WO2017060354A1

WO2017060354A1 - Fahrzeugbatterievorrichtung

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Publication number: WO2017060354A1
Application number: PCT/EP2016/073881
Authority: WO
Inventors: Tobias Galli; Christian Bottke; Stephanie PREISLER
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-04-13
Also published as: DE102015219589A1

Abstract

Es wird eine Fahrzeugbatterievorrichtung mit einem ersten Akkumulator (10a, b),der einen Zwischenabgriff (12) aufweist, einem zweiten Akkumulator (20), der einen Pluspol aufweist, sowie mit einem ersten und einem zweiten positiven Anschluss (14, 24) beschrieben. Der Pluspol des zweiten Akkumulators ist mit dem Zwischenabgriff (12) des ersten Akkumulators verbunden. Der zweite Akkumulator (20) weist eine Nennspannung auf, die kleiner als die Nennspannung des ersten Akkumulators (10) ist. Der erste positive Anschluss (14) ist mit einem Pluspol des ersten Akkumulators (10a, b) verbunden. Der zweite positive Anschluss (24) ist mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators (20) verbunden. Ein Masseanschluss (30) der Fahrzeugbatterievorrichtung ist über einen ersten Schalter (SW1) mit einem Minuspol des ersten Akkumulators (10a, 10b) verbunden ist. Der Masseanschluss ist ferner über einen zweiten Schalter (SW2) einem Minuspol des zweiten Akkumulators (20) verbunden.

Description

Beschreibung

Fahrzeugbatterie orrichtung Kraftfahrzeuge weisen ein Bordnetz auf, um zahlreiche elekt^¬ rische Komponenten innerhalb und außerhalb des Antriebsstrangs mit elektrischer Energie versorgen zu können. Mit zunehmender Elektrifizierung bzw. mit zunehmender Leistung von elektrischen Maschinen innerhalb des Fahrzeugs sollte die Nennspannung erhöht werden, da bei höheren Nennspannungen vergleichsweise geringere Leitungsquerschnitte bzw. Maximal-Nennströme erforderlich sind. Um jedoch nicht alle Komponenten auf höhere Bordnetzspannungen umstellen zu müssen, werden Batterien verwendet, die unterschiedliche Bordnetzzweige mit unterschiedlichen Nennspannungen bedienen können. Es ergeben sich jedoch, wie im Folgenden dargestellt ist, Herausforderungen bei der Kombination unterschiedlicher Nennspannungen innerhalb des Bordnetzes bzw. innerhalb der gleichen Fahrzeugbatterievorrichtung. Batterien bestehen aus seriellen Anordnungen einzelner Zellen, die durch die Summe der Reihenschaltung die geforderte Spannung bzw. Kapazität erreichen. Es können ferner, um größere Kapazitäten darstellen zu können, zwei oder mehr Zellen parallel geschaltet werden. Diese sind dauerhaft verbunden und können im Betrieb nicht getrennt werden.

Bei einem Defekt in einer Zelle des Zellenstrangs führt dies unter Umständen zum kompletten Ausfall der gesamten Batterie und den Zusammenbruch der Bordnetzversorgung. Gerade in Anwendungs- fällen, in denen nur ein Startergenerator die Batterie lädt, jedoch gleichzeitig die 12V Versorgung dauerhaft sichergestellt werden muss, gewinnt dieser Aspekt an Bedeutung. Die Versorgung der 12V Verbraucher sollte nicht unterbrochen werden, da sonst kein redundantes Element die Energieversorgung übernehmen kann. Die Versorgung aus dem DC/DC-Wandler ist hier gegebenenfalls nicht ausreichend, um die Verbraucher zufriedenstellend zu versorgen .

Ziel ist es, eine dauerhafte Versorgung des Fahrzeugs mit Energie zu gewährleisten, damit der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug bei einem Defekt noch sicher und in ausreichender Zeit das Fahrzeug zum Stehen zu bringen.

Darstellung von Ausführungsformen der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Weitere Ausführungsformen, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es werden Zellen in modularer Weise parallel geschaltet, um im Fall eines Defekts innerhalb eines der Stränge diesen Strang deaktivieren zu können, ohne den Betrieb unterbrechen zu müssen. Bislang wurde dies gelöst durch Parallelschalten von zwei oder mehr Energielieferanten bzw. -Speicher bzw. Batterien.

Bei der hier beschriebenen Fahrzeugbatterievorrichtung gibt es die Möglichkeit, Bordnetzzweige mit unterschiedlichen Nenn^¬ spannungen mit einer Vorrichtung darstellen und versorgen zu können. Die Versorgung eines der Bordnetze (der Bordnetzzweig mit einer höheren Nennspannung als die Nennspannung eines anderen Bordnetzzweigs) kann abschaltbar realisiert sein, da der überwiegende Anteil der Fahrzeugverbraucher sich in dem

Bordnetzzweig mit der geringeren Nennspannung befinden kann. Innerhalb der Fahrzeugbatterievorrichtung sind die Energiequellen in mindestens zwei Akkumulatoren aufgeteilt. Durch diese Anordnung ist es nun möglich, bei einem Defekt in einem Zellenstrang durch die vorhandenen Schalter diesen defekten Teil der Fahrzeugbatterievorrichtung zu deaktivieren. Die Ansteuerung der Schalter, insbesondere MOSFETs oder andere Halbleiterschalter, übernimmt bei der Fahrzeugbatterievorrichtung eine Steuerungseinheit. Dieses entscheidet an Hand der vorliegenden Daten, ob und welcher Strang deaktiviert wird und steuert den entsprechenden Schalter an.

Die Fahrzeugbatterievorrichtung umfasst eine Steuerungseinheit, die eingerichtet ist, bei Erfassung eines Zelldefekts innerhalb eines der Akkumulatoren den daran angeschlossenen Schalter zu öffnen. Die Steuerungseinheit kann einen Eingang aufweisen, der mit den Akkumulatoren verbunden ist, um deren Spannung, Innenwiderstand oder den Strom an den Akkumulatoren zu messen. Die Steuerungseinheit kann ferner einen Eingang aufweisen, der eingerichtet ist, Daten von einem Diagnoseausgang einer Bat- teriemanagementeinheit zu erfassen, wobei die Daten (direkt oder indirekt) wiedergeben, ob der erste Akkumulator defekt ist, oder nicht und ob der ob der zweite Akkumulator defekt ist, oder nicht. Insbesondere ist die Steuerungseinheit mit den Akkumulatoren oder einer den Akkumulatoren zugehörigen Batteriemanagement- einheit verbunden und eingerichtet, zu erfassen, ob der erste Akkumulator eine vorgegebene Stromschwelle überschreitet, oder nicht, und ob der zweite Akkumulator eine vorgegebene Strom^¬ schwelle überschreitet, oder nicht. Insbesondere ist die Steuerungseinheit eingerichtet zu erfassen, ob in dem ersten Akkumulator ein Defekt vorliegt, oder nicht, und ob in dem zweiten Akkumulator ein Defekt vorliegt, oder nicht. Als Defekt kann beispielsweise ein Kurzschluss und/oder eine Überschreitung einer vorgegebenen Temperaturobergrenze und/oder eine Überschreitung einer vorgegebenen Innenwiderstandobergrenze und/oder eine Unterschreitung einer vorgegebenen Spannungsuntergrenze durch den betreffenden Akkumulator angesehen werden.

Durch die Vorgabe, zumindest einen Bordnetzzweig dauerhaft versorgen zu müssen (insbesondere den mit der geringeren Nennspannung als der andere) , werden Schalter verwendet. Dadurch kann das Laden (insbesondere ein Ladungsausgleich) verhindert werden. Gleichzeitig kann über eine Bodydiode des Schalters, sofern dieser eine aufweist, ein Bordnetz zweig (insbesondere der mit der geringeren Nennspannung als der andere) zu einem gewissen Anteil noch versorgt werden.

Mit der Zeit wird der defekte Akkumulator immer mehr und mehr entladen, und kann nicht mehr zur Versorgung beitragen. Ein Laden (und somit eine Belastung des Generators, eines Wandlers oder des anderen Akkumulators) ist jedoch aufgrund des nicht mehr ge^¬ schlossenen Schalters nicht möglich.

Die gleiche Methode ist anwendbar, so bald eine erhöhte Alterung in einem Zellenstrang erkennbar ist, und dadurch dauerhaft oder für eine gewisse Zeit deaktiviert werden soll, um die Ge^¬ samtlebensdauer der Batterievorrichtung zu erreichen.

Es wird eine Fahrzeugbatterievorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Akkumulator vorgeschlagen. Der erste Akkumulator weist einen Zwischenabgriff auf. Der zweite Akkumulator weist einen Pluspol auf. Dieser ist mit dem Zwischenabgriff des ersten Akkumulators verbunden. Der zweite Akkumulator weist eine Nennspannung auf, die kleiner als die Nennspannung des ersten Akkumulators ist. Beispielsweise hat der erste Akkumulator eine Nennspannung von 48 Volt, während der zweite Akkumulator eine Nennspannung von 12 Volt aufweist. Dadurch kann ein Bordnetz zweig mit 48 Volt Nennspannung und ein Bordnetzzweig mit 12 Volt Nennspannung versorgt werden. Durch den Zwischenabgriff kann der erste Akkumulator den zweiten Akkumulator unterstützen oder (bei Ausfall des zweiten Akkumulators) in seiner Funktion ersetzen.

Die Fahrzeugbatterievorrichtung weist einen ersten positiven Anschluss und einen zweiten positiven Anschluss auf. Beide sind _n

5 für unterschiedliche Nennspannungen bzw. für Bordnetzzweige unterschiedlicher Nennspannung vorgesehen. Der erste positive Anschluss ist mit dem ersten Akkumulator verbunden, insbesondere mit einem Pluspol des ersten Akkumulators. Der zweite positive Anschluss ist mit dem zweiten Akkumulator verbunden, insbesondere mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators.

Die Fahrzeugbatterievorrichtung weist ferner einen Massean- schluss auf. Dieser ist über einen ersten Schalter mit dem ersten Akkumulator verbunden, insbesondere mit einem Minuspol des ersten Akkumulators. Der Masseanschluss ist über einen zweiten Schalter dem zweiten Akkumulator verbunden, insbesondere mit einem Minuspol des zweiten Akkumulators. Mittels der Schalter kann einer der Akkumulatoren von dem

Masseanschluss abgetrennt werden, falls der Akkumulator defekt ist oder zu stark gealtert ist. Mittels der Schalter kann ausgewählt werden, welcher der Akkumulatoren zur Versorgung verwendet wird bzw. welcher der Akkumulatoren Strom an den zweiten positiven Anschluss liefert (oder von diesem erhält) .

Die Fahrzeugbatterievorrichtung weist ferner einen

DC/DC-Wandler auf. Dieser hat eine erste Wandlerseite und eine zweite Wandlerseite. Die erste Wandlerseite ist mit dem ersten Akkumulator verbunden. Die erste Wandlerseite ist insbesondere mit dem Pluspol des ersten Akkumulators verbunden. Ferner kann die erste Wandlerseite mit dem Zwischenabgriff (oder auch mit dem Minuspol des ersten Akkumulators) verbunden sein. Die zweite Wandlerseite ist mit dem zweiten Akkumulator verbunden. Ins- besondere ist die zweite Wandlerseite mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators (bzw. mit dem daran angeschlossenen Zwischenabgriff) verbunden. Ferner ist die zweite Wandlerseite vorzugsweise mit dem Minuspol des zweiten Akkumulators oder mit dem Masseanschluss verbunden. Der DC/DC-Wandler ist eingerichtet, elektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Wandlerseite zu wandeln. Der DC/DC-Wandler kann ein bidirektionaler Wandler sein oder ein unidirektionaler Wandler, der insbesondere ausgelegt ist, Energie von der ersten Wandlerseite an die zweite Wandlerseite zu übertragen. Der DC/DC-Wandler ist insbesondere ein Gleichspannungswandler, der beispielsweise als Ladungspumpe, Abwärtswandler, Aufwärtswandler, oder Invers- wandler ausgebildet ist. Der DC/DC-Wandler kann als Wandler mit oder ohne galvanische Trennung (d.h. mit oder ohne Transformator) ausgebildet sein.

Die Fahrzeugbatterievorrichtung kann ferner einen dritten Schalter aufweisen. Über diesen dritten Schalter kann der Pluspol des ersten Akkumulators mit dem ersten positiven Anschluss verbunden sein. Dies ermöglicht eine weitere, individuell schaltbare Anbindung des ersten Akkumulators. Der dritte Schalter kann zwischen dem Pluspol des ersten Akkumulators und dem ersten positiven Anschluss der Fahrzeugbatterievorrichtung angeordnet sein. Der dritte Schalter kann ferner zwischen einem Verbindungspunkt der ersten Wandlerseite und dem Pluspol des ersten Akkumulators und dem ersten positiven Anschluss der Fahrzeugbatterievorrichtung vorgesehen sein.

Die Fahrzeugbatterievorrichtung kann ferner eine Steuerungs- einheit aufweisen. Diese ist mit dem ersten und dem zweiten Akkumulator verbunden, insbesondere um ein Potential, eine Spannung, einen fließenden Strom oder eine Temperatur eines der betreffenden Akkumulatoren oder einzelner Zellen eines der Akkumulatoren oder Gruppen von Zellen eines der Akkumulatoren zu erfassen. Hierzu weist die Steuerungseinheit einen Mess- bzw. Signaleingang auf. Die Steuerungseinheit ist eingerichtet, einen Zelldefekt in einem der Akkumulatoren zu erfassen. Als Zelldefekt wird ein vollständiger Ausfall zumindest einer Zelle des be^¬ treffenden Akkumulators (oder des gesamten Akkumulators) und/oder einen Alterungsgrad zumindest einer Zelle des be^¬ treffenden Akkumulators oder eines Zellenstapelabschnitts des Akkumulators oder des gesamten Akkumulators bezeichnet, der einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die Steuerungseinheit ist ansteuernd mit dem ersten und dem zweiten Schalter verbunden. Ferner kann die Steuerungseinheit mit dem dritten Schalter ansteuernd verbunden sein. Insbesondere kann die Steuerungseinheit mit dem DC/DC-Wandler ansteuernd verbunden sein. Die Steuerungseinheit kann auch dem

DC/DC-Wandler nachgeschaltet sein, um von diesem ein Signal zu erfassen, das zumindest einen Zustand des DC/DC-Wandlers kennzeichnet. Als Zustand des DC/DC-Wandlers kann beispielsweise die Temperatur, ein Strom, ein Belastungszustand, ein Potential, eine Spannung, eine Schaltfrequenz oder ein Betriebsstatus

(Fehler oder nominaler Betrieb) des DC/DC-Wandlers betrachtet werden. Ferner kann die Steuerungseinheit ansteuernd mit einem Akkumulator oder mit beiden Akkumulatoren verbunden sein, insbesondere mit einer Batteriemanagementeinheit des Akkumu- lators, die beispielsweise eingerichtet ist, einen Ladungs^¬ ausgleich zwischen Zellen des betreffenden Akkumulators zu steuern. Die Steuerungseinheit ist eingerichtet, bei Erfassung eines Zelldefekts innerhalb eines der Akkumulatoren den daran angeschlossenen Schalter zu öffnen. Wird der erste Akkumulator als defekt erfasst, wird der erste Schalter geöffnet. Wird der zweite Akkumulator als defekt erfasst, wird der zweite Schalter geöffnet. Die Steuerungseinheit kann hierzu einen Steuerausgang aufweisen, der mit einem betreffenden Steuereingang des

Schalters (beispielsweise Basis oder Gate) verbunden ist. Die Funktion der Steuerungseinheit kann durch logische Gatter, analoge Bauelemente, einen Mikroprozessor mit angeschlossenem Programmspeicher oder einer Kombination hiervon realisiert werden. Die Funktion ergibt sich durch die Verschaltung dieser Komponenten bzw. durch ein Programm in dem Programmspeicher, das zum Ablaufen aus dem Mikroprozessor ausgebildet ist. Die Steuerungseinheit kann eine Kommunikationsschnittstelle auf^¬ weisen, an die übergeordnete Steuergeräte angeschlossen werden können. Ferner kann der DC/DC-Wandler eine Kommunikations- schnittsteile aufweisen, die zum Anschluss an einen Datenbus des Fahrzeugs eingerichtet ist, etwa eine Kommunikationsschnitt^¬ stelle gemäß dem CAN-Bus-Standard (ISO 11898) .

Der erste und/oder der zweite positive Anschluss (oder auch der Masseanschluss ) der Fahrzeugbatterievorrichtung kann mit einer Sicherung gesichert sein. Hierbei ist der betreffende Anschluss mit einer seriellen Sicherung ausgestattet. Überschreitet der Strom am Anschluss den Stromschwellenwert der Sicherung, löst diese aus und trennt den betreffenden Anschluss. Die Sicherung kann eine Schmelzsicherung oder ein Sicherungsautomat sein, der sich zurückstellen lässt, sobald der Stromschwellenwert un^¬ terschritten ist.

Der erste Akkumulator ist vorzugsweise ein Lithium-Akkumulator. Der zweite Akkumulator ein vorzugsweise Bleiakkumulator. Der Lithium-Akkumulator kann einen Zellenstapel aufweisen, wobei eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Zellen als der Zwischenabgriff herausgeführt ist. Der Bleiakkumulator kann beispielsweise 6 Blei-Säure-Zellen aufweisen. Der Lithi- um-Akkumulator kann 12 Lithiumzellen aufweisen (jeweils mit einer Nennspannung von beispielsweise ca . 3.5 Volt, ca. 3.7 Volt, ca. 3.8 Volt, ca. 4 Volt oder ca. 4.2 Volt) . Die Zell-Nennspannung hängt von dem Typ der Lithiumzelle ab, insbesondere von der Elektrodenmaterialpaarung, so dass hier eine Vielzahl an Lithiumzelltypen möglich sind. Ein Zellstapelabschnitt des ersten Akkumulators, der den Minuspol mit dem Zwischenabgriff verbindet, kann beispielsweise 3 Zellen aufweisen (mit einer Gesamtnennspannung dieses Zellstapelabschnitts von ca. 12 Volt, entsprechend der Nennspannung des zweiten Akkumulators) . Ein „

Zellstapelabschnitt des ersten Akkumulators, der den Zwi^¬ schenabgriff mit dem Pluspol (des ersten Akkumulators) ver^¬ bindet, kann beispielsweise 9 Zellen aufweisen (mit einer Gesamtnennspannung dieses Zellstapelabschnitts von ca. 36 Volt) . Insgesamt kann der erste Akkulator einen Zellenstapel von 12 Lithiumzellen aufweisen, die eine Gesamtnennspannung von 48 Volt haben .

Die Nennspannung zwischen dem Zwischenabgriff und dem Pluspol (bzw. die Gesamtnennspannung des betreffenden Zellenstapel- abschnitts) des ersten Akkumulators ist vorzugsweise größer als die Nennspannung des zweiten Akkumulators.

Der erste Schalter und der zweite Schalter sowie insbesondere der dritte Schalter (sofern vorhanden) können selbstschließend sein . Der erste und der zweite Schalter können ferner selbstöffnend sein, etwa um bei Ausfall der Ansteuerung die Anschlüsse po^¬ tentialfrei zu haben. Ferner können diese selbstöffnend sein. Der erste Schalter und der zweite Schalter sind vorzugsweise Halbleiterschalter, können jedoch auch als elektromechanische Schalter wie Relais ausgestaltet sein. Der dritte Schalter ist vorzugsweise ebenso ein Halbleiterschalter, kann jedoch auch als elektromechanischer Schalter vorgesehen sein. Als Halbleiterschalter werden vorzugsweise Transistorschalter verwendet, beispielsweise MOSFETs (etwa n-MOSFETs) oder IGBTs oder andere Feldeffekt- oder Bipolartransistoren.

Der erste Schalter und der zweite Schalter können wie erwähnt als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Daher können der erste Schalter und der zweite Schalter eine Inversdiode aufweisen. Die Inversdiode ergibt sich durch den Halbleiteraufbau des Halb^¬ leiterschalters. Die Durchlassrichtung der Inversdiode weist von dem Masseanschluss zu den jeweiligen Akkumulatoren hin. Es kann ferner eine Diode parallel zu Anschlüssen des ersten und/oder ₁

zweiten Schalters geschaltet sein. Diese Diode weist eine Durchlassrichtung auf, die der Durchlassrichtung der Inversdiode entspricht. Zudem kann zur Unterstützung der Inversdiode eine derartige Diode auch dann parallel geschaltet sein, wenn der Schalter bereits eine Inversdiode aufweist.

Die Nennspannung des zweiten Akkumulators kann im Wesentlichen der Nennspannung eines Zellstapels (bzw. Zellstapelabschnitts) zwischen dem Zwischenabgriff und dem Minuspol des ersten Akkumulators entsprechen. Der Terminus " Im Wesentlichen" bedeutet, dass die betreffenden Werte um nicht mehr als 20%, 10%, 5% oder 2% auseinanderfallen. Der erste und der zweite Akkumulator basieren auf unterschiedlichen Zelltypen. Aus diesem Grund wäre eine exakte Übereinstimmung schwer möglich. Eine Abweichung der Nennzellspannungen ist bei parallelschalten des zweiten Akkumulators und des genannten Zellstapels möglich, da der Un^¬ terschied mit unterschiedlichen Ladezuständen (und somit unterschiedlichen Spannungen) ausgeglichen werden kann. Ferner kann die Spannung des zweiten Akkumulators auch von der

Nennspannung abweichen. Insbesondere kann - als Beispiel - bei einer Nennspannung von 12 Volt des zweiten Akkumulators die Betriebsspannung auch 13 oder 14 Volt oder auch 11 Volt betragen.

Die Nennspannung des ersten Akkumulators kann im Wesentlichen 12 V, 13 V oder 14 V betragen . Die Nennspannung des Zellstapels (bzw. Zellstapelabschnitts) des ersten Akkumulators , der sich zwischen dem Zwischenabgriff und dem Minuspol des ersten Akkumulators befindet, kann im Wesentlichen 12 Volt, 13 Volt oder 14 Volt betragen. Die Nennspannung zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des ersten Akkumulators kann im Wesentlichen 46 Volt , 48 Volt oder 50 Volt betragen. "Im Wesentlichen" bedeutet, dass die be^¬ treffenden Werte um nicht mehr als 20%, 10 oder 2 % aus einanderfallen . Die Fahrzeugbatterievorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen, in dem die genannten Schalter, die Akkumulatoren bzw. deren Zellen oder Zellstapel, und die Steuerungseinheit (sofern vorhanden) untergebracht sind. Die Anschlüsse sind durch das Gehäuse hindurch zugänglich. Alternativ können die Anschlüsse sich zum Außenraum des Gehäuses hindurch (und somit durch die Wand des Gehäuses hindurch) erstrecken. Ferner kann eine Datenschnittstelle an dem Gehäuse angebracht sein, das als physische Schnittstelle der Kommunikationsschnittstelle dient.

Die Figur 1 zeigt ein Schaltplan zur Erläuterung der hier beschriebenen FahrzeugbatterieVorrichtung

Die in Figur 1 dargestellte beispielhafte Fahrzeugbatterie- Vorrichtung weist einen ersten Akkumulator 10a, b mit einem

Zwischenabgriff 12 aufweist. Der erste Akkumulator 10a, b weist einen ersten Zellenstapel bzw. Zellenstapelabschnitt 10a und einen zweiten Zellenstapel bzw. Zellenstapelabschnitt 10b auf. diese sind an dem Zwischenabgriff 12 miteinander verbunden. Der Zwischenabgriff 12 ist zum Punkt Bl herausgeführt. In elekt^¬ rischer Hinsicht bilden Zellenstapelabschnitt 10a und der zweite Zellenstapelabschnitt 10b zusammen den ersten Akkumulator.

Ein zweiter Akkumulator 20 weist einen Pluspol auf, der mit dem Pluspol des zweiten Zellenstapelabschnitts 10b verbunden ist. Der Pluspol des zweiten Zellenstapelabschnitts 10b entspricht dem Minuspol des ersten Zellenstapelabschnitts 10a. Der Pluspol des zweiten Akkumulators 20 ist mit dem Punkt Bl verbunden und somit mit dem Zwischenabgriff des ersten Akkumulators 10a, b verbunden. Der Pluspol des ersten Akkumulators 10a ist

(schaltbar) mit einem ersten positiven Anschluss 14 der dargestellten Vorrichtung verbunden. Der Pluspol des ersten Akkumulators 10a, b entspricht dem Pluspol des ersten Zellen^¬ stapelabschnitts 10a des ersten Akkumulators. Ein zweiter positiver Anschluss 24 der dargestellten Vorrichtung ist mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators 20 bzw. mit dem Zwischenabgriff 12 (und somit mit Punkt Bl) verbunden. Beispielhaft ist die Nennspannung des ersten Akkumulators 10a, b 48 Volt; die Nennspannung des Zellstapelabschnitts 10b beträgt 12 Volt, während der zweite Akkumulators 12 eine Nennspannung von 12 Volt hat. Über den Punkt Bl kann ein Ladungsausgleich zwischen dem zweiten Akkumulator 20 und dem (zweiten Zellstapelabschnitt des) ersten Akkumulator ( s ) stattfinden.

Ein Masseanschluss 30 ist über einen ersten Schalter SWl mit einem Minuspol des ersten Akkumulators (bzw. dessen zweiten Zel- lenstapelabschnitts 10b) verbunden. Der Masseanschluss 30 ist über einen zweiten Schalter SW2 mit einem Minuspol des zweiten Akkumulators verbunden. Der Masseanschluss 30 ist der Ein^¬ fachheit halber zweiteilig dargestellt, kann jedoch als ein gemeinsamer Anschlusskontakt realisiert sein. Die Schalter SWl und SW2 sind jeweils MOSFETs. Die Fahrzeugbatterievorrichtung weist ferner einen

DC/DC-Wandler 40 mit einer ersten Wandlerseite 42 und einer zweiten Wandlerseite 44 auf. Als Beispiel ist die erste

Wandlerseite 42 für einen Spannung von 48 Volt vorgesehen, und die zweite Wandlerseite 44 ist für einen Spannung von 12 Volt vorgesehen. Zum besseren Verständnis sind diese Spannungsangaben in der Figur dargestellt, sollen jedoch nur beispielhaft gelten und in keiner Weise die hier beschriebene Idee einschränken. Die erste Wandlerseite 42 ist an einen Punkt AI angeschlossen, dessen Potential dem des ersten positiven Anschlusses 14 bzw. dem Potential des Pluspols des ersten Akkumulators 10a entspricht (sofern Schalter SW3 geschlossen ist) . Die erste Wandlerseite 42 ist ferner an den Zwischenabgriff 12 angeschlossen, d.h. an den Minuspol des Zellenstapelabschnitts 10 des ersten Akkumulators. Diese beiden Verbindungen bilden alternative (positive) Wandleranschlüsse für den Wandler 42, der so über die gesamte Spannung des ersten Akkumulators 10a, b verfügen kann, oder nur über die Spannung des zweiten Zellenstapelabschnitts 10b des ersten Akkumulators . Eine Steuerungseinheit 70 kann eingerichtet sein, den Wandler 42 zu Auswahl des einen oder des anderen Wandleranschluss anzusteuern. Ist beispielsweise der erste Zellenstapelabschnitt 10a defekt, dann kann die erste

Wandlerseite 42 mit dem Zwischenabgriff 12 verbunden werden bzw. es wird der entsprechende Wandleranschluss ausgewählt. Der Wandler 40 bzw. die erste Wandlerseite 42 ist zudem mit Masse bzw. mit dem Masseanschluss 30 verbunden oder ist „Masse-floating" bzw. potentialfrei. Die zweite Wandlerseite 44 ist mit dem Punkt Bl und somit mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators 20 bzw. mit dem Zwischenabgriff 12 des ersten Akkumulators 10 verbunden. Die zweite Wandlerseite 44 ist insbesondere mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators 20 und mit dem Masseanschluss 30 verbunden. Der Wandler kann für beide Wandlerseiten 42, 44 einen gemeinsamen Anschluss für Masse aufweisen, der mit dem Masseanschluss 30 verbunden ist. Die Wandlerseiten 42, 44 weisen jedoch un- terschiedliche Anschlüsse einerseits zur Verbindung mit dem ersten und andererseits zur Verbindung mit dem zweiten Akkumulator auf. Eine Kommunikationsschnittstelle des Wandlers 50 dient zur Datenübertragung an bzw. von einem Datenbus (nicht dargestellt, außerhalb der dargestellten Fahrzeugbatterie- Vorrichtung) . Die Anschlüsse 14, 24 und 30 können ebenso als Schnittstellen angesehen werden. Die Anschlüsse 14, 24 und 30 sind insbesondere elektrische Leistungsanschlüsse. Die An^¬ schlüsse 14, 24 und 30 sind vorzugsweise für Nennströme von mindestens 50, 100, 200 oder 500 Ampere ausgelegt.

Ein dritter Schalter SW3 verbindet den Pluspol des ersten Akkumulators 10a, 10b (bzw. den Pluspol des ersten Zellen^¬ stapelabschnitts 10a) mit dem ersten positiven Anschluss 14 der FahrzeugbatterieVorrichtung . Die dargestellte Fahrzeugbatterievorrichtung weist ferner wie bereits erwähnt eine Steuerungseinheit 70 auf. Diese ist mit dem ersten und dem zweiten Akkumulator verbunden, wie es durch die in beide Richtungen weisenden Pfeile zwischen der Steuerungseinheit 70 einerseits und dem ersten und zweiten Akkumulator (Bezugszeichen 10a, b; 20) andererseits dargestellt ist. Die Steuerungseinheit 70 ist eingerichtet, einen Zelldefekt in einem der Akkumulatoren 10a, b; 20 zu erfassen. Die Steuerungseinheit 70 ist ferner ansteuernd mit dem ersten Schalter SW1 und dem zweiten Schalter SW2 verbunden. Die Steuerungseinheit 70 ist eingerichtet, bei Erfassung eines Zelldefekts in einem der Akkumulatoren den daran angeschlossenen Schalter SW1 bzw. SW2 zu öffnen. Diese ansteuernde Verbindung ist mit den Pfeilen zwischen dem der Steuerungseinheit 70 einerseits und dem ersten und zweiten Schalter SW1, SW2 andererseits dargestellt. Ferner wird der dritte Schalter SW3, der sich zwischen dem Pluspol des ersten Akkumulators 10a, b und dem ersten positiven Anschluss 14 befindet, von der Steuerungseinheit 70 angesteuert. Dies ist durch den Pfeil zwischen der Steuerungseinheit 70 und dem dritten Schalter SW3 dargestellt.

Der dritte Schalter SW3 und somit auch der Pluspol des ersten Akkumulators 10a, b ist mit dem Punkt A2 verbunden. Dieser ist wiederum mit dem Punkt AI verbunden, welcher wiederum an den Wandler 40 (insbesondere an die Wandlerseite 42) angeschlossen ist .

Zwischen dem Pluspol des ersten Akkumulators 10a, b und dem ersten positiven Anschluss 14 ist eine Sicherung Fl vorgesehen. Zwischen dem Pluspol des zweiten Akkumulators 12 und dem zweiten positiven Anschluss 24 ist eine Sicherung F2 vorgesehen. Die Komponenten mit den Bezugszeichen 10b, 20, 12, 24, 44, Bl und F2 sind einer Nennspannung von 12 Volt bzw. einem Versorgungsabschnitt zugeordnet, der von der Fahrzeugbatterievorrichtung gebildet wird. Die Komponenten mit den Bezugszeichen 10a+10b, 14, 42, SW3, AI, A2, Fl sind einer Nennspannung von 48 Volt bzw. einem weiteren Versorgungsabschnitt zugeordnet, der ebenso von der Fahrzeugbatterievorrichtung gebildet wird.

Die Schalter SW1, SW2 sind Halbleiterschalter, insbesondere Feldeffekttransistoren. Sie weisen j eweils eine Inversdiode auf , deren Durchlassrichtung wie dargestellt von dem Masseanschluss 30 zu den jeweiligen Akkumulatoren 10a, b; 20 hin weist. Die Durchlassrichtung weist von Masse weg und zeigt Richtung positiver Versorgungsschiene (d.h. zu den Akkumulatoren hin).

Ein symbolhaft dargestelltes Gehäuse 60 umgibt die Komponenten mit den Bezugszeichen 10a, b, 20, 40, 70, SW1, SW2, SW3, Fl und F2. Die Anschlüsse 14, 24 und 30 sind von außen zugänglich, d.h. erstrecken sich zumindest teilweise durch das Gehäuse hindurch. Wie erwähnt sind insbesondere die Komponenten mit den Be^¬ zugszeichen SW3, 40, 50, 60 und 70 optional.

Claims

Fahrzeugbatterievorrichtung mit:

- einem ersten Akkumulator (10a, b) , der einen Zwischenabgriff (12) aufweist;

- einem zweiten Akkumulator (20), der einen Pluspol

aufweist, welcher mit dem Zwischenabgriff (12) des ersten Akkumulators verbunden ist, wobei der zweite Akkumulator (20) eine Nennspannung aufweist, die kleiner als die Nennspannung des ersten Akkumulators (10) ist; einen ersten positiven Anschluss (14) und einen zweiten positiven Anschluss (24), wobei der erste positive Anschluss (14) mit einem Pluspol des ersten Akkumulators (10a, b) verbunden ist und der zweite positive Anschluss (24) mit dem Pluspol des zweiten Akkumulators (20) verbunden ist, wobei die Fahrzeugbatterievorrichtung ferner aufweist:

einen Masseanschluss (30), der über einen ersten Schalter (SW1) mit einem Minuspol des ersten Akkumu^¬ lators (10a, 10b) verbunden ist, und der über einen zweiten Schalter (SW2) einem Minuspol des zweiten Akkumulators (20) verbunden ist und wobei ferner die Fahrzeugbatterievorrichtung aufweist :

eine Steuerungseinheit, die eingerichtet ist, bei Erfassung eines Zelldefekts innerhalb eines der Ak^¬ kumulatoren (10a, b; 20) den daran angeschlossenen Schalter (SW1; SW2) zu öffnen.

Fahrzeugbatterievorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen DC/DC-Wandler (40) aufweist, der eine erste

Wandlerseite (42) aufweist, die mit dem ersten Akkumulator (10a, 10b) verbunden ist, und der eine zweite Wandlerseite (44) aufweist, die mit dem zweiten Akkumulator (20) verbunden ist, wobei der DC/DC-Wandler (40) eingerichtet ist, elektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Wandlerseite (42, 44) zu wandeln.

Fahrzeugbatterievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen dritten Schalter (SW3) aufweist, über den der Pluspol des ersten Akkumulators (10a, 10b) mit dem ersten positiven Anschluss (14) verbunden ist.

Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Steuerungseinheit (70) aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Akkumulator (10a, 10b; 20) verbunden ist und eingerichtet ist, einen Zelldefekt in einem der Akkumulatoren zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit (70) ansteuernd mit dem ersten und dem zweiten Schalter (SW1, SW2) verbunden ist und eingerichtet ist, bei Erfassung eines Zelldefekts in einem der Akkumulatoren den daran angeschlossenen Schalter (SW1; SW2) zu öffnen.

Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite positive Anschluss mit einer seriellen Sicherung (Fl, F2) gesichert ist .

Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Akkumulator ein Lithium-Akkumulator ist und der zweite Akkumulator ein Bleiakkumulator ist.

Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nennspannung zwischen dem Zwischenabgriff (12) und dem Pluspol des ersten Akkumulators (10a, 10b) größer ist als die Nennspannung des zweiten Akkumulators (20) . Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (SW1) und der zweite Schalter (SW2) Halbleiterschalter oder elektromechanische Schalter sind, die selbstschließend oder selbstöffnend sind .

Fahrzeugbatterievorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Schalter (SW1) und der zweite Schalter (SW2) eine Inversdiode aufweisen, deren Durchlassrichtung von dem Masseanschluss (30) zu den jeweiligen Akkumulatoren hin weist .

Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nennspannung des zweiten Akkumulators (20) im Wesentlichen der Nennspannung eines Zellstapels (10b) zwischen dem Zwischenabgriff (12) und dem Minuspol des ersten Akkumulators entspricht.

11. Fahrzeugbatterievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nennspannung des zweiten Akkumulators im Wesentlichen 12 Volt, 13 Volt oder 14 Volt entspricht, die Nennspannung eines Zellstapels (10b) des ersten Ak^¬ kumulators, der sich zwischen dem Zwischenabgriff (12) und dem Minuspol des ersten Akkumulators befindet, im We- sentlichen 12 Volt, 13 Volt oder 14 Volt entspricht und die

Nennspannung zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des ersten Akkumulators (10a, 10b) im Wesentlichen 46 Volt, 48 Volt oder 50 Volt entspricht.