DE102017221033A1

DE102017221033A1 - Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Energiespeichereinrichtung

Info

Publication number: DE102017221033A1
Application number: DE102017221033.8A
Authority: DE
Inventors: Roman Strasser; Johann Scherer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29
Also published as: US11167662B2; US20200346559A1; WO2019101443A1; CN111373626A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über einen Energiespeicher verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufgeladen ist, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung, und wobei der Energiespeicher in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher aufgeteilt wird, von welchen mindestens einer eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweist und zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Aufteilen des Energiespeichers in die mehreren Teilenergiespeicher derart vorgenommen wird, dass die Teilenergiespeicher jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden, oder dass bei dem Aufteilen des Energiespeichers ein anderer der Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss wie der eine Teilenergiespeicher verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Energiespeichereinrichtung über einen Energiespeicher verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufgeladen wird, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung, und wobei der Energiespeicher in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher aufgeteilt wird, von welchen zumindest einer eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweist und zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2015 004 119 A1 bekannt. Diese betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, einer ersten fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle und einer zweiten fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle, wobei die erste und die zweite Ladeschnittstelle mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelt sind und zum parallelen Laden des elektrischen Energiespeichers mit jeweils einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung koppelbar sind, wobei die erste Ladeschnittstelle und die zweite Ladeschnittstelle einheitlich ausgestaltet sind, sodass die erste Ladeschnittstelle mittels des gleichen Kopplungsprinzips mit der ersten Ladevorrichtung koppelbar ist wie die zweite Ladeschnittstelle mit der zweiten Ladevorrichtung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere ein Aufladen der Energiespeichereinrichtung beziehungsweise des Energiespeichers mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Aufteilen des Energiespeichers in die mehreren Teilenergiespeicher derart vorgenommen wird, dass die Teilenergiespeicher jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden, oder dass bei dem Aufteilen des Energiespeichers ein anderer der Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss wie der eine Teilenergiespeicher verbunden wird.
Die elektrische Energiespeichereinrichtung ist zum Einsatz in dem Kraftfahrzeug vorgesehen, liegt also vorzugsweise als Bestandteil des Kraftfahrzeugs vor. Die Energiespeichereinrichtung dient dem Zwischenspeichern von elektrischer Energie. Beispielsweise wird die in der Energiespeichereinrichtung zwischengespeicherte elektrische Energie zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs, herangezogen. Hierzu ist die Energiespeichereinrichtung elektrisch mit der elektrischen Maschine beziehungsweise der Traktionsmaschine verbunden und steht zumindest zeitweise über diese Verbindung mit ihr in elektrischer Verbindung. Die Traktionsmaschine dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments.
Ein Aufladen der Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise mittels eines Generators des Kraftfahrzeugs erfolgen, wobei insbesondere die elektrische Maschine als Generator herangezogen wird. In diesem Fall wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben. Alternativ oder zusätzlich ist die Energiespeichereinrichtung mit extern bereitgestellter elektrischer Energie aufladbar. Bevorzugt wird diese Energie an einer Ladestation für das Kraftfahrzeug, insbesondere an einer Ladesäule, bereitgestellt.
Das Zwischenspeichern der Energiespeichereinrichtung erfolgt schlussendlich in dem Energiespeicher, welcher Bestandteil der Energiespeichereinrichtung ist. Der Energiespeicher liegt insoweit als wiederaufladbare Batterie vor und setzt sich vorzugsweise aus einer Vielzahl von Batteriemodulen zusammen, welche auch als Batteriezellen bezeichnet werden können. Die Batteriemodule des Energiespeichers sind elektrisch miteinander verschaltet. Das Verschalten erfolgt derart, dass der Energiespeicher während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Energiespeichereinrichtung die Energiespeicherspannung aufweist, welche vorzugsweise einer zum Betreiben der elektrischen Maschine benötigten Spannung, insbesondere Nennspannung, entspricht.
Zum Aufladen des Energiespeichers wird an dem Ladeanschluss, welcher ebenfalls Bestandteil der Energiespeichereinrichtung ist, elektrische Energie bereitgestellt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die extern bereitgestellte Energie über den Ladeanschluss zugeführt, insbesondere durch eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Ladeanschluss. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise kabelgebunden oder - alternativ - kabellos sein. Die über den Ladeanschluss bereitgestellte elektrische Energie weist eine Ladespannung auf. Diese ist jedoch kleiner als die Energiespeicherspannung.
Es kann nun vorgesehen sein, die Ladespannung mittels eines Spannungswandlers auf die Energiespeicherspannung des Energiespeichers zu wandeln. Bei einer derartigen Spannungswandlung treten jedoch Verluste auf, sodass schlussendlich (auch unter Berücksichtigung von Ladeverlusten des Energiespeichers) eine deutlich größere Menge an externer Energie zum Aufladen des Energiespeichers aufgewandt werden muss, als schlussendlich in dem Energiespeicher zur nachfolgenden Verwendung zwischengespeichert ist.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, den Energiespeicher in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher aufzuteilen. Mindestens einer dieser Teilenergiespeicher weist eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung auf. Unter der Teilenergiespeicherspannung ist die Spannung des jeweiligen Teilenergiespeichers zu verstehen. Die Teilenergiespeicherspannung ist kleiner als die Energiespeicherspannung des gesamten Energiespeichers. Üblicherweise summieren sich die Teilenergiespeicherspannungen aller Teilenergiespeicher des Energiespeichers zu der Energiespeicherspannung des Energiespeichers auf. Zum Aufladen des Energiespeichers wird nun zumindest derjenige Teilenergiespeicher mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden, dessen Teilenergiespeicherspannung der Ladespannung entspricht.
Weiterhin ist es in einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, das Aufteilen des Energiespeichers in die mehreren Teilenergiespeicher derart vorzunehmen, dass die Teilenergiespeicher jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen. In anderen Worten sollen alle Teilenergiespeicher des Energiespeichers dieselbe Teilenergiespeicherspannung aufweisen, welche zudem der Ladespannung entspricht. Zum Aufladen des Energiespeichers sollen diese Teilenergiespeicher nun mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden.
Beispielsweise weist der Energiespeicher eine Energiespeicherspannung von 800 V auf, wohingegen zum Aufladen des Energiespeichers eine Ladespannung von lediglich 400 V bereitgestellt werden kann. Um ein energieeffizientes Aufladen des Energiespeichers zu realisieren, wird der Energiespeicher in zwei Teilenergiespeicher aufgeteilt, welche jeweils eine Teilenergiespeicherspannung von 400 V aufweisen. Diese Teilenergiespeicher werden nun mit dem Ladeanschluss zu ihrem Aufladen elektrisch verbunden.
In anderen, knapper gefassten Worten betrifft die erste Variante der Erfindung also ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Energiespeichereinrichtung über einen Energiespeicher verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufgeladen wird, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung. Es ist vorgesehen, den Energiespeicher in mehrere Teilenergiespeicher aufzuteilen, wobei die Teilenergiespeicher jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es hingegen - alternativ - vorgesehen, dass bei dem Aufteilen des Energiespeichers ein anderer der Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss wie der eine Teilenergiespeicher verbunden wird. Zumindest zwei der Teilenergiespeicher, in welche der Energiespeicher aufgeteilt wird, weisen also voneinander verschiedene Teilenergiespeicherspannungen auf. Der eine Teilenergiespeicher verfügt hierbei über die Teilenergiespeicherspannung, die der Ladespannung entspricht, wohingegen der andere Teilenergiespeicher die von der Ladespannung abweichende Teilenergiespeicherspannung aufweist.
Der eine Teilenergiespeicher wird nun mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden, nämlich derart, dass die an dem Ladeanschluss bereitgestellte Ladespannung an dem einen Teilenergiespeicher anliegt. Der andere Teilenergiespeicher wird hingegen über den Spannungswandler mit dem Ladeanschluss verbunden, wobei der Spannungswandler derart betrieben wird, dass die an dem Ladeanschluss bereitgestellte Ladespannung in die von der Ladespannung verschiedene Teilenergiespeicherspannung des anderen Teilenergiespeichers gewandelt wird. In anderen Worten wird einer der Teilenergiespeicher, nämlich der eine Teilenergiespeicher, unmittelbar mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden, wohingegen ein weiterer der Teilenergiespeicher, nämlich der andere Teilenergiespeicher, lediglich mittelbar über den Spannungswandler an den Ladeanschluss angeschlossen ist.
Somit treten zwar an dem anderen Teilenergiespeicher die bereits erwähnten Verluste über den Spannungswandler auf, der eine Teilenergiespeicher kann jedoch ohne derartige Verluste aufgeladen werden. Beispielsweise weist wiederum der Energiespeicher die Energiespeicherspannung von 800 V auf. An dem Ladeanschluss kann jedoch lediglich elektrische Energie mit einer Ladespannung von 600 V bereitgestellt werden. Der Energiespeicher wird nun derart in die Teilenergiespeicher aufgeteilt, dass der eine Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung von 600 V und der andere Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung von 200 V aufweist.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass derjenige Teilenergiespeicher mit der höheren Teilenergiespeicherspannung unmittelbar an den Ladeanschluss angeschlossen wird, wohingegen der andere Teilenergiespeicher, der die niedrigere Teilenergiespeicherspannung aufweist, über den Spannungswandler angeschlossen wird. Mit einer derartigen Vorgehensweise werden die elektrischen Verluste über den Spannungswandler weiter verringert.
Grundsätzlich kann in beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens das Aufteilen des Energiespeichers in eine beliebige Anzahl an Teilenergiespeichern erfolgen, nämlich in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung des Energiespeichers und der Ladespannung. Kann an den Ladeanschluss beispielsweise lediglich eine Ladespannung von 200 V bereitgestellt werden, wohingegen der Energiespeicher eine Energiespeicherspannung von 800 V aufweist, so wird der Energiespeicher bevorzugt in vier Teilenergiespeicher mit jeweils einer Teilenergiespeicherspannung von 200 V aufgeteilt, welche jeweils zum Aufladen mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden.
Unter demselben Ladeanschluss ist hierbei ein elektrischer Anschluss der Energiespeichereinrichtung zu verstehen, mit welchem die externe Energiequelle elektrisch verbunden wird. Liegen mehrere dieser externen Energiequellen vor, die zum Aufladen des Energiespeichers verwendet werden sollen, so werden diese mehreren externen Energiequellen alle an den Ladeanschluss angeschlossen und jeweils gleichzeitig mit dem jeweiligen Teilenergiespeicher zum Aufladen elektrisch verbunden. Es ist also gerade nicht vorgesehen, mehrere externe Energiequellen zeitlich gesehen parallel zum Aufladen mehrerer Teilenergiespeicher heranzuziehen. Vielmehr werden auch im Falle mehrerer externer Energiequellen diese jeweils mit dem gerade aufzuladenden Teilenergiespeicher verbunden.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Verbinden der Teilenergiespeicher mit dem Ladeanschluss zeitlich nacheinander oder elektrisch parallel erfolgt. Es kann also vorgesehen sein, die aufzuladenden Teilenergiespeicher sequentiell mit dem Ladeanschluss elektrisch zu verbinden, sodass stets genau einer der Teilenergiespeicher mit dem Ladeanschluss verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass jeder der Teilenergiespeicher vergleichsweise schnell aufgeladen werden kann, weil für den entsprechenden Teilenergiespeicher ein hoher Ladestrom zur Verfügung steht.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Teilenergiespeicher elektrisch parallel an den Ladeanschluss angeschlossen werden. In diesem Fall erfolgt ein gleichzeitiges Aufladen der Teilenergiespeicher. Dies hat gegenüber dem zeitlich sequentiellen Aufladen der Teilenergiespeicher den Nachteil, dass das Aufladen jedes einzelnen Teilenergiespeichers langsamer erfolgt. Jedoch ist einerseits die in Summe zum Aufladen der Teilenergiespeicher benötigte Zeit im Wesentlichen gleich und zum anderen ist eine jeweilige Ladeschlussspannung der Teilenergiespeicher aufgrund ihrer Parallelschaltung stets identisch. Bei einem nachfolgenden Zusammenschalten der Teilenergiespeicher zu dem Energiespeicher treten insoweit keine Ausgleichsströme aus, was bei dem zeitlich nacheinander erfolgenden Aufladen durchaus der Fall sein kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladespannung mittels des Spannungswandlers zum Laden des anderen Teilenergiespeichers auf dessen Teilenergiespeicherspannung gewandelt wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Bevorzugt ist die Teilenergiespeicherspannung kleiner als die Ladespannung, sodass ein Absenken der Ladespannung mittels des Spannungswandlers durchgeführt wird. Ein solches Absenken der Ladespannung kann energieeffizienter durchgeführt werden als ein Anheben der Ladespannung. Ein solches wäre notwendig, falls die Teilenergiespeicherspannung größer ist als die Ladespannung. Entsprechend werden die in dem Spannungswandler anfallenden Verluste so gering wie möglich gehalten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Energiespeicher mehrere Batteriemodule umfasst und bei dem Aufteilen des Energiespeichers jedem der Teilenergiespeicher wenigstens eines der Batteriemodule zugeordnet wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Aufteilen des Energiespeichers derart durchgeführt wird, dass jedem der Teilenergiespeicher genau eines der Batteriemodule zugeordnet wird. Besonders bevorzugt liegt jedoch eine Anzahl an Batteriemodulen vor, die größer ist als die Anzahl der Teilenergiespeicher, in welche der Energiespeicher aufgeteilt wird. Gemäß der ersten Variante des beschriebenen Verfahrens weisen die Teilenergiespeicher jeweils dieselbe Anzahl an Batteriemodulen auf. Im Rahmen der zweiten Variante können die Teilenergiespeicher unterschiedlich viele Batteriemodule aufweisen beziehungsweise umfassen.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Batteriemodule dynamisch von einem Steuergerät in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung den Teilenergiespeichern zugeordnet werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die externe Energiequelle dem Steuergerät die Ladespannung vor Beginn des Aufladens übermittelt, worauf das Steuergerät die Aufteilung des Energiespeichers in die Teilenergiespeicher dynamisch vornimmt. Bei einer ersten Ladespannung kann also die Anzahl der Batteriemodule in den Teilenergiespeichern beziehungsweise dem einen Teilenergiespeicher und dem anderen Teilenergiespeicher von einer Anzahl verschieden sein, welche für eine von der ersten Ladespannung verschiedene zweite Ladespannung vorliegt. Auch kann es vorgesehen sein, dass das Steuergerät die Batteriemodule bei verschiedenen Ladevorgängen der Energiespeichereinrichtung unterschiedlich verschaltet, sodass bei unterschiedlichen Ladevorgängen dasselbe Batteriemodul unterschiedlichen Teilenergiespeichern zugeschlagen wird. Auf diese Art und Weise ist eine besonders flexible Aufteilung des Energiespeichers in die Teilenergiespeicher möglich.
Eine besonders bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Aufladen der Teilenergiespeicher derart erfolgt, dass Ladeschlussspannungen der Batteriemodule der Teilenergiespeicher am Ende des Aufladens gleich sind. Anders ausgedrückt werden die Teilenergiespeicher jeweils bis zu derselben Ladeschlussspannung aufgeladen beziehungsweise bis ihre Ladeschlussspannungen einer gewünschten Ladeschlussspannung entsprechen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, falls das elektrische Verbinden der Teilenergiespeicher mit dem Ladeanschluss zeitlich nacheinander erfolgt. Bei dem elektrisch parallelen Verbinden hingegen entsprechen sich die Ladeschlussspannungen zwangsläufig. Durch das Sicherstellen, dass die Ladeschlussspannungen am Ende des Aufladens gleich sind, werden Ausgleichsströme innerhalb des Energiespeichers beim Verbinden der Teilenergiespeicher effektiv verhindert. Entsprechend treten keine oder lediglich geringe elektrische Verluste in dem Energiespeicher auf.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass am Ende des Aufladens geprüft wird, ob die Ladeschlussspannungen der Batteriemodule identisch sind und bei voneinander abweichenden Ladeschlussspannungen ein Ausgleichen der Batteriemodule mittels eines Ausgleichsreglers durchgeführt wird. Beispielsweise aufgrund eines Vorzeichenunterbrechens des Aufladens zumindest eines der Teilenergiespeicher kann es zu unterschiedlichen Ladeschlussspannungen der Batteriemodule kommen. Wird dies festgestellt, also auf die unterschiedlichen Ladeschlussspannungen erkannt, so wird der Ausgleichsregler verwendet, um die Ladestände der Batteriemodule untereinander anzugleichen. Hierzu ist der Ausgleichsregler vorzugsweise zum Durchführen eines aktiven Balancing vorgesehen und ausgestaltet.
Im Rahmen des aktiven Balancings wird Energie von Batteriemodulen mit höherer Ladung auf Batteriemodule mit niedrigerer Ladung übertragen, nämlich solange, bis die Ladeschlussspannungen der Batteriemodule identisch sind. Mit einer derartigen Vorgehensweise kann auch bei einem vorzeitigen Unterbrechen des Aufladens ein Betreiben des Energiespeichers mit geringen Verlusten sichergestellt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Reihenschaltung der Teilenergiespeicher erst nach dem Ausgleichen mittels des Ausgleichsreglers vorgenommen wird. Werden die Teilenergiespeicher in Reihe geschaltet, so sind die durch in den Teilenergiespeicher auftretende unterschiedliche Stromstärken bewirkten Belastungen umso größer, je stärker die Ladeschlussspannungen der Batteriemodule voneinander abweichen. Aus diesem Grund ist es vorgesehen, zunächst die Ladeschlussspannungen mittels des Ausgleichsreglers aneinander anzugleichen und erst anschließend die Teilenergiespeicher in Reihe zu schalten. Dies verringert die Belastung der Teilenergiespeicher und mithin die durch das In-Reihe-Schalten der Teilenergiespeicher auftretenden Verluste.
Schließlich kann im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass über den Ladeanschluss genau eine Energiequelle oder mehrere elektrisch miteinander verbundene Energiequellen mit den Teilenergiespeichern elektrisch verbunden werden. Unabhängig von der Anzahl der Energiequellen, mittels welchen die elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers bereitgestellt wird, sind diese stets über den Ladeanschluss mit den Teilenergiespeichern elektrisch verbunden. Der Ladeanschluss wiederum ist über eine Schalteranordnung an den Energiespeicher beziehungsweise die Teilenergiespeicher angeschlossen, sodass der Ladeanschluss gezielt mit einem oder mehreren der Teilenergiespeicher verbunden werden kann.
Zusammenfassend bedeutet dies, dass die Energiequelle oder die mehreren Energiequellen ebenfalls lediglich über die Schalteranordnung gemeinsam mit dem Teilenergiespeicher beziehungsweise dem Teilenergiespeicher elektrisch verbunden werden können. Schlussendlich sind also beispielsweise die mehreren Energiequellen elektrisch parallel zueinander an den Ladeanschluss angeschlossen. Die Verwendung mehrerer Energiequellen zum Aufladen des Energiespeichers ermöglicht ein rascheres Aufladen, weil der zur Verfügung stehende Ladestrom größer ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Energiespeichereinrichtung über einen Energiespeicher verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufladbar ist, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung, und wobei der Energiespeicher in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher aufteilbar ist, von welchen mindestens einer eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweist und zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers mit dem Ladeanschluss elektrisch verbindbar ist.
Dabei ist vorgesehen, dass die Energiespeichereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Aufteilen des Energiespeichers in die mehreren Teilenergiespeicher derart vorzunehmen, dass die Teilenergiespeicher jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers mit demselben Ladeanschluss elektrisch verbunden werden, oder dass bei dem Aufteilen des Energiespeichers ein anderer der Teilenergiespeicher eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss wie der eine Teilenergiespeicher verbunden wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Energiespeichereinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Energiespeichereinrichtung für das Kraftfahrzeug als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Darstellung einer Anordnung aus einer Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie einer externen Energiequelle.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Energiespeichereinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, die über einen Energiespeicher 2 sowie über einen Ladeanschluss 3 verfügt. Über den Ladeanschluss 3 ist die Energiespeichereinrichtung 1 beziehungsweise der Energiespeicher 2 an eine externe Energiequelle angeschlossen, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an eine Ladestation für das Kraftfahrzeug. Unter Verwendung von elektrischer Energie, die mittels der Energiequelle 4 bereitgestellt wird, wird der Energiespeicher 2 aufgeladen.
Der Energiespeicher 2 weist eine Vielzahl von Batteriemodulen 5 auf. In Abhängigkeit von einer Ladespannung, die von der Energiequelle 4 bereitgestellt wird sowie einer Energiespeicherspannung des Energiespeichers 2 wird der Energiespeicher 2 in mehrere Teilenergiespeicher 6, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Teilenergiespeicher 6, unterteilt. Anders ausgedrückt werden die Batteriemodule 5 auf die Teilenergiespeicher 6 aufgeteilt. Bevorzugt erfolgt dies gleichmäßig, sodass jedem der Teilenergiespeicher 6 dieselbe Anzahl an Batteriemodulen 5 zugeteilt ist. Entsprechend weisen die Teilenergiespeicher 6 dieselbe Teilenergiespeicherspannung auf.
Das Aufteilen des Energiespeichers 2 erfolgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel derart, dass die Teilenergiespeicherspannungen der Teilenergiespeicher 6 der Ladespannung entsprechen. Anschließend werden die Teilenergiespeicher 6 zum Aufladen des Energiespeichers 2 mit der Energiequelle 4 verbunden, nämlich über den Ladeanschluss 3. Hierbei werden die Teilenergiespeicher 6 elektrisch parallel geschaltet. Das bedeutet schlussendlich, dass an den Ladeanschluss 3 einerseits die Energiequelle 4 und andererseits die parallel geschalteten Teilenergiespeicher 6 zum Aufladen des Energiespeichers 2 angeschlossen sind.
Unter Verwendung der beschriebenen Vorgehensweise beziehungsweise mittels der beschriebenen Energiespeichereinrichtung 1 kann auch bei von der Energiespeicherspannung des Energiespeichers 2 abweichender Ladespannung ein energieeffizientes Aufladen des Energiespeichers 2 umgesetzt werden, nämlich durch das Parallelschalten der Teilenergiespeicher 6, wobei jeder der Teilenergiespeicher 6 eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die der Ladespannung entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015004119 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) über einen Energiespeicher (2) verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss (3) bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufgeladen wird, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung, und wobei der Energiespeicher (2) in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher (6) aufgeteilt wird, von welchen mindestens einer eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweist und zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers (2) mit dem Ladeanschluss (3) elektrisch verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Aufteilen des Energiespeichers (2) in die mehreren Teilenergiespeicher (6) derart vorgenommen wird, dass die Teilenergiespeicher (6) jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers (2) mit demselben Ladeanschluss (3) elektrisch verbunden werden, oder dass - bei dem Aufteilen des Energiespeichers (2) ein anderer der Teilenergiespeicher (6) eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher (6) zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers (2) über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss (3) wie der eine Teilenergiespeicher (6) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbinden der Teilenergiespeicher (6) mit dem Ladeanschluss (3) zeitlich nacheinander oder elektrisch parallel erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespannung mittels des Spannungswandlers zum Laden des anderen Teilenergiespeichers (6) auf dessen Teilenergiespeicherspannung gewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) mehrere Batteriemodule (5) umfasst und bei dem Aufteilen des Energiespeichers (2) jedem der Teilenergiespeicher (6) wenigstens eines der Batteriemodule (5) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen der Teilenergiespeicher (6) derart erfolgt, dass Ladeschlussspannungen der Batteriemodule (5) der Teilenergiespeicher (6) am Ende des Aufladens gleich sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Aufladens geprüft wird, ob die Ladeschlussspannungen der Batteriemodule (5) identisch sind und bei voneinander abweichenden Ladeschlussspannungen ein Ausgleichen der Batteriemodule (5) mittels eines Ausgleichsreglers durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufladen, insbesondere nach einem Erreichen der Ladeschlussspannungen durch die Batteriemodule (5), die Teilenergiespeicher (6) elektrisch von dem Ladeanschluss (3) getrennt und elektrisch miteinander in Reihe geschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung der Teilenergiespeicher (6) erst nach dem Ausgleichen mittels des Ausgleichsreglers vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Ladeanschluss (3) genau eine Energiequelle (4) oder mehrere elektrisch miteinander verbundene Energiequellen (4) mit den Teilenergiespeichern (6) elektrisch verbunden werden.
Energiespeichereinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinrichtung (1) über einen Energiespeicher (2) verfügt, der während eines bestimmungsgemäßen Betriebs eine Energiespeicherspannung aufweist und während eines Aufladens mittels an einem Ladeanschluss (3) bereitgestellter elektrischer Energie mit einer Ladespannung aufladbar ist, die kleiner ist als die Energiespeicherspannung, und wobei der Energiespeicher (2) in Abhängigkeit von der Energiespeicherspannung und der Ladespannung in mehrere Teilenergiespeicher (6) aufteilbar ist, von welchen mindestens einer eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweist und zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers (2) mit dem Ladeanschluss (3) elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, - das Aufteilen des Energiespeichers (2) in die mehreren Teilenergiespeicher (6) derart vorzunehmen, dass die Teilenergiespeicher (6) jeweils eine der Ladespannung entsprechende Teilenergiespeicherspannung aufweisen und zum Aufladen des Energiespeichers (2) mit demselben Ladeanschluss (3) elektrisch verbunden werden, oder dass - bei dem Aufteilen des Energiespeichers (2) ein anderer der Teilenergiespeicher (6) eine Teilenergiespeicherspannung aufweist, die von der Ladespannung verschieden ist, wobei dieser Teilenergiespeicher (6) zum zumindest teilweisen Aufladen des Energiespeichers (2) über einen Spannungswandler mit demselben Ladeanschluss (3) wie der eine Teilenergiespeicher (6) verbunden wird.