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WO2015110570A1 - Bordnetz und verfahren zum betrieb eines bordnetzes - Google Patents

Bordnetz und verfahren zum betrieb eines bordnetzes Download PDF

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Publication number
WO2015110570A1
WO2015110570A1 PCT/EP2015/051334 EP2015051334W WO2015110570A1 WO 2015110570 A1 WO2015110570 A1 WO 2015110570A1 EP 2015051334 W EP2015051334 W EP 2015051334W WO 2015110570 A1 WO2015110570 A1 WO 2015110570A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
battery
low
network
sub
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/051334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fink
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh, Samsung Sdi Co., Ltd. filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201580005813.2A priority Critical patent/CN105934867A/zh
Publication of WO2015110570A1 publication Critical patent/WO2015110570A1/de

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a vehicle electrical system and a method for operating a vehicle electrical system for a motor vehicle.
  • a motor vehicle is specified with such a vehicle electrical system, and a battery management system and a computer program, which are set up to carry out the described method.
  • an electrical system is provided for supplying the electric starter or starter for the internal combustion engine and other electrical devices of the motor vehicle, which is operated by default with 12 volts. When starting the engine is on the electrical system of a
  • Starter battery provided a voltage to a starter, soften the
  • Internal combustion engine starts when, for example, by a corresponding starter signal, a switch is closed. If the internal combustion engine is started, this drives an electric generator, which then generates a voltage of about 12 volts and provides it via the electrical system to the various electrical consumers in the vehicle. The electric generator also charges the starter battery charged by the starting process. If the battery is charged via the electrical system, the actual voltage may also be above the rated voltage, eg. B. at 14 V or at 14.4 V.
  • the electrical system with 12 V, or 14 V voltage is referred to in the present disclosure as a low-voltage electrical system. It is known in electric and hybrid vehicles another electrical system with a
  • a vehicle electrical system for a motor vehicle comprises a low-voltage sub-network for at least one low-voltage consumer and a high-voltage sub-network for at least one high-voltage consumer and a starter generator, the high-voltage subnet being connected to the low-voltage subnetwork via a coupling unit which is designed to take energy from the high-voltage subnet and the low-voltage subnet supply, wherein the high voltage subnet comprises a battery which is adapted to generate the high voltage and to the
  • the invention has the advantage that can be operated by the low voltage subnet electrical consumers, which are designed for a low first voltage, and for high-power consumers, the high-voltage sub-network is ready, i. the
  • Partial electrical system with the opposite voltage to the first voltage.
  • the supply of the low voltage subnetwork is the loading and unloading in the
  • the low voltage subnetwork supply via the high voltage subnetwork takes place unidirectionally, d. H.
  • the coupling unit preferably provides the energy transfer only in one direction.
  • the terms “battery” and “battery unit” are used in the present description, adapted to common usage, used for accumulator or Akkumulatorü.
  • the battery includes one or more battery packs that include a battery cell
  • Battery Module a module string or a battery pack can denote.
  • Battery cells are preferably spatially combined and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules.
  • modules can form so-called battery direct converters (BDCs) and several battery direct converters form a battery direct inverter (BDI).
  • BDCs battery direct converters
  • BDI battery direct inverter
  • the electrical system can be used both in stationary applications, e.g. in wind turbines, as well as in vehicles, e.g. in hybrid and electric vehicles.
  • the electrical system can be used in vehicles that have start-stop systems.
  • the presented system ie the electrical system and the battery management system is particularly suitable for use in vehicles having a 48 volt generator and a 14 volt starter, the 14 volt starter preferably for start / stop systems is designed.
  • the presented system is particularly suitable for use in vehicles which have a so-called boost recuperation system (BRS).
  • BRS boost recuperation system
  • Boost recuperation systems generate electrical energy during braking, downhill or sail operation to supply the electrical consumers.
  • the boost recuperation system increases the efficiency of the system so that fuel can be saved or emissions can be reduced.
  • the battery in the high voltage subnetwork either supports the internal combustion engine, which is called a boost, or it is even used at low speeds for short distances even for purely electric driving, e.g. with an electric parking and Ausparken.
  • the coupling unit has at least one reverse-blocking switch.
  • the reverse blocking switches are preferably suitable for connecting and disconnecting a selectively connectable battery unit. These switches have the property that in the "on” state, they allow current to flow in only one direction and, in the "off” state, they can absorb a blocking voltage of either polarity.
  • the low-voltage subnetwork has at least one capacitor.
  • the capacitor is preferably adapted to the
  • Lax is the maximum on-board electrical system current that is to flow during switching operations in the low-voltage sub-network
  • t equals the length of time during which no battery unit is available for the supply
  • AU max the maximum permissible change in the
  • the electrical system is a low voltage subnet for at least one
  • High voltage subnet is connected to the low voltage subnet via a coupling unit, which is adapted to take the high voltage subnet power and supply the low voltage subnet, the high voltage subnet having a battery which is adapted to generate the high voltage and to the
  • Coupling unit is set to selectively connect the battery units to the low voltage subnet, it is provided that the one battery unit is connected to the low voltage subnet, which has the highest state of charge.
  • the method according to the invention has the advantage that a state is established during operation in which the battery units have approximately the same state of charge.
  • this ensures that the cells age evenly, i. for example, have a same internal resistance and / or a same capacity.
  • the supply of the low voltage subnet changes from a battery unit to that battery unit which has a correspondingly higher state of charge than the battery unit currently used to supply the low voltage subnet.
  • Low voltage sub-network is superimposed on the charging and discharging processes in the high voltage sub-network and the low-voltage sub-network power supply takes place unidirectionally ensured by the inventive method that always the battery unit is discharged faster with the highest state of charge or is charged slower than the other sub-batteries. This results in a symmetrization of the charge states of the sub-batteries result.
  • Battery unit when exceeding a threshold value of a state of charge difference of the battery units. This ensures that at the same or similar state of charge of the battery units no fast, constant change from one battery unit to the next, followed by a return change, as soon as the unused
  • Battery unit has the highest state of charge. Particularly preferred is the
  • Threshold of the state of charge difference of the battery units a defined value between 0.5% and 20%, preferably between 1% and 5%, more preferably about 2%.
  • the change of switched on takes place
  • Circuit breaker are. Due to the operation of the reverse blocking switch would be connected to the higher potential of the two battery units during the switching phase with simultaneous operation of the switch, the positive pole of the low voltage subnet, and the negative pole of the electrical system with the lower potential of the two
  • the advantageous switching concept also prevents a brief increase in the low voltage during switching operations in the coupling unit used.
  • a buffer device which is designed, for example, as a capacitor in the low-voltage subnetwork, the voltage dip in the low-voltage subnetwork is further advantageously limited.
  • the voltage dip in the low-voltage subnetwork can be further advantageously reduced if the switchover occurs at such times when the on-board electrical system current is as low as possible. This can be done, for example, by evaluating a signal for the on-board electrical system current and dependent control of the switch of the coupling unit. In addition, syncing with a
  • Consumer management system to provide high-performance consumers, such.
  • the invention also proposes a computer program according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device.
  • the computer program can be, for example, a module for implementing a device for operating an electrical system or a module for implementing a
  • the computer program can be stored on a machine-readable storage medium, such as on a
  • the computer program may be provided for download on a computing device, such as on a server or a cloud server, for example via a data network, such as the Internet, or a communication link, such as a telephone line or a wireless link.
  • a battery management system (BMS) which has means for carrying out one of the described methods for operating one of the described electrical systems.
  • BMS battery management system
  • Battery management system a unit which is adapted to determine the state of charge of the battery units, and in particular the battery unit with the highest state of charge, and a unit which is arranged to control the coupling unit so that battery units are selectively connected to the low voltage subnet, in particular that with the highest charge level.
  • the battery management system comprises a further unit, which is set up to exceed a threshold value of one
  • the invention provides a low-cost vehicle electrical system with a lithium-ion battery system for vehicles, which is a high-voltage subnetwork with a 48-volt starter generator, a low-voltage subnetwork and a boost recuperation system with unidirectional
  • the system is also characterized by its low volume, low weight and long life. Due to the multiple redundant designed
  • the proposed method according to the invention comprises an operating strategy which enables the supply of the low voltage subnetwork and electrical energy
  • the storage of electrical energy is optimized so that as much electrical energy can be recovered in a braking operation and the battery can be charged with the highest possible performance.
  • FIG. 1 shows a low-voltage on-board network according to the prior art
  • 2 shows a vehicle electrical system with a high-voltage sub-network and a low-voltage sub-network and a unidirectional, potential-separating DC / DC converter
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system with a high-voltage sub-network and a low-voltage sub-network and a bidirectional, potential-separating DC / DC converter
  • FIG. 4 shows a vehicle electrical system with a high-voltage sub-network and a low-voltage sub-network and a unidirectional, galvanically non-separating DC / DC converter
  • FIG. 5 shows a coupling unit according to an embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows the coupling unit from FIG. 5 in an exemplary operating state
  • FIG. 7 shows the coupling unit of FIG. 5 during an exemplary switching operation
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system 1 according to the prior art.
  • Internal combustion engine is provided via the electrical system 1 from a starter battery 10, a voltage to a starter 1 1 available, which (not shown) starts the engine when, for example, by a corresponding starter signal, a switch 12 is closed. If the internal combustion engine is started, this drives an electric generator 13, which then generates a voltage of about 12 volts and provides it via the vehicle electrical system 1 to the various electrical consumers 14 in the vehicle. The electric generator 13 also charges the starter battery 10 charged by the starting process.
  • FIG. 2 shows a vehicle electrical system 1 with a high-voltage sub-network 20 and a
  • the electrical system 1 may be a vehicle electrical system of a vehicle, in particular a motor vehicle, transport vehicle or forklift.
  • the high-voltage sub-network 20 is, for example, a 48-volt electrical system with a
  • the generator 23 which is not shown by an internal combustion engine is operable.
  • the generator 23 is formed in this embodiment, in
  • High voltage subnet 20 further includes a battery 24, which may be formed for example as a lithium-ion battery and which is adapted to output the necessary operating voltage to the high voltage subnet.
  • a battery 24 which may be formed for example as a lithium-ion battery and which is adapted to output the necessary operating voltage to the high voltage subnet.
  • load resistors 25 are arranged, which may be formed for example by at least one, preferably by a plurality of electrical consumers of the motor vehicle, which are operated with the high voltage.
  • the low-voltage sub-network 21 which is arranged on the output side of the DC / DC converter 22, there are a starter 26, which is set to close a switch 27 to start the engine, and an energy storage 28, which is set, the low voltage in Height of for example 14 volts for that
  • Low voltage subnet 21 to provide.
  • the low-voltage sub-network 21 further consumers 29 are arranged, which are operated with the low voltage.
  • the vehicle electrical system voltage in the low-voltage sub-network 21 is in driving operation, depending on the temperature and state of charge of the energy storage device 28, approximately in the range between 10.8 volts and 15 volts.
  • the DC / DC converter 22 is connected on the input side to the high-voltage sub-network 20 and to the generator 23. The DC / DC converter 22 is the output side with the
  • the DC / DC converter 22 is configured to receive a DC voltage received on the input side, for example a DC voltage with which the high voltage subnet is operated, for example between 12 and 48 volts inclusive, and to generate an output voltage which is different from the voltage received on the input side , in particular one
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system 1 with a high-voltage sub-network 20 and a
  • Low voltage sub-network 21 which are connected by a bidirectional, potential-separating DC / DC converter 31.
  • the on-board electrical system 1 shown is designed essentially like the vehicle electrical system shown in FIG. 2, the generator being integrated in the high-voltage subnet 20 and for the energy transfer between the sub-board networks 20, 21 a DC / DC converter 31 is used, which is designed to be electrically isolated. Batteries 24, 28 and consumers 25, 29 are also arranged in both subnetworks 20, 21, as described with reference to FIG. Essentially, the system illustrated in FIG. 3 differs in the integration of the starter. While in the system shown in Figure 2, the starter 26 is disposed in the low voltage sub-network 21 and thereby the DC / DC converter 22 unidirectional for energy transport from
  • High voltage sub-network 20 may be designed in the low voltage sub-network 21, in the architecture shown in Figure 3, a starter generator 30 is used in the high-voltage sub-network 20.
  • the DC / DC converter 31 is bidirectional, so that the lithium-ion battery 24 can be charged via the low-voltage sub-network 21, if necessary. The jump start of the low-voltage vehicle is then via the
  • FIG. 4 shows a vehicle electrical system 1 with a high-voltage sub-network 20 and a
  • Low voltage subnet 21 for example, a vehicle electrical system 1 of a vehicle, in particular a motor vehicle, transport vehicle or forklift.
  • the electrical system 1 is particularly suitable for use in vehicles with a 48-volt generator, a 14-volt starter and a boost recuperation system.
  • the high-voltage sub-network 20 includes a starter-generator 30, which has a
  • the starter-generator 30 is designed to generate electrical energy as a function of a rotational movement of the engine of the vehicle and to feed it into the high-voltage sub-network 20.
  • a further starter may be provided for a first start in a start-stop operation of the vehicle in the low-voltage sub-network 21.
  • load resistors 25 are arranged, which may be formed for example by at least one, preferably by a plurality of electrical consumers of the motor vehicle, which are operated with the high voltage.
  • the high-voltage sub-network 20 also includes a battery 40, which may be formed, for example, as a lithium-ion battery and which is arranged, the
  • the lithium-ion battery 40 preferably has a minimum capacity of approximately 15 Ah at a nominal voltage of 48 V in order to be able to store the required electrical energy.
  • the battery 40 has a plurality of battery units 41 -1, 41 -2, ... 41 -n, wherein the
  • Battery units 41 are assigned a plurality of battery cells, which are usually connected in series and partially in addition to each other in parallel to the required
  • the individual battery cells are, for example, lithium-ion batteries with a voltage range of 2.8 to 4.2 volts.
  • the battery units 41 -1, 41 -2, ... 41 -n are individual voltage taps 42-1, 42-2, ... 42-n + 1 assigned, via which the voltage of a coupling unit 33 is supplied.
  • the Einzelpressivesabgriffe 42 are disposed between the battery units 41, and at the ends of the battery 40 each one. With a number of n battery units, this results in n + 1 Einzelschreibsabgriffe 42. Due to the additional Einzelpressivesabschreibe 42, the lithium-ion battery 40 is divided into a plurality of battery units 41 -1, 41 -2, ... 41 -n, which in the frame The invention may also be referred to as sub-batteries.
  • the individual voltage taps 42 are selected such that the battery units 41 each have a voltage level with which the low voltage subnetwork 21, i. the 14-volt electrical system, can be supplied.
  • the Einzelschreibsabgriffe 42 of the battery units 41 are, as shown in Figure 4, the coupling unit 33 is supplied.
  • the coupling unit 33 has the task, at least one of the battery units 41 of the battery 40 to the
  • Low-voltage subnet 21 to turn on its operation or support.
  • the coupling unit 33 couples the high voltage subnet 20 to the
  • Low-voltage sub-network 21 and provides the output side, the low-voltage sub-network 21, the necessary operating voltage ready, for example, 12 V or 14 V.
  • the low-voltage sub-network 21 includes the low-voltage consumers 29, which are designed, for example, for operation at 14 V voltage.
  • the lithium-ion battery 40 the supply of closed circuit loads, which are shown as a consumer 25, 29, takes over when the vehicle is parked.
  • the requirements of the so-called airport tests are met, wherein after six weeks of service the vehicle is still bootable and the battery provides the quiescent currents of the low-voltage consumers 29 in the low-voltage subnet 21 during the service life, so that, for example, an anti-theft alarm system is supplied.
  • a high-performance memory 28 or buffer memory is optionally arranged, which can deliver very high power for a short time, ie. H. optimized for high performance.
  • the high-performance memory 28 fulfills the purpose that overvoltages when switching the battery units 41 are further avoided. Is used as
  • High-performance memory 28 a capacitor used, so its sizing is preferred: ⁇ ⁇ ⁇ max ⁇ switch
  • l max is the maximum on-board electrical system current that can flow during the switching operations in the electrical system
  • t umschait the period during which no battery unit 41 is ready for the supply
  • AU max the maximum permissible change of
  • the electrical system shown in Figure 4 may further comprise a battery management system (BMS) (not shown).
  • BMS battery management system
  • the battery management system comprises a control unit which is set up to acquire and process measurement data on temperatures, voltages provided, discharged currents and charge states of the battery 40 or of the battery units 41, and from this statements about the
  • the battery management system in this case comprises a unit which is set up to control the coupling unit 33 in such a way that it can switch on the battery units 41 selectively in the low-voltage sub-network 21.
  • FIG. 5 shows a coupling unit 33, which is designed as a unidirectional, galvanically non-separating DC-DC converter (DC / DC converter).
  • the coupling unit 33 comprises reverse blocking switches 44, 45, which have the property that they are in one Condition "on” allow a current flow only in one direction and in a second state “off” can receive a reverse voltage of both polarity.
  • This is an essential difference to simple semiconductor switches, such as IGBT switches, since they can not absorb reverse voltage in the reverse direction due to their intrinsic diode.
  • two different types of switches are shown in FIG. 5, namely RSSJ 45 and RSS_r 44, which do not differ in their production, but are merely installed with different polarity.
  • An example of the more detailed structure of the reverse blocking switches 44, 45 will be described with reference to FIG.
  • the individual taps 42 of the battery units 41 are each branched at branching points 43 and each one of the different
  • reverse blocking switch RSSJ 45 are the output side of the coupling unit 33 connected to the positive pole 52
  • the reverse blocking switch RSS_r 44 are the output side of the coupling unit 33 connected to the negative pole 51.
  • FIG. 6 shows the supply of the low-voltage sub-network 21 by way of example from FIG.
  • Branch point 43-i also connects to another one
  • Battery unit 41 -2 would lead, but via the switch RSS_r 44-j. The same applies to the second branch point 43-j, which in turn leads to a blocking
  • the voltage level of the high voltage subnet 20 based on the mass of
  • Low voltage sub-network 21 depends on which of the battery units 41 switched on is. In none of the operating states, however, does any of the potentials have an amount that exceeds a voltage limit equal to the sum of the high voltage and the low voltage, that is, approximately 62 volts for a 48 volt mains and a 14 volt mains. However, negative potentials can occur with respect to the ground of the low voltage subnetwork.
  • the operation of the starter-generator 30 is independent of the operation of the coupling unit 33 and the supply of the low voltage subnet. In the through-connected
  • Battery unit 41 which supplies the low voltage subnet 21, results in a
  • the low voltage sub-network power Overlay by the low voltage sub-network power and possibly fed by the starter-generator in the entire lithium-ion battery charging current (generator mode) or by the entire lithium-ion battery removed discharge current (motor operation). As long as the allowable limits of the battery cells, e.g. the maximum allowable discharge current of the cells are not exceeded, these processes can be considered independently. Thus, the low voltage subnet 21 is supplied safely, exactly one of the battery units 41 via the associated switches 44, 45 of the coupling device 33 is switched on. Due to the multiple redundant supply of the
  • Low voltage sub-network 21 can be constructed with the architecture presented a system which has a very high availability of electrical energy in the
  • Figure 7 shows a switching operation by means of the coupling unit 33 by way of example from the battery unit 41 -1 to the battery unit 41 -n.
  • a first current path 71 leads through a first reverse blocking switch RSSJ 45-i, via first voltage taps 42-1, 42-2 associated with the first battery unit 41-1, and via a second reverse blocking switch RSS_r 44-i to the negative pole 51.
  • the current path 72 leads via a second reverse blocking switch RSSJ 45-k, via voltage taps 42-n, 42-n + 1, which are assigned to the n-th battery unit 41 -n, and via a further reverse blocking Switch RSS_r 44-k to the negative pole 51.
  • the reverse inhibit switches 45-i, 44-i are turned off and the other reverse-inhibitable switches 45-k, 44-k are turned on.
  • the switching commands for the switches 45-i, 44-i, 45-k, 44-k get synchronized, so would due to the operation of the backward barrier switch the positive pole 52 of the Low voltage subnet connected during the switching phase of the circuit breaker with the higher potential of the two sub-batteries and the negative pole 51 during the switching phase with the lower potential of the two sub-batteries, ie in the example with the negative terminal of the battery unit 41 -n. This would create a much larger voltage to the low voltage subnetwork in the short term, as the specification of
  • the switch is made so that the switches of the current current part of the battery, in the example shown, the battery unit 41 -1, are turned off first and after the switches of the current-carrying part battery no longer carry power, the switches of the sub-battery, which supply of the low voltage subnetwork, switched on.
  • the described principle is also called "break-before-make".
  • the maximum removable energy is limited by evenly charged cells by the cell with the lowest state of charge.
  • the maximum allowable load performance is limited by the cell with the highest state of charge for evenly aged cells.
  • the maximum deliverable energy is limited by evenly aged cells by the cell with the highest state of charge. Since the battery system in a boost recuperation system should be able to store as much energy as possible during a braking process, and at the same time should be able to support a boost process as well as possible, this can be the reason for this
  • Battery unit 41 used to supply the low voltage subnetwork, which has the highest state of charge at a given time.
  • the requirements for the selection of the switching states of the coupling unit 33 can be met with the following operating strategy:
  • the supply of the low voltage subnet 21 always takes place from that sub-battery 41, which currently has the highest state of charge. Since the supply of the low voltage subnet to the charging and
  • Selection rule ensures that the sub-battery 41 is discharged faster with the highest state of charge or is charged slower than the other battery units 41. This has a symmetrization of the charge states of the sub-batteries result.
  • a threshold value for the difference ASOCumschait of the charge states is introduced, e.g. a difference ASOCumschait with a defined value between 0.5% and 20%, preferably between 1% and 5%, more preferably about 2%, which must be exceeded, so that the supply of
  • Low voltage sub-network 21 of a battery unit 41 to that battery unit 41 changes, which has a correspondingly higher state of charge than the current to
  • FIG. 8 shows a possible structure of reverse-blocking switches 44, 45.
  • the forward direction is indicated by I.
  • a reverse blocking switch RSS_r 44 comprises, for example, an IGBT, MOSFET or bipolar transistor 101 and a diode 103 connected in series therewith.
  • FIG. 8 shows a MOSFET 101 which has an intrinsic diode 102 shown in FIG. The diode 103 connected in series with the MOSFET 101 is poled against the direction of the intrinsic diode 102 of the MOSFET 101.
  • the reverse blocking switch RSS_r 44 passes the current in the forward direction I and blocks in the opposite direction.
  • the reverse blocking switch RSSJ 45 corresponds to the RSS_r 44, is installed only with the reverse polarity, so that the pass and reverse directions are reversed.
  • the switches RSSJ 45, RSS_r 44 are characterized in particular by a barely noticeable delay in the switching operations, d. H. allow a very short switching time. By means of a suitable drive circuit, the time delay between switching off and switching on the switches can be set very precisely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz (1) für ein Fahrzeug mit einem Niederspannungsteilnetz (21) für zumindest einen Niederspannungsverbraucher (29) und mit einem Hochspannungsteilnetz (20) für zumindest einen Hochspannungsverbraucher (25) und einen Starter-Generator (30), wobei das Hochspannungsteilnetz (20) eine Batterie (40) aufweist, die eingerichtet ist, die Hochspannung zu erzeugen und an das Hochspannungsteilnetz (20) auszugeben und die zumindest zwei Batterieeinheiten (41) mit Einzelspannungsabgriffen (42) aufweist, wobei das Hochspannungsteilnetz (20) mit dem Niederspannungsteilnetz (21) über eine Koppeleinheit (33) verbunden ist, welche eingerichtet ist, dem Hochspannungsteilnetz (20) Energie zu entnehmen und dem Niederspannungsteilnetz (21) zuzuführen. Dabei ist vorgesehen, dass die Koppeleinheit (33) eingerichtet ist, die Batterieeinheiten (41) dem Niederspannungsteilnetz (21) selektiv zuzuschalten. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes, ein Kraftfahrzeug, sowie ein Batteriemanagementsystem und ein Computerprogramm, die zur Ausführung der Verfahren eingerichtet sind.

Description

Beschreibung Titel
Bordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Bordnetz und ein Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug.
Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Bordnetz angegeben, sowie ein Batteriemanagementsystem und ein Computerprogramm, die zur Ausführung der beschriebenen Verfahren eingerichtet sind. In Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird zur Versorgung des elektrischen Anlassers oder Starters für den Verbrennungsmotor sowie weiterer elektrischer Vorrichtungen des Kraftfahrzeuges ein Bordnetz vorgesehen, welches standardmäßig mit 12 Volt betrieben wird. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird über das Bordnetz von einer
Starterbatterie eine Spannung einem Starter zur Verfügung gestellt, weicher den
Verbrennungsmotor startet, wenn beispielsweise durch ein entsprechendes Startersignal ein Schalter geschlossen wird. Ist der Verbrennungsmotor gestartet, treibt dieser einen elektrischen Generator an, welcher dann eine Spannung von etwa 12 Volt erzeugt und über das Bordnetz den verschiedenen elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug zur Verfügung stellt. Der elektrische Generator lädt dabei auch die durch den Startvorgang belastete Starterbatterie wieder auf. Wird die Batterie über das Bordnetz geladen, kann die tatsächliche Spannung auch über der Nennspannung liegen, z. B. bei 14 V oder bei 14,4 V. Das Bordnetz mit 12 V, bzw. 14 V Spannung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als ein Niederspannungsbordnetz bezeichnet. Es ist bekannt, in Elektro- und Hybridfahrzeugen ein weiteres Bordnetz mit einer
Nennspannung von 48 V zu verwenden, welches im Rahmen der Erfindung auch als ein Hochspannungsbordnetz bezeichnet wird.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß umfasst ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug ein Niederspannungsteilnetz für zumindest einen Niederspannungsverbraucher und ein Hochspannungsteilnetz für zumindest einen Hochspannungsverbraucher und einen Starter-Generator, wobei das Hochspannungsteilnetz mit dem Niederspannungsteilnetz über eine Koppeleinheit verbunden ist, welche eingerichtet ist, dem Hochspannungsteilnetz Energie zu entnehmen und dem Niederspannungsteilnetz zuzuführen, wobei das Hochspannungsteilnetz eine Batterie aufweist, die eingerichtet ist, die Hochspannung zu erzeugen und an das
Hochspannungsteilnetz auszugeben und die zumindest zwei Batterieeinheiten mit
Einzelspannungsabgriffen aufweist, die an die Koppeleinheit geführt sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Koppeleinheit eingerichtet ist, die Batterieeinheiten dem
Niederspannungsteilnetz selektiv zuzuschalten.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass durch das Niederspannungsteilnetz elektrische Verbraucher betrieben werden können, die auf eine niedrige erste Spannung ausgelegt sind, und für Hochleistungsverbraucher das Hochspannungsteilnetz bereitsteht, d.h. das
Teilbordnetz mit der gegenüber der ersten Spannung erhöhten Spannung. Die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes wird den Lade- und Entladevorgängen im
Hochspannungsteilnetz überlagert. Die Niederspannungsteilnetzversorgung über das Hochspannungsteilnetz findet dabei unidirektional statt, d. h. die Koppeleinheit stellt den Energietransfer bevorzugt nur in eine Richtung bereit.
Die Begriffe„Batterie" und„Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung, dem üblichen Sprachgebrauch angepasst, für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein
Batteriemodul, einen Modulstrang oder ein Batteriepack bezeichnen können. Die
Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können so genannte Batteriedirektkonverter (BDC, battery direct Converter) bilden und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, battery direct inverter).
Das Bordnetz kann sowohl bei stationären Anwendungen, z.B. bei Windkraftanlagen, als auch in Fahrzeugen, z.B. in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, zum Einsatz kommen.
Insbesondere kann das Bordnetz bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die Start-Stopp- Systeme aufweisen. Das vorgestellte System, d. h. das Bordnetz und das Batteriemanagementsystem eignet sich insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, die einen 48-Volt-Generator und einen 14-Volt- Starter aufweisen, wobei der 14-Volt-Starter vorzugsweise für Start-/Stopp-Systeme ausgelegt ist.
Das vorgestellte System eignet sich insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, die ein so genanntes Boost-Rekuperationssystem (BRS) aufweisen. Bei Boost-Rekuperationssystemen (BRS) wird elektrische Energie bei Bremsvorgängen, bei Bergabfahrten oder im Segelbetrieb gewonnen, um damit die elektrischen Verbraucher zu versorgen. Das Boost- Rekuperationssystem erhöht die Effizienz des Systems, so dass Kraftstoff eingespart werden kann bzw. die Emissionen verringert werden können. Die Batterie im Hochspannungsteilnetz unterstützt entweder den Verbrennungsmotor, was als so genannter Boost bezeichnet wird, oder es wird bei niedrigen Geschwindigkeiten für kurze Strecken sogar für rein elektrisches Fahren eingesetzt, z.B. bei einem elektrischen Ein- und Ausparken.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Gegenstands sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich. So ist von Vorteil, wenn die selektiv zuschaltbaren Batterieeinheiten jeweils zur
Bereitstellung der Niederspannung ausgelegt sind. Die Batterieeinheiten können damit abwechselnd beansprucht werden, die Niederspannung bereitzustellen, z. B. um ein Start- Stopp-System zu unterstützen, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Batterieeinheit führt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Koppeleinheit zumindest einen rückwärtssperrfähigen Schalter auf. Bevorzugt eignen sich die rückwärtssperrfähigen Schalter zur Zu- und Wegschaltung einer selektiv zuschaltbaren Batterieeinheit. Diese Schalter besitzen die Eigenschaft, dass sie im Zustand„ein" einen Stromfluss nur in eine Richtung ermöglichen und im Zustand„aus" eine Sperrspannung beiderlei Polarität aufnehmen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Niederspannungsteilnetz zumindest einen Kondensator auf. Der Kondensator ist bevorzugt dazu eingerichtet, die
Niederspannung bei einem Wechsel der zugeschalteten Batterieeinheit zu stabilisieren. Die Dimensionierung des Kondensators ist dabei bevorzugt gemäß " max ^ umschalt
AU, gewählt, wobei Lax der maximale Bordnetzstrom ist, der während Umschaltvorgängen im Niederspannungsteilnetz fließen soll, tumschait die Zeitdauer, während der keine Batterieeinheit für die Versorgung bereitsteht, und AUmax die maximal zulässige Veränderung der
Bordnetzspannung während des Umschaltvorgangs.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes für ein
Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz ein Niederspannungsteilnetz für zumindest einen
Niederspannungsverbraucher und ein Hochspannungsteilnetz für zumindest einen
Hochspannungsverbraucher und einen Starter-Generator aufweist, wobei das
Hochspannungsteilnetz mit dem Niederspannungsteilnetz über eine Koppeleinheit verbunden ist, welche eingerichtet ist, dem Hochspannungsteilnetz Energie zu entnehmen und dem Niederspannungsteilnetz zuzuführen, wobei das Hochspannungsteilnetz eine Batterie aufweist, die eingerichtet ist, die Hochspannung zu erzeugen und an das
Hochspannungsteilnetz auszugeben, und die zumindest zwei Batterieeinheiten mit
Einzelspannungsabgriffen aufweist, die an die Koppeleinheit geführt sind, wobei die
Koppeleinheit eingerichtet ist, die Batterieeinheiten dem Niederspannungsteilnetz selektiv zuzuschalten, ist vorgesehen, dass diejenige Batterieeinheit dem Niederspannungsteilnetz zugeschaltet wird, welche den höchsten Ladezustand aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass sich im Betrieb ein Zustand einstellt, bei welchem die Batterieeinheiten annähernd einen gleichen Ladezustand aufweisen.
Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass die Zellen gleichmäßig altern, d.h. beispielsweise einen gleichen Innenwiderstand und/oder eine gleiche Kapazität aufweisen. Die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes wechselt dabei von einer Batterieeinheit auf diejenige Batterieeinheit, die einen entsprechend höheren Ladezustand aufweist, als die aktuell zur Versorgung des Niederspannungsteilnetzes genutzte Batterieeinheit. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Anforderungen für die Startvorgänge im
Niederspannungsteilnetz stets erfüllt werden, da jeweils diejenige Batterieeinheit eingesetzt wird, welche aktuell die beste Performance aufweist. Da die Versorgung des
Niederspannungsteilnetzes den Lade- und Entladevorgängen im Hochspannungsteilnetz überlagert ist und die Niederspannungsteilnetzversorgung unidirektional stattfindet, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass stets die Batterieeinheit mit dem höchsten Ladezustand schneller entladen wird bzw. langsamer geladen wird als die anderen Teilbatterien. Dies hat eine Symmetrisierung der Ladezustände der Teilbatterien zur Folge. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt ein Wechsel der zugeschalteten
Batterieeinheit bei einer Überschreitung eines Schwellwerts einer Ladezustandsdifferenz der Batterieeinheiten. Hierdurch wird erreicht, dass bei gleichem oder ähnlichem Ladezustand der Batterieeinheiten kein schneller, ständiger Wechsel von einer Batterieeinheit auf die nächste erfolgt, gefolgt von einem Rückwechsel, sobald jeweils die ungenutzte
Batterieeinheit den höchsten Ladezustand aufweist. Besonders bevorzugt ist der
Schwellwert der Ladezustandsdifferenz der Batterieeinheiten ein definierter Wert zwischen 0,5% und 20%, bevorzugt zwischen 1 % und 5%, besonders bevorzugt etwa 2%.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Wechsel der zugeschalteten
Batterieeinheit, indem in einem ersten Schritt eine Strom führende Batterieeinheit abgeschaltet wird und hiernach in einem zweiten Schritt eine ausgewählte weitere
Batterieeinheit zugeschaltet wird. Ein Vorteil ergibt sich insbesondere dann, wenn die Koppeleinheit rückwärtssperrfähige Schalter aufweist, die leitend ausgebildete
Leistungsschalter sind. Aufgrund der Funktionsweise der rückwärtssperrfähigen Schalter würde bei gleichzeitiger Betätigung der Schalter der Pluspol des Niederspannungsteilnetzes während der Schaltphase mit dem höheren Potential der beiden Batterieeinheiten verbunden sein, und der Minuspol des Bordnetzes mit dem niedrigeren Potential der beiden
Batterieeinheiten, was zu einer erhöhten Spannung führt. Durch die vorgeschlagene
Schaltstrategie wird verhindert, dass kurzzeitig größere Spannungen an das
Niederspannungsteilnetz bereitgestellt werden, als die Spezifikation des
Niederspannungsteilnetzes erlaubt. Das vorteilhafte Umschaltkonzept verhindert außerdem ein kurzzeitiges Ansteigen der Niederspannung bei Umschaltvorgängen in der eingesetzten Koppeleinheit. In Verbindung mit einer Puffereinrichtung, die beispielsweise als Kondensator im Niederspannungsteilnetz ausgebildet ist, wird weiter vorteilhaft der Spannungseinbruch im Niederspannungsteilnetz limitiert.
Der Spannungseinbruch im Niederspannungsteilnetz kann weiter vorteilhaft verringert werden, wenn die Umschaltung zu solchen Zeitpunkten erfolgt, bei denen der Bordnetzstrom möglichst gering ist. Dieses kann beispielsweise durch Auswertung eines Signals für den Bordnetzstrom und davon abhängiger Ansteuerung der Schalter der Koppeleinheit erfolgen. Darüber hinaus kann auch eine Synchronisierung mit einem
Verbrauchermanagementsystem erfolgen, um Hochleistungsverbraucher, wie z.B.
Heizsysteme, kurzzeitig ohne Komforteinbußen abzuschalten, um den Umschaltvorgang der Batterieeinheiten ohne nennenswerten Spannungseinbruch zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung einer Einrichtung zum Betrieb eines Bordnetzes oder um ein Modul zur Implementierung eines
Batteriemanagementsystems eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem
permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium, oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, DVD, Blu-ray Disk, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich und alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielsweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitgestellt, welches Einrichtungen aufweist, um eines der beschriebenen Verfahren zum Betrieb eines der beschriebenen Bordnetze durchzuführen. Insbesondere weist das
Batteriemanagementsystem eine Einheit auf, welche eingerichtet ist, den Ladezustand der Batterieeinheiten, und insbesondere die Batterieeinheit mit dem höchsten Ladezustand zu ermitteln, und eine Einheit, welche eingerichtet ist, die Koppeleinheit so anzusteuern, dass Batterieeinheiten dem Niederspannungsteilnetz selektiv zuschaltet werden, insbesondere diejenige mit dem höchsten Ladezustand. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriemanagementsystem eine weitere Einheit, welche eingerichtet ist, die Überschreitung eines Schwellwerts einer
Ladungszustandsdifferenz der Batterieeinheiten zu ermitteln, um daraufhin mittels der Koppeleinheit einen Wechsel der zugeschalteten Batterieeinheit auszuführen. Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug angegeben, mit einem
Verbrennungsmotor und einem zuvor beschriebenen Bordnetz.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt ein kostengünstiges Bordnetz mit einem Lithium-Ionen-Batteriesystem für Fahrzeuge bereit, das ein Hochspannungsteilnetz mit einem 48-Volt-Starter-Generator, ein Niederspannungsteilnetz und ein Boost-Rekuperationssystem mit unidirektionaler
Versorgung des 14-Volt-Bordnetzes aufweist. Hierbei können gegenüber bekannten
Systemen ein potentialtrennender DC/DC-Wandler und die Blei-Säure-Batterie entfallen. Außerdem ist kein Starter im Niederspannungsteilnetz nötig. Das Boost- Rekuperationssystem kann bei geeigneter Auslegung gegenüber aktuell in der Entwicklung befindlichen BRS-Systemen deutlich mehr Energie speichern und dadurch bei längeren Bremsvorgängen oder Bergabfahrten mehr elektrische Energie im System zurückgewinnen.
Das System zeichnet sich außerdem durch ein geringes Volumen, ein geringes Gewicht und eine lange Lebensdauer aus. Aufgrund des mehrfach redundant ausgelegten
Niederspannungsteilnetzes besteht eine höhere Verfügbarkeit des Systems, was hohe Leistungsanforderungen auch bei Kaltstartvorgängen und Start-/Stopp-Vorgängen mit hoher Leistung, erforderlichenfalls mit schneller Wiederholung ermöglicht.
Das vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine Betriebsstrategie, welche die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes ermöglicht und elektrische Energie bei
Startvorgängen bereitstellt. Die Speicherung elektrischer Energie wird dabei so optimiert, dass möglichst viel elektrische Energie bei einem Bremsvorgang rückgewonnen werden kann und die Batterie dabei mit möglichst hohen Leistungen geladen werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Niederspannungsbordnetz nach dem Stand der Technik, Figur 2 ein Bordnetz mit einem Hochspannungsteilnetz und einem Niederspannungsteilnetz und einem unidirektionalen, potentialtrennenden DC/DC-Wandler,
Figur 3 ein Bordnetz mit einem Hochspannungsteilnetz und einem Niederspannungsteilnetz und einem bidirektionalen, potentialtrennenden DC/DC-Wandler,
Figur 4 ein Bordnetz mit einem Hochspannungsteilnetz und einem Niederspannungsteilnetz und einem unidirektionalen, galvanisch nicht trennenden DC/DC-Wandler, Figur 5 eine Koppeleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 6 die Koppeleinheit aus Figur 5 in einem beispielhaften Betriebszustand,
Figur 7 die Koppeleinheit aus Figur 5 während eines beispielhaften Umschaltvorgangs, und
Figur 8 rückwärtssperrfähige Schalter.
Figur 1 zeigt ein Bordnetz 1 nach dem Stand der Technik. Beim Starten eines
Verbrennungsmotors wird über das Bordnetz 1 von einer Starterbatterie 10 eine Spannung einem Starter 1 1 zur Verfügung gestellt, welcher den Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) startet, wenn beispielsweise durch ein entsprechendes Startersignal ein Schalter 12 geschlossen wird. Ist der Verbrennungsmotor gestartet, treibt dieser einen elektrischen Generator 13 an, welcher dann eine Spannung von etwa 12 Volt erzeugt und über das Bordnetz 1 den verschiedenen elektrischen Verbrauchern 14 im Fahrzeug zur Verfügung stellt. Der elektrische Generator 13 lädt dabei auch die durch den Startvorgang belastete Starterbatterie 10 wieder auf.
Figur 2 zeigt ein Bordnetz 1 mit einem Hochspannungsteilnetz 20 und einem
Niederspannungsteilnetz 21 und einem unidirektionalen, potentialtrennenden DC/DC- Wandler 22, der eine Koppeleinheit zwischen dem Hochspannungsteilnetz 20 und dem
Niederspannungsteilnetz 21 bildet. Das Bordnetz 1 kann ein Bordnetz eines Fahrzeugs sein, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, Transportfahrzeugs oder Gabelstaplers.
Das Hochspannungsteilnetz 20 ist beispielsweise ein 48-Volt-Bordnetz mit einem
elektrischen Generator 23, welcher von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) betreibbar ist. Der Generator 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, in
Abhängigkeit von einer Drehbewegung des Motors des Fahrzeugs eine elektrische Energie zu erzeugen und in das Hochspannungsteilnetz 20 einzuspeisen. Das
Hochspannungsteilnetz 20 umfasst weiterhin eine Batterie 24, welche beispielsweise als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein kann und welche eingerichtet ist, die nötige Betriebsspannung dem Hochspannungsteilnetz auszugeben. Im Hochspannungsteilnetz 20 sind Lastwiderstände 25 angeordnet, welche beispielsweise durch wenigstens einen, bevorzugt durch eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs gebildet sein können, die mit der Hochspannung betrieben werden.
Im Niederspannungsteilnetz 21 , welches ausgangsseitig an dem DC/DC-Wandler 22 angeordnet ist, befinden sich ein Starter 26, der eingerichtet ist, einen Schalter 27 zu schließen um den Verbrennungsmotor zu starten, sowie ein Energiespeicher 28, der eingerichtet ist, die Niederspannung in Höhe von beispielsweise 14 Volt für das
Niederspannungsteilnetz 21 bereitzustellen. Im Niederspannungsteilnetz 21 sind weitere Verbraucher 29 angeordnet, die mit der Niederspannung betrieben werden. Der
Energiespeicher 28 umfasst beispielsweise galvanische Zellen, insbesondere solche einer Blei-Säurebatterie, welche in vollgeladenem Zustand (state of Charge, SOC = 100%) üblicherweise eine Spannung von 12,8 Volt aufweist. Bei entladener Batterie (state of Charge, SOC = 0%) weist der Energiespeicher 28 unbelastet eine Klemmenspannung von typischerweise 10,8 Volt auf. Die Bordnetzspannung im Niederspannungsteilnetz 21 liegt im Fahrbetrieb, je nach Temperatur und Ladezustand des Energiespeichers 28, etwa im Bereich zwischen 10,8 Volt und 15 Volt. Der DC/DC-Wandler 22 ist eingangsseitig mit dem Hochspannungsteilnetz 20 und mit dem Generator 23 verbunden. Der DC/DC-Wandler 22 ist ausgangsseitig mit dem
Niederspannungsteilnetz 21 verbunden. Der DC/DC-Wandler 22 ist ausgebildet, eine eingangsseitig empfangene Gleichspannung, beispielsweise eine Gleichspannung, mit der das Hochspannungsteilnetz betrieben wird, beispielsweise zwischen einschließlich 12 und 48 Volt, zu empfangen und eine Ausgangsspannung zu erzeugen, welche von der eingangsseitig empfangenen Spannung verschieden ist, insbesondere eine
Ausgangsspannung zu erzeugen, welche kleiner ist als die eingangsseitig empfangene Spannung, beispielsweise 12 V oder 14 V. Figur 3 zeigt ein Bordnetz 1 mit einem Hochspannungsteilnetz 20 und einem
Niederspannungsteilnetz 21 , welche durch einen bidirektionalen, potentialtrennenden DC/DC-Wandler 31 verbunden sind. Das dargestellte Bordnetz 1 ist im Wesentlichen wie das in Figur 2 dargestellte Bordnetz ausgebildet, wobei der Generator im Hochspannungsteilnetz 20 eingebunden ist und für den Energietransfer zwischen den Teilbordnetzen 20, 21 ein DC/DC-Wandler 31 zum Einsatz kommt, der potentialtrennend ausgeführt ist. In beiden Teilnetzen 20, 21 sind außerdem Batterien 24, 28 und Verbraucher 25, 29 angeordnet, wie mit Bezug zu Figur 2 beschrieben. Im Wesentlichen unterscheidet sich das in Figur 3 dargestellte System durch die Einbindung des Starters. Während in dem in Figur 2 dargestellten System der Starter 26 im Niederspannungsteilnetz 21 angeordnet ist und hierdurch der DC/DC-Wandler 22 unidirektional für einen Energietransport vom
Hochspannungsteilnetz 20 in das Niederspannungsteilnetz 21 ausgelegt sein kann, wird bei der in Figur 3 dargestellten Architektur ein Starter-Generator 30 im Hochspannungsteilnetz 20 eingesetzt. In diesem Fall ist der DC/DC-Wandler 31 bidirektional ausgeführt, sodass die Lithium-Ionen-Batterie 24 ggf. über das Niederspannungsteilnetz 21 geladen werden kann. Die Starthilfe des Niederspannungsfahrzeugs erfolgt dann über die
Niederspannungsschnittstelle und den DC/DC-Wandler 31 .
Figur 4 zeigt ein Bordnetz 1 mit einem Hochspannungsteilnetz 20 und einem
Niederspannungsteilnetz 21 , beispielsweise ein Bordnetz 1 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, Transportfahrzeugs oder Gabelstaplers. Das Bordnetz 1 eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Fahrzeugen mit einem 48-Volt-Generator, einem 14-Volt- Starter und einem Boost-Rekuperationssystem. Das Hochspannungsteilnetz 20 umfasst einen Starter-Generator 30, welcher einen
Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) starten kann und von diesem betreibbar ist. Der Starter-Generator 30 ist ausgebildet, in Abhängigkeit von einer Drehbewegung des Motors des Fahrzeugs elektrische Energie zu erzeugen und in das Hochspannungsteilnetz 20 einzuspeisen. Außerdem kann ein weiterer Starter (nicht gezeigt) für einen Erst-Start bei einem Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs im Niederspannungsteilnetz 21 vorgesehen sein. Im Hochspannungsteilnetz 20 sind Lastwiderstände 25 angeordnet, welche beispielsweise durch wenigstens einen, bevorzugt durch eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs gebildet sein können, die mit der Hochspannung betrieben werden. Das Hochspannungsteilnetz 20 umfasst außerdem eine Batterie 40, welche beispielsweise als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein kann und welche eingerichtet ist, die
Betriebsspannung von 48 Volt dem Hochspannungsteilnetz auszugeben. Die Lithium-Ionen- Batterie 40 weist bei einer Nennspannung von 48 Volt bevorzugt eine Mindestkapazität von ca. 15 Ah auf, um die erforderliche elektrische Energie speichern zu können.
Die Batterie 40 weist mehrere Batterieeinheiten 41 -1 , 41 -2, ...41 -n auf, wobei den
Batterieeinheiten 41 mehrere Batteriezellen zugeordnet sind, welche üblicherweise in Serie und teilweise zusätzlich parallel zueinander geschaltet werden, um die geforderten
Leistungs- und Energiedaten mit der Batterie 40 zu erzielen. Die einzelnen Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt.
Den Batterieeinheiten 41 -1 , 41 -2, ...41 -n sind Einzelspannungsabgriffe 42-1 , 42-2, ...42-n+1 zugeordnet, über welche die Spannung einer Koppeleinheit 33 zugeführt wird. Bei einer
Serienschaltung der Batterieeinheiten 41 -1 , 41 -2, ...41 -n, wie in Figur 4 dargestellt, sind die Einzelspannungsabgriffe 42 zwischen den Batterieeinheiten 41 angeordnet, sowie an den Enden der Batterie 40 jeweils einer. Bei einer Anzahl von n Batterieeinheiten ergeben sich hierdurch n+1 Einzelspannungsabgriffe 42. Durch die zusätzlichen Einzelspannungsabgriffe 42 ist die Lithium-Ionen-Batterie 40 in mehrere Batterieeinheiten 41 -1 , 41 -2, ...41 -n unterteilt, welche im Rahmen der Erfindung auch als Teilbatterien bezeichnet werden können. Die Einzelspannungsabgriffe 42 sind so gewählt, dass die Batterieeinheiten 41 jeweils eine Spannungslage aufweisen, mit der das Niederspannungsteilnetz 21 , d.h. das 14-Volt- Bordnetz, versorgt werden kann. Die Einzelspannungsabgriffe 42 der Batterieeinheiten 41 werden, wie in Figur 4 dargestellt, der Koppeleinheit 33 zugeführt. Die Koppeleinheit 33 hat die Aufgabe, zumindest eine der Batterieeinheiten 41 der Batterie 40 auf das
Niederspannungsteilnetz 21 zu dessen Betrieb oder Unterstützung durchzuschalten.
Die Koppeleinheit 33 koppelt das Hochspannungsteilnetz 20 mit dem
Niederspannungsteilnetz 21 und stellt ausgangsseitig dem Niederspannungsteilnetz 21 die nötige Betriebsspannung bereit, beispielsweise 12 V oder 14 V. Der Aufbau und die
Funktionsweise der Koppeleinheit 33 werden mit Bezug zu den Figuren 5 bis 7 beschrieben.
Das Niederspannungsteilnetz 21 umfasst die Niederspannungsverbraucher 29, welche beispielsweise für einen Betrieb bei 14 V Spannung ausgelegt sind. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lithium-Ionen-Batterie 40 die Versorgung von Ruhestromverbrauchern, welche als Verbraucher 25, 29 dargestellt sind, bei abgestelltem Fahrzeug übernimmt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass hierbei die Anforderungen des so genannten Flughafentests erfüllt werden, wobei nach sechs Wochen Standzeit das Fahrzeug noch startbar ist und wobei die Batterie während der Standzeit die Ruheströme der Niederspannungsverbraucher 29 im Niederspannungsteilnetz 21 bereitstellt, damit beispielsweise eine Diebstahlwarnanlage versorgt wird.
Im Niederspannungsteilnetz 21 ist optional ein Hochleistungsspeicher 28 oder Pufferspeicher angeordnet, der kurzzeitig sehr hohe Leistung abgeben kann, d. h. auf Hochleistung optimiert ist. Der Hochleistungsspeicher 28 erfüllt den Zweck, dass Überspannungen bei einem Umschalten der Batterieeinheiten 41 weiter vermieden werden. Wird als
Hochleistungsspeicher 28 ein Kondensator eingesetzt, so ist dessen Dimensionierung bevorzugt: ζ~< ^ max ^ umschalt
max ist, wobei lmax der maximale Bordnetzstrom ist, der während der Umschaltvorgänge im Bordnetz fließen kann, tumschait die Zeitdauer, während welcher keine Batterieeinheit 41 für die Versorgung bereit steht, und AUmax die maximal zulässige Veränderung der
Bordnetzspannung während des Umschaltvorgangs.
Das in Figur 4 dargestellte Bordnetz kann weiterhin ein Batteriemanagementsystem (BMS) umfassen (nicht dargestellt). Das Batteriemanagementsystem umfasst ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, Messdaten über Temperaturen, bereitgestellte Spannungen, abgegebene Ströme und Ladungszustände der Batterie 40 bzw. der Batterieeinheiten 41 zu erfassen, zu verarbeiten und hieraus beispielsweise Aussagen über den
Gesundheitszustand der Batterie 40 zu treffen. Das Batteriemanagementsystem umfasst dabei eine Einheit, welche eingerichtet ist, die Koppeleinheit 33 so zu regeln, dass diese die Batterieeinheiten 41 selektiv im Niederspannungsteilnetz 21 zuschalten kann.
Figur 5 zeigt eine Koppeleinheit 33, die als unidirektionaler, galvanisch nicht trennender Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) ausgeführt ist. Die Koppeleinheit 33 umfasst rückwärtssperrfähige Schalter 44, 45, welche die Eigenschaft aufweisen, dass sie in einem Zustand„ein" einen Stromfluss nur in eine Richtung ermöglichen und in einem zweiten Zustand„aus" eine Sperrspannung beiderlei Polarität aufnehmen können. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu einfachen Halbleiterschaltern, wie z.B. IGBT-Schaltern, da diese in Rückwärtsrichtung aufgrund ihrer intrinsischen Diode keine Sperrspannung aufnehmen können. Aufgrund der Abhängigkeit von der Stromflussrichtung sind in Figur 5 zwei verschiedene Schaltertypen eingezeichnet, nämlich RSSJ 45 und RSS_r 44, die sich in ihrer Fertigung nicht unterscheiden, sondern lediglich mit unterschiedlicher Polarität verbaut sind. Ein Beispiel für den näheren Aufbau der rückwärtssperrfähigen Schalter 44, 45 wird mit Bezug zu Figur 8 beschrieben.
In der Koppeleinheit 33 werden die Einzelabgriffe 42 der Batterieeinheiten 41 jeweils an Verzweigungspunkten 43 verzweigt und jeweils einem der unterschiedlichen
rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45 und RSS_r 44 zugeführt. Die
rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45 werden ausgangsseitig der Koppeleinheit 33 mit dem Pluspol 52 verschaltet, und die rückwärtssperrfähigen Schalter RSS_r 44 werden ausgangsseitig der Koppeleinheit 33 auf den Minuspol 51 geschaltet.
Figur 6 zeigt die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes 21 beispielhaft aus der
Batterieeinheit 41 -2 über die zugeordneten Abgriffe 42-2 und 42-3. Vom Pluspol 52 führt der Strompfad 61 über einen rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45-i über einen
Verzweigungspunkt 43-i über den Spannungsabgriff 42-2 zur durchgeschalteten
Batterieeinheit 41 -2, und von dort aus über den nach der durchgeschalteten Batterieeinheit 41 -2 angeordneten Spannungsabgriff 42-3 über den Verzweigungspunkt 43-j über einen weiteren rückwärtssperrfähigen Schalter RSS_r 44-i zum Minuspol 51 . Am ersten
Verzweigungspunkt 43-i führt auch eine Verbindung zu einem weiteren
rückwärtssperrfähigen Schalter RSS_r 44-j. Da dieser rückwärtssperrfähig ausgebildet ist, kann hier aber kein Strom zum Minuspol 51 fließen. Im Falle eines gewöhnlichen MOSFET- Schalters wäre dieser rückwärts durchleitend, sodass der Strompfad nicht über die
Batterieeinheit 41 -2 führen würde, sondern über den Schalter RSS_r 44-j. Gleiches gilt für den zweiten Verzweigungspunkt 43-j, welcher wiederum zu einem sperrenden
rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45-j führt, sodass hier ebenfalls kein Stromfluss möglich ist.
Die Spannungslage des Hochspannungsteilnetzes 20 bezogen auf die Masse des
Niederspannungsteilnetzes 21 hängt davon ab, welche der Batterieeinheiten 41 zugeschaltet ist. In keinem der Betriebszustände weist eines der Potentiale jedoch einen Betrag auf, der eine Spannungsgrenze in Höhe der Summe der Hochspannung und der Niederspannung überschreitet, d.h. bei einem 48-Volt-Netz und einem 14-Volt-Netz in etwa 62 Volt. Es können jedoch negative Potentiale gegenüber der Masse des Niederspannungsteilnetzes auftreten.
Der Betrieb des Starter-Generators 30 ist unabhängig von dem Betrieb der Koppeleinheit 33 und der Versorgung des Niederspannungsteilnetzes. In der durchgeschalteten
Batterieeinheit 41 , die das Niederspannungsteilnetz 21 versorgt, ergibt sich eine
Überlagerung durch den Niederspannungsteilnetzstrom und den ggf. vom Starter-Generator in die gesamte Lithium-Ionen-Batterie eingespeisten Ladestrom (Generatorbetrieb) bzw. durch den der gesamten Lithium-Ionen-Batterie entnommenen Entladestrom (Motorbetrieb). Solange die zulässigen Grenzen der Batteriezellen, z.B. der maximal zulässige Entladestrom der Zellen, nicht überschritten werden, können diese Vorgänge unabhängig voneinander betrachtet werden. Damit das Niederspannungsteilnetz 21 sicher versorgt wird, wird genau eine der Batterieeinheiten 41 über die zugehörigen Schalter 44, 45 der Koppeleinrichtung 33 zugeschaltet. Aufgrund der mehrfach redundanten Versorgung des
Niederspannungsteilnetzes 21 kann mit der vorgestellten Architektur ein System aufgebaut werden, welches eine sehr hohe Verfügbarkeit der elektrischen Energie im
Niederspannungsteilnetz aufweist.
Figur 7 zeigt einen Umschaltvorgang mittels der Koppeleinheit 33 beispielhaft von der Batterieeinheit 41 -1 auf die Batterieeinheit 41 -n. Vor dem Umschalten führt ein erster Strompfad 71 über einen ersten rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45-i, über erste Spann ungsabgriffe 42-1 , 42-2, die der ersten Batterieeinheit 41 -1 zugeordnet sind, und über einen zweiten rückwärtssperrfähigen Schalter RSS_r 44-i zum Minuspol 51. Nach dem Umschalten führt der Strompfad 72 über einen zweiten rückwärtssperrfähigen Schalter RSSJ 45-k, über Spannungsabgriffe 42-n, 42-n+1 , welche der n-ten Batterieeinheit 41 -n zugeordnet sind, und über einen weiteren rückwärtssperrfähigen Schalter RSS_r 44-k zum Minuspol 51.
Zum Wechsel werden die rückwärtssperrfähigen Schalter 45-i, 44-i ausgeschaltet und die anderen rückwärtssperrfähigen Schalter 45-k, 44-k eingeschaltet. Würde die Koppeleinheit 33 die Schaltbefehle für die Schalter 45-i, 44-i, 45-k, 44-k synchron bekommen, so würde aufgrund der Funktionsweise der rückwärtssperrfähigen Schalter der Pluspol 52 des Niederspannungsteilnetzes während der Schaltphase der Leistungsschalter mit dem höheren Potential der beiden Teilbatterien verbunden und der Minuspol 51 während der Schaltphase mit dem niedrigeren Potential der beiden Teilbatterien, d.h. in dem Beispiel mit dem Minuspol der Batterieeinheit 41 -n. Damit würde kurzfristig eine wesentlich größere Spannung an das Niederspannungsteilnetz angelegt, als die Spezifikation des
Niederspannungsteilnetzes erlaubt. Im dargestellten Beispiel in Figur 6 würde dem
Niederspannungsteilnetz 21 wegen der in Serie geschalteten Batterieeinheiten 41 kurzfristig die Summe der Teilspannungen der Gesamtbatterie bereitgestellt werden. Um diese
Überspannungen zu vermeiden, wird bei dem Umschalten der Koppeleinheit 33 wie folgt vorgegangen:
- Die Umschaltung erfolgt so, dass die Schalter der aktuell Strom führenden Teilbatterie, im dargestellten Beispiel die Batterieeinheit 41 -1 , zuerst abgeschaltet werden und nachdem die Schalter der bisher Strom führenden Teilbatterie keinen Strom mehr führen, werden die Schalter der Teilbatterie, welche die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes übernehmen sollen, eingeschaltet. Das beschriebene Prinzip wird auch als„Break-before- Make" bezeichnet.
Bei Betrachtung einer optimierten Betriebsstrategie für das Bordnetz 1 mit der dargestellten Serienschaltung der Batterieeinheiten 41 werden folgende Erwägungen angestellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei gleichmäßig gealterten Zellen der Innenwiderstand und die Kapazität der Zellen bei gleichen Referenzbedingungen, d. h. im Wesentlichen gleicher Temperatur und gleichem Ladezustand, annähernd gleich sind. Die maximal abgebbare Leistung wird bei gleichmäßig gealterten Zellen durch diejenige Zelle mit dem geringsten Ladezustand begrenzt.
Die maximal entnehmbare Energie wird bei gleichmäßig gealterten Zellen durch die Zelle mit dem geringsten Ladezustand begrenzt.
Die maximal zulässige Leistung bei Ladevorgängen wird bei gleichmäßig gealterten Zellen durch die Zelle mit dem höchsten Ladezustand begrenzt.
Die maximal zuführbare Energie wird bei gleichmäßig gealterten Zellen durch die Zelle mit dem höchsten Ladezustand begrenzt. Da das Batteriesystem in einem Boost-Rekuperationssystem in der Lage sein soll, jederzeit möglichst viel Energie bei einem Bremsvorgang speichern zu können, und gleichzeitig in der Lage sein soll, einen Boost-Vorgang möglichst gut zu unterstützen, kann daraus die
Anforderung abgeleitet werden, dass die Batterieeinheiten 41 und die darin befindlichen Zellen alle möglichst den gleichen Ladezustand aufweisen müssen, um die gestellten Anforderungen möglichst gut zu erfüllen.
Zusätzlich zu den Anforderungen für das Hochspannungsteilnetz 20 sind an das System auch Anforderungen für die Startvorgänge im Niederspannungsteilnetz 21 gestellt. Damit diese Anforderungen mittels Kombination aus dem Hochleistungsenergiespeicher 28 und der Lithium-Ionen-Batterie 40 möglichst gut erfüllt werden, wird bevorzugt diejenige
Batterieeinheit 41 zur Versorgung des Niederspannungsteilnetzes eingesetzt, die zu einem gegebenen Zeitpunkt den höchsten Ladezustand aufweist.
Die Anforderungen an die Auswahl der Schaltzustände der Koppeleinheit 33 können mit folgender Betriebsstrategie erfüllt werden: Die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes 21 erfolgt immer aus derjenigen Teilbatterie 41 , die aktuell den höchsten Ladezustand aufweist. Da die Versorgung des Niederspannungsteilnetzes zu den Lade- und
Entladevorgängen im Hochspannungsteilnetz überlagert ist und die
Niederspannungsteilnetzversorgung unidirektional stattfindet, wird durch diese
Auswahlvorschrift sichergestellt, dass die Teilbatterie 41 mit dem höchsten Ladezustand schneller entladen wird bzw. langsamer geladen wird als die anderen Batterieeinheiten 41. Dies hat eine Symmetrisierung der Ladezustände der Teilbatterien zur Folge.
Damit sich bei gleichem Ladezustand der Batterieeinheiten 41 nicht ein sehr schneller Wechsel von einer Batterieeinheit 41 auf die nächste einstellt, wird ein Schwellwert für die Differenz ASOCumschait der Ladezustände eingeführt, z.B. eine Differenz ASOCumschait mit einem definierten Wert zwischen 0,5% und 20%, bevorzugt zwischen 1 % und 5%, besonders bevorzugt etwa 2%, die überschritten werden muss, damit die Versorgung des
Niederspannungsteilnetzes 21 von einer Batterieeinheit 41 auf diejenige Batterieeinheit 41 wechselt, die einen entsprechend höheren Ladezustand aufweist, als die aktuell zur
Versorgung des Niederspannungsteilnetzes 21 genutzte Batterieeinheit 41 . Die Umschaltung bei der Versorgung erfolgt immer auf diejenige Batterieeinheit 41 , die aktuell den höchsten Ladezustand aufweist, und die Umschaltung erfolgt dann, wenn die aktuell zur Versorgung des Niederspannungsteilnetzes 21 durchgeschaltete Batterieeinheit 41 einen Ladezustand aufweist, der um mindestens ASOCumschait geringer ist als der Ladezustand jener
Batterieeinheit 41 mit dem höchsten Ladezustand. Figur 8 zeigt einen möglichen Aufbau von rückwärtssperrfähigen Schaltern 44, 45. Die Durchlassrichtung ist dabei mit I angegeben. Ein rückwärtssperrfähiger Schalter RSS_r 44 umfasst beispielsweise einen IGBT, MOSFET oder Bipolartransistor 101 und eine in Serie dazu geschaltete Diode 103. In Figur 8 ist ein MOSFET 101 dargestellt, welcher eine mit dargestellte, intrinsische Diode 102 aufweist. Die zu dem MOSFET 101 in Serie geschaltete Diode 103 ist entgegen der Richtung der intrinsischen Diode 102 des MOSFET 101 gepolt. Der rückwärtssperrfähige Schalter RSS_r 44 lässt den Strom in Durchlassrichtung I durch und sperrt in entgegengesetzter Richtung. Der rückwärtssperrfähige Schalter RSSJ 45 entspricht dem RSS_r 44, wird lediglich mit der umgekehrten Polarität verbaut, so dass die Durchlass- und Sperrrichtungen vertauscht sind. Die Schalter RSSJ 45, RSS_r 44 zeichnen sich insbesondere auch durch eine kaum merkliche Verzögerung bei den Schaltvorgängen aus, d. h. erlauben eine sehr kurze Umschaltdauer. Über eine geeignete Ansteuerschaltung kann die Zeitverzögerung zwischen dem Ausschalten und dem Einschalten der Schalter sehr genau eingestellt werden. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen
fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1 . Bordnetz (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Niederspannungsteilnetz (21 ) für
zumindest einen Niederspannungsverbraucher (29) und mit einem
Hochspannungsteilnetz (20) für zumindest einen Hochspannungsverbraucher (25) und einen Starter-Generator (30), wobei das Hochspannungsteilnetz (20) mit dem Niederspannungsteilnetz (21 ) über eine Koppeleinheit (33) verbunden ist, welche eingerichtet ist, dem Hochspannungsteilnetz (20) Energie zu entnehmen und dem Niederspannungsteilnetz (21 ) zuzuführen, wobei das Hochspannungsteilnetz (20) eine Batterie (40) aufweist, die eingerichtet ist, die Hochspannung zu erzeugen und an das Hochspannungsteilnetz (20) auszugeben und die zumindest zwei
Batterieeinheiten (41 ) mit Einzelspannungsabgriffen (42) aufweist, die an die
Koppeleinheit (33) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (33) eingerichtet ist, die Batterieeinheiten (41 ) dem Niederspannungsteilnetz (21 ) selektiv zuzuschalten.
2. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv
zuschaltbaren Batterieeinheiten (41 ) jeweils zur Bereitstellung der Niederspannung ausgelegt sind.
3. Bordnetz (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (33) rückwärtssperrfähige Schalter (44, 45) aufweist.
4. Bordnetz (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederspannungsteilnetz (21 ) zumindest einen Kondensator (28) aufweist.
5. Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes (1 ) für ein Kraftfahrzeug, wobei das
Bordnetz (1 ) ein Niederspannungsteilnetz (21 ) für zumindest einen
Niederspannungsverbraucher (29) und ein Hochspannungsteilnetz (20) für zumindest einen Hochspannungsverbraucher (25) und einen Starter-Generator (30) aufweist, wobei das Hochspannungsteilnetz (20) mit dem Niederspannungsteilnetz (21 ) über eine Koppeleinheit (33) verbunden ist, welche eingerichtet ist, dem
Hochspannungsteilnetz (20) Energie zu entnehmen und dem
Niederspannungsteilnetz (21 ) zuzuführen, wobei das Hochspannungsteilnetz (20) eine Batterie (40) aufweist, die eingerichtet ist, die Hochspannung zu erzeugen und an das Hochspannungsteilnetz (20) auszugeben, und die zumindest zwei
Batterieeinheiten (41 ) mit Einzelspannungsabgriffen (42) aufweist, die an die
Koppeleinheit (33) geführt sind, wobei die Koppeleinheit (33) eingerichtet ist, die Batterieeinheiten (41 ) dem Niederspannungsteilnetz (21 ) selektiv zuzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Batterieeinheit (41 ) dem
Niederspannungsteilnetz (21 ) zugeschaltet wird, welche den höchsten Ladezustand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel der zugeschalteten Batterieeinheit (41 ) bei einer Überschreitung eines Schwellwerts einer Ladezustandsdifferenz der Batterieeinheiten (41 ) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel der zugeschalteten Batterieeinheit (41 ) erfolgt, indem in einem ersten Schritt eine Strom führende Batterieeinheit (41 ) abgeschaltet wird und hiernach in einem zweiten Schritt eine ausgewählte weitere Batterieeinheit (41 ) zugeschaltet wird.
Batteriemanagementsystem zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einer Einheit zur Ermittlung des Ladezustands von
Batterieeinheiten (41 ) und mit einer Einheit zur Steuerung einer Koppeleinheit (33) zur selektiven Zuschaltung von Batterieeinheiten (41 ) anhand von ermittelten
Ladezuständen der Batterieeinheiten (41 ).
Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt ist.
0. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Bordnetz (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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