors 150 durch den Pluspol der Niederspannungsbatterie 18 [sic!] fließt, und dadurch die Niederspannungsbatterie 16 lädt. Praktisch ist das dieselbe Situation wie in 3D dargestellt, mit dem Unterschied, dass in jener Situation die Diode 154 den Fluss von induziertem Strom IL automatisch ermöglichte, während jetzt die Steuervorrichtung 11 den zweiten Transistor 157 aktiv in einen leitenden Zustand schalten muss. Wie in Verbindung mit 3C und 3D erwähnt, schaltet die Steuervorrichtung 11 am Ende der zweiten Phase den ersten Transistor 153 und den zweiten Transistor 157 in den Zustand wie in 4C beschrieben zurück und beginnt einen neuen Zyklus.
  • 4E und 4F zeigen, ähnlich wie 3C und 3D, nun den Zyklus zum Übertragen von Ladungen von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18. Zur besseren Übersicht wird dieser Übertragungsmodus nachstehend als der „Aufwärts-Lade“-Modus bezeichnet. In einer ersten Phase dieses Übertragungsprozesses versetzt die Steuervorrichtung 11, wie in 4E dargestellt, den ersten Transistor 153 in einen leitenden Zustand und den zweiten Transistor 157 in einen nicht leitenden Zustand. Wie 4E zeigt, verbindet die Kollektor-Emitter-Strecke C1-E1 des ersten Transistors 153 die floatende Klemme 151 des Induktors 150 mit der gemeinsamen Erde 14. Dadurch gibt es eine geschlossene Schaltung zwischen dem Pluspol der Niederspannungsbatterie 16, dem Leiter 150 und dem Minuspol der Niederspannungsbatterie 16, die einen Stromfluss I2 ermöglicht. Der Wechselrichter 12 kann weiterhin einen Ladestrom ILadung erzeugen, der zusätzlich zur Ladungsübertragung von der Niederspannungsbatterie 16 zur Hochspannungsbatterie 18 die Niederspannungsbatterie 16 weiterhin lädt.
  • Der Induktor 150 erzeugt ein elektromagnetisches Feld in seiner Umgebung, und speichert dadurch elektromagnetische Energie. Am Ende des ersten Zeitraums des Aufwärts-Lade-Modus kehrt die Steuervorrichtung 11 die Schaltzustände des ersten Transistors 153 in einen nicht leitenden Modus um, und während sie den zweiten Transistor 157 weiterhin in einem nicht leitenden Modus hält. Die Situation der zweiten Phase des Aufwärts-Lade-Modus ist in 4F dargestellt. Der Stromfluss vom Pluspol der Niederspannungsbatterie 16 durch den Induktor 150 stagniert, da die Kollektor-Emitter-Strecke C1-E1 des ersten Transistors 153 unterbrochen wird, d. h. sich in einem nicht leitenden Zustand befindet. Um sich einer Änderung der Richtung des durch den Induktor 150 fließenden Stroms IL zu widersetzen, induziert das zusammenbrechende elektromagnetische Feld von Induktor 150 eine Spannung UL und macht den Induktor 150 zu einer Stromquelle, die einen induzierten Strom IL erzeugt. Sobald die induzierte Spannung UL höher ist als die Summe des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung der zweiten Diode 159 und die Spannung der Hochspannungsbatterie 18, wird die Anode A2-Kathode K2-Strecke der zweiten Diode 159 leitend. Der induzierte Strom IL fließt in den Pluspol der Hochspannungsbatterie 18 und zurück zur festen Klemme des Induktors 150, und lädt dadurch die Hochspannungsbatterie 18.
  • Nach dem Ende der zweiten Phase des Aufwärts-Lade-Modus kehrt die Steuervorrichtung erneut den Schaltzustand des ersten Transistors 153 um, um einen neuen Zyklus zu starten. Auch in diesem Modus werden das Tastverhältnis der Steuersignale des ersten Transistors 153 und des zweiten Transistors 157 und die Schaltfrequenz letztendlich die Effizienz der Ladungsübertragung bestimmen. Bei einer Nennspannung der Niederspannungsbatterie 16 von 12 V und einer Nennspannung der Hochspannungsbatterie 18 von 36 V beträgt das Tastverhältnis für das Steuersignal zum Steuern des Schaltzustands des ersten Transistors 153 idealerweise 3:1, d. h. der erste Transistor 153 ist drei Mal länger eingeschaltet als er ausgeschaltet ist. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass es hauptsächlich vom Tastverhältnis abhängt, ob sich die Energieausgleichsvorrichtung im Abwärts-Lade-Modus befindet oder im Aufwärts-Lade-Modus befindet. Durch Einstellen des Tastverhältnisses kann die Energieausgleichsvorrichtung auf Spannungen reagieren, die von der Nennspannung der Niederspannungsbatterie 16 und der Hochspannungsbatterie 18 abweichen. Um das Tastverhältnis dementsprechend anzupassen, überwacht die Steuervorrichtung 11 den Pegel der Niederspannungsbatterie 16 und die Spannung der Niederspannungsbatterie 16 und den Ladungspegel der Hochspannungsbatterie 18 und die Spannung der Hochspannungsbatterie 18. Gemäß den gemessenen Werten kann die Steuervorrichtung 11 das Tastverhältnis für die Steuersignale des ersten Transistors 153 und des zweiten Transistors 157 genau abstimmen.
  • Während die in Bezug auf die 3A bis 4F beschriebenen Batteriesysteme 100, 200 eine Energieausgleichsvorrichtung 15 mit einer Reihe von Komponenten 153, 150, 154, 155 (in Bezug auf die Ausführungsform von 3A bis 3D) und zusätzlichen Komponenten 156, 157, 158, 159 (in Bezug auf die Ausführungsform von 4A bis 4F) aufweisen, hat die Energieausgleichsvorrichtung 15 alternativ andere Komponenten, die dazu verwendet werden, dieselbe Wirkung umzusetzen. Alternativ oder zusätzlich können die Batteriesysteme 100, 200 weitere Komponenten enthalten, die dazu verwendet werden, die Wirkung der Batteriesysteme 100, 200 zu verbessern oder zu ergänzen.
  • Während die Steuervorrichtung 11 in 1 so dargestellt ist, dass sie sich von der Energieausgleichsvorrichtung 15 unterscheidet, können die Energieausgleichsvorrichtung 15 und die Steuervorrichtung 11 alternativ integriert ausgeführt sein und eine einzige Energieausgleichsvorrichtung bilden.
  • Während die Schaltelemente 153, 157 Transistorschalter 153, 157 sind, können die Schaltmechanismen alternativ mittels eines beliebigen Schaltelements umgesetzt werden. Die Schaltelemente werden von der Steuervorrichtung 11 gesteuert. Alternativ werden die Schaltelemente von einer beliebigen geeigneten Steuervorrichtung gesteuert. Die Steuervorrichtung überwacht die Eigenschaften der Batteriesysteme 100, 200, wie z. B. den Ladungspegel jeweils im 12 V-Zweig 16 und im 36 V-Zweig 18. Die Steuervorrichtung 11 verarbeitet die Informationen, die sich auf die Eigenschaften der von ihr überwachten Batteriesysteme 100, 200 beziehen, und steuert die Schaltelemente basierend auf den Eigenschaften. Die Steuervorrichtung 11 verarbeitet die Informationen, die sich auf die Eigenschaften der Batteriesysteme 100, 200 am Prozessor 11A der Steuervorrichtung 11 beziehen. Alternativ überwacht die Steuervorrichtung 11 andere Eigenschaften der Batteriesysteme 100, 200, wie z. B. angelegte Last, und steuert die Transistoren 153, 157 nach Steueralgorithmen, die im Speicher 11B der Steuervorrichtung 11 aufbewahrt werden. Während pulsweitenmodulierte Signale an den Transistoren 153, 157 mittels im Speicher 11B der Steuervorrichtung 11 gespeicherter Software zum Steuern des Verhältnisses der Zeit, in der sich die Transistoren 153, 157 im ein- und ausgeschalteten Zustand befinden, angelegt werden, werden die Transistoren 153, 157 alternativ mittels in Hardware ausgebildeter Steuerschemata gesteuert.
  • Während das Batteriesystem 200, wie in den 4E und 4F beschrieben, die Verbindung zum Motor/Generator 10 über den 12 V-Wechselrichter 12 zeigt, wird der Motor/Generator 10 je nach den Anforderungen des Batteriesystems 200 selektiv ein- oder ausgeschaltet. Eine Steuervorrichtung, wie z.B. die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Steuervorrichtung 11, kann dazu verwendet werden, die Eigenschaften des Batteriesystems 200 zu überwachen, um zu bestimmen, wie die Transistoren 153, 157 betrieben werden. Zum Beispiel steuert die Steuervorrichtung 11 die Transistoren 153, 157 so, dass das System den 12 V-Batteriezweig 16 und/oder den 36 V-Batteriezweig 18 basierend auf Ladealgorithmen oder CO2-Steueralgorithmen auflädt oder entlädt.
  • Nützlicherweise können die Batteriesysteme 100, 200, einschließlich der Steuervorrichtungen, wie z. B. der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Steuervorrichtung 11, in Fahrzeugen, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeugen, integriert werden. 5 zeigt ein Fahrzeugsystem 500. Das Fahrzeugsystem 500 ist ein Fahrzeug 502, das ein Batteriesystem 100, 200 und eine Steuervorrichtung 11 aufweist. Das Batteriesystem 100, 200 stellt Stromquellen bereit, um Verbraucher mit verschiedenen Spannungen zu bedienen. Vorteilhafterweise versorgt das Batteriesystem 100, 200 Verbraucher mit 12 V und 48 V, und stellt damit Antriebsunterstützung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug gemeinsam mit der Leistung bereit, um zahlreiche in einem Fahrzeug 502 befindliche elektrische Systeme zu bedienen. Vorteilhafterweise stellen die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschriebenen Batteriesysteme 100, 200 eine einzige Batterie bereit, die die Aufteilung von Ladung zwischen unterschiedlichen Batteriezweigen mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten intelligent umverteilen kann. Nützlicherweise ermöglicht die Verwendung eines einzigen Wandlers das Schalten zwischen Aufwärtsumformung und Abwärtsumformung, und daher stellt das Batteriesystem 100, 200 einen einfachen und eleganten Mechanismus zum effizienten Umformen von Spannungen bereit, um die Umverteilung von Ladung in einer Batterie zu ermöglichen.
  • Vorteilhafterweise ist die Hochkapazitäts-12 V-Batterie im Vergleich zu einer konventionellen 48 V-Batterie groß und die Wärmeabfuhr ist daher niedrig und das Batteriesystem 100, 200 ist einfacher zu kühlen als bekannte Systeme. 12 V-Batterien unterliegen nicht demselben Grad an Erwärmung wie eine eigenständige 48 V-Batterie. Weiterhin bedeutet die effiziente Integration einer 12 V-Batterie in Reihe mit einer 36 V-Batterie, dass das Batteriesystem 100, 200 ein geringeres Gewicht und Konfektionierungsvolumen aufweist als bekannte Systeme, die 48 V- und 12 V-Batterien aufweisen, die typischerweise in Hybrid-Elektrofahrzeugen erforderlich sind.
  • Während die vorstehenden Batteriesysteme 100, 200 unter Bezugnahme auf einen 36 V-Batteriezweig und einen 12 V-Batteriezweig beschrieben werden, weisen die Batteriesysteme alternativ in Reihe geschaltete Batteriezweige mit anderer Spannung auf. Weiterhin kann, während die Batterien 19, 19 [sic!] der Batteriesysteme 100, 200 jeweils mit zwei Zweigen 16 und 18 in der Batterie 19 dargestellt werden, die Batterie 19 mehr als zwei Zweige in Reihe aufweisen.
  • Weiterhin können, während die Batteriesysteme 100, 200 unter Bezugnahme auf eine 12 V-Batterie, die eine 120 Ah-Batterie in einer 4S3P-Konfiguration ist, und die 36 V-Batterie, die eine 8 Ah-10S1P-Batterie ist, beschrieben werden, die Batteriezweige der Batterien der Batteriesysteme 100, 200 Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften, einschließlich anderen Speicherkapazitäten, angeordnet in anderen Konfigurationen, aufweisen.
  • Die unter Bezugnahme auf die Batteriesysteme 100, 200 beschriebenen Batterien 19 sind Lithium-Ionen-Batterien. Alternativ sind jedoch die Batterien 19 der Batteriesysteme 100, 200 von einem beliebigen Typ von wiederaufladbarer Batterie, zum Beispiel Bleisäurebatterien.
  • Während der 12 V-Wechselrichter 12 wie vorstehend beschrieben verwendet wird, wird alternativ ein Wechselrichter einer anderen Spannung verwendet, um die Batterie 19 des Batteriesystems 100, 200 und den erforderlichen Verbraucher abzustimmen. So kann zum Beispiel ein 36 V-Wechselrichter verwendet werden, um die 36 V-Batterie 18 zu laden, und der Wandler wird dazu verwendet, um die 12 V-Batterie 16 von der 36 V-Batterie abwärts zu laden.

Claims (10)

  1. Batteriesystem (100, 200), umfassend: eine Batterie (19) mit einem ersten Zweig (16), der in Reihe mit einem zweiten Zweig (18) geschaltet ist; eine Energieausgleichsvorrichtung (15); wobei: die Energieausgleichsvorrichtung (15) dazu angeordnet ist: einen oder mehrere Eigenschaften des ersten Zweigs (16) und/oder des zweiten Zweigs (18) zu überwachen; und die Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig (16) und dem zweiten Zweig (18) zu steuern, um dadurch den Ladungspegel von jeweils dem ersten Zweig (16) und dem zweiten Zweig (18) basierend auf der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften des ersten Zweigs (16) und/oder zweiten Zweigs (18) einzustellen, wobei ein Wechselrichter (12) dazu angeordnet ist, über entweder nur den ersten Zweig (16) oder nur den zweiten Zweig verbunden zu werden, wobei der Wechselrichter (12) dazu angeordnet ist, mit einem Generator (10) verbunden zu werden.
  2. Batteriesystem (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die Energieausgleichsvorrichtung (15) einen Spannungswandler umfasst.
  3. Batteriesystem (100, 200) nach Anspruch 2, wobei der Spannungswandler konfiguriert ist, um die Spannung des ersten Zweigs (16) im Wesentlichen in die Spannung des zweiten Zweigs (18) umzuformen, um dadurch die Übertragung von Ladung vom ersten Zweig (16) zum zweiten Zweig (18) zu ermöglichen.
  4. Batteriesystem (100, 200) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Spannungswandler konfiguriert ist, die Spannung des zweiten Zweigs (18) im Wesentlichen in die Spannung des ersten Zweigs (16) umzuformen, um dadurch die Übertragung von Ladung vom zweiten Zweig (18) zum ersten Zweig (16) zu ermöglichen.
  5. Batteriesystem (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, falls der Ladungspegel des ersten Zweigs (16) oberhalb eines Schwellenladungspegels des ersten Zweigs (16) liegt und der Ladungspegel des zweiten Zweigs (18) unterhalb eines Schwellenladungspegels des zweiten Zweigs (18) liegt, die Energieausgleichsvorrichtung (15) dazu angeordnet ist, den Ladungspegel der Batterie (19) durch Übertragen von gespeicherter Energie vom ersten Zweig (16) zum zweiten Zweig (18) einzustellen; und/oder wobei, falls der Ladungspegel des zweiten Zweigs (18) oberhalb eines Schwellenladungspegels des zweiten Zweigs (18) liegt und der Ladungspegel des ersten Zweigs (16) unterhalb eines Schwellenladungspegels des ersten Zweigs (16) liegt, die Energieausgleichsvorrichtung (15) dazu angeordnet ist, den Ladungspegel der Batterie (19) durch Übertragen von gespeicherter Energie vom zweiten Zweig (18) zum ersten Zweig (16) einzustellen; und/oder
  6. Batteriesystem (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zweig (16) eine erste Energiespeicherkapazität aufweist und der zweite Zweig (18) eine zweite Energiespeicherkapazität aufweist, wobei sich die erste Energiespeicherkapazität von der zweiten Energiespeicherkapazität unterscheidet.
  7. Batteriesystem (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (100, 200) in Kommunikation mit einem Motor steht.
  8. Batteriesystem (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zweig (16) und der zweite Zweig (18) in einer einzigen Einheit integriert sind.
  9. Verfahren zum Einstellen des Ladezustands in einem Batteriesystem (100, 200), umfassend eine Batterie (19) mit einem ersten Zweig (16), der in Reihe mit einem zweiten Zweig (18) geschaltet ist, wobei ein Wechselrichter (12) dazu angeordnet ist, über entweder nur den ersten Zweig (16) oder nur den zweiten Zweig (18) verbunden zu werden, wobei der Wechselrichter (12) dazu angeordnet ist, mit einem Generator (10) verbunden zu werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Zuführen von Ladung vom Generator (10) zur Batterie (19); Überwachen einer oder mehrerer Eigenschaften des ersten Zweigs (16) und/oder zweiten Zweigs (18); und in Abhängigkeit von der einen oder den mehreren überwachten Eigenschaften: Steuern der Übertragung von Ladung zwischen dem ersten Zweig (16) und dem zweiten Zweig (18), um dadurch den Ladezustand von jeweils dem ersten Zweig (16) und dem zweiten Zweig (18) einzustellen.
  10. Fahrzeug (500), umfassend ein Batteriesystem (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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