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DE102018216238A1 - Energy storage device and high-voltage vehicle electrical system - Google Patents

Energy storage device and high-voltage vehicle electrical system Download PDF

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DE102018216238A1
DE102018216238A1 DE102018216238.7A DE102018216238A DE102018216238A1 DE 102018216238 A1 DE102018216238 A1 DE 102018216238A1 DE 102018216238 A DE102018216238 A DE 102018216238A DE 102018216238 A1 DE102018216238 A1 DE 102018216238A1
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DE
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connection
energy storage
storage device
energy
potential
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Application number
DE102018216238.7A
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German (de)
Inventor
Franz Pfeilschifter
Martin Götzenberger
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Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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Abstract

Energiespeichervorrichtung und Hochvolt-Fahrzeugbordnetz Eine Energiespeichervorrichtung (BV) ist mit einem Anschluss (A), einem ersten elektrischen Energiespeicher (B1) und einem zweiten elektrischen Energiespeicher (B2) ausgestattet. Die Energiespeicher sind untereinander und mit dem Anschluss über eine schaltbare Verbindungsschaltung (S1, S2, D) verbunden. Die Verbindungsschaltung (S1, S2, D) ist eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand die Energiespeicher (B1, B2) seriell miteinander zu verbinden und in einem zweiten Schaltzustand parallel miteinander zu verbinden. Die Verbindungsschaltung weist eine Reihenschaltung mit mindestens zwei Schaltern und mindestens einer Diode auf.Ferner umfasst ein Hochvolt-Fahrzeugbordnetz eine derartige Energiespeichervorrichtung (BV), einem Ladeanschluss und einer elektrischen Maschine. Die Energiespeichervorrichtung (BV) kann auswählbar mit dem Ladeanschluss und/oder mit der elektrischen Maschine verbindbar sein.Energy storage device and high-voltage vehicle electrical system An energy storage device (BV) is equipped with a connection (A), a first electrical energy store (B1) and a second electrical energy store (B2). The energy stores are connected to one another and to the connection via a switchable connection circuit (S1, S2, D). The connection circuit (S1, S2, D) is set up to connect the energy stores (B1, B2) in series in a first switching state and to connect them in parallel in a second switching state. The connection circuit has a series connection with at least two switches and at least one diode. Furthermore, a high-voltage vehicle electrical system comprises such an energy storage device (BV), a charging connection and an electrical machine. The energy storage device (BV) can be selectably connectable to the charging connection and / or to the electrical machine.

Description

Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, das heißt rein elektrisch fahrende Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen einen elektrischen Energiespeicher auf. Es bestehen Anforderungen an den Energiespeicher, die die Folge eines effizienten und schnellen Ladevorgangs ergeben. In Hinblick auf die Nennspannung bedeutet dies, dass ein Energiespeicher eine Nennspannung aufweist, die sich an einem möglichst effizienten und schnellen Ladevorgang orientiert. Es bestehen allerdings seitens der Hersteller Quasi-Standards für die Nennspannung, wobei diese Nennspannung - etwa 400 V - für einige Ladekonstellationen und Stromnetze nicht optimal ist, insbesondere in Hinblick auf die Effizienz des Spannungswandlers des Ladegeräts. Zudem sind bei unterschiedlichen Fahrsituationen auch unterschiedliche Nennspannungen optimal (abhängig von der geforderten Leistung).Vehicles with an electric drive, that is purely electric vehicles and hybrid vehicles, have an electrical energy store. There are requirements for the energy storage system that result from an efficient and fast charging process. With regard to the nominal voltage, this means that an energy store has a nominal voltage that is based on the most efficient and fast charging possible. However, there are quasi-standards for the nominal voltage on the part of the manufacturers, whereby this nominal voltage - approximately 400 V - is not optimal for some charging constellations and power networks, in particular with regard to the efficiency of the voltage converter of the charger. In addition, different nominal voltages are optimal in different driving situations (depending on the required performance).

Um die Nennspannung der Batterieeinheit einstellen zu können, wird in der DE 10 2014 015 740 A1 vorgeschlagen, zwei Batterien wahlweise parallel- oder seriell miteinander zu verbinden. Zur Auswahl werden drei elektrisch oder elektromagnetisch ansteuerbare Schalter verwendet, die zur Konfiguration der Batterieeinheit, d.h. zur gewünschten Verbindung der Batterien eingestellt werden. Dies entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1.In order to be able to set the nominal voltage of the battery unit, the DE 10 2014 015 740 A1 proposed to connect two batteries either in parallel or in series. For selection, three electrically or electromagnetically controllable switches are used, which are set for the configuration of the battery unit, ie for the desired connection of the batteries. This corresponds to the preamble of claim 1.

Da diese Schalter für hohe Ströme ausgelegt sein müssen, stellen diese einen relevanten Kostenfaktor dar. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich die Kosten für eine derartige Umschaltvorrichtung verringern lassen.Since these switches have to be designed for high currents, they represent a relevant cost factor. It is therefore an object of the invention to show a possibility with which the costs for such a switching device can be reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Energiespeichervorrichtung des Anspruchs 1 und den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs . Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by the energy storage device of claim 1 and the subject matter of the independent claim. Further features, embodiments, properties and advantages result from the dependent claims, the description and the figures.

Es wird vorgeschlagen, bei einer Energiespeichervorrichtung zwei elektrische Energiespeicher mittels einer Schaltung konfigurierbar vorzusehen, wobei die Schaltung mindestens zwei Schalter und mindestens eine Diode aufweist. Die zur Konfiguration erforderlichen Bauelemente sind somit nicht drei Schalter, sondern zwei Schalter und eine Diode. Da eine Diode günstiger als ein Schaltelement ist, ergibt sich ein signifikanter Kostenvorteil. Weiterhin ist aufgrund der geringeren Anzahl erforderlicher Schaltsignale auch die Ansteuerung vereinfacht. Insbesondere sind im Gegensatz zu der Schaltung des genannten Stands der Technik nur identische Schaltsignale notwendig und keine zueinander komplementären Schaltsignale, so dass auch die Signalerzeugung und die zugehörigen Sicherheitsmechanismen vereinfacht sind.It is proposed to provide two electrical energy stores configurable by means of a circuit in an energy storage device, the circuit having at least two switches and at least one diode. The components required for configuration are therefore not three switches, but two switches and one diode. Since a diode is cheaper than a switching element, there is a significant cost advantage. Furthermore, the control is simplified due to the smaller number of switching signals required. In particular, in contrast to the circuit of the prior art mentioned, only identical switching signals are necessary and no switching signals which are complementary to one another, so that the signal generation and the associated safety mechanisms are also simplified.

Die Energiespeicher der Energiespeichervorrichtung werden somit mittels einer zur Konfiguration ausgestalteten Schaltung wahlweise in Seriell- oder Parallelschaltung konfiguriert, wobei die erforderliche Schaltung vereinfacht ist. Diese einfache Vereinfachung ergibt sich dadurch, dass die zur Konfiguration verwendete Schaltung zwei Schalter und eine Diode aufweist. Diese sind in Reihe geschaltet. Die zur Konfiguration ausgestaltete Schaltung kann auch als Verbindungsschaltung bezeichnet werden, da mittels der Verbindungsschaltung die Energiespeicher miteinander (in unterschiedlicher bzw. konfigurierbarer Weise) miteinander verbunden werden.The energy stores of the energy storage device are thus configured by means of a circuit configured for configuration either in series or in parallel, the required circuit being simplified. This simple simplification results from the fact that the circuit used for configuration has two switches and one diode. These are connected in series. The circuit configured for configuration can also be referred to as a connection circuit, since the energy stores are connected to one another (in a different or configurable manner) by means of the connection circuit.

Es wird eine Energiespeichervorrichtung beschrieben, die einen Anschluss, einen ersten elektrischen Energiespeicher und einen zweiten elektrischen Energiespeicher aufweist. Der Anschluss dient zur Anbindung an ein Fahrzeugbordnetz, etwa ein Fahrzeugbordnetz mit einem elektrischen Antrieb. Der Anschluss kann ferner geeignet sein zur Anbindung an eine Ladeschnittstelle (konduktiv oder induktiv), oder kann (beispielsweise mittels eines Umschalters) für beide Zwecke verwendet werden.An energy storage device is described which has a connection, a first electrical energy store and a second electrical energy store. The connection is used to connect to a vehicle electrical system, such as a vehicle electrical system with an electric drive. The connection can also be suitable for connection to a charging interface (conductive or inductive), or can be used (for example by means of a switch) for both purposes.

Die Energiespeicher sind untereinander mittels einer schaltbaren Verbindungsschaltung verbunden. Die Energiespeicher sind ferner mit dem Anschluss über die schaltbare Verbindungsschaltung verbunden. Die Verbindungsschaltung ist schaltbar bzw. anstellbar (insbesondere konfigurierbar). Da unterschiedliche Schaltstellungen der Verbindungsschaltung zu unterschiedlichen Konfigurationen des Energiespeichers führen, kann die Verbindungsschaltung auch als Konfigurationsschaltung betrachtet werden.The energy stores are interconnected by means of a switchable connection circuit. The energy stores are also connected to the connection via the switchable connection circuit. The connection circuit can be switched or set (in particular configurable). Since different switching positions of the connection circuit lead to different configurations of the energy store, the connection circuit can also be regarded as a configuration circuit.

Die Verbindungsschaltung ist eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand (der Verbindungsschaltung) die Energiespeicher seriell miteinander zu verbinden. Die Verbindungsschaltung ist ferner eingerichtet, in einem zweiten Schaltzustand (der Verbindungsschaltung) die Energiespeicher parallel miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten ist die Verbindungsschaltung eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand die Energiespeicher als Reihenschaltung mit dem Anschluss zu verbinden, und in dem zweiten Schaltzustand die Energiespeicher in einer Parallelschaltung mit dem Anschluss zu verbinden. In dem ersten Schaltzustand bilden die Energiespeicher eine Reihenschaltung, die parallel mit dem Anschluss verbunden ist. In dem zweiten Schaltzustand bilden die Energiespeicher eine Parallelschaltung, die parallel mit dem Anschluss verbunden ist.The connection circuit is set up to connect the energy stores to one another in series in a first switching state (the connection circuit). The connection circuit is also set up to connect the energy stores in parallel with one another in a second switching state (the connection circuit). In other words, the connection circuit is set up to connect the energy stores as a series connection to the connection in a first switching state, and to connect the energy stores to the connection in a parallel connection in the second switching state. In the first switching state, the energy stores form a series connection which is connected in parallel to the connection. In the second switching state, the energy stores form a parallel connection which is connected in parallel to the connection.

Die Verbindungsschaltung weist (mindestens) zwei Schalter und (mindestens) eine Diode auf. Die zwei Schalter und die Diode sind in einer Reihenschaltung miteinander verbunden. Diese Reihenschaltung kann auch als Reihenschaltung der Verbindungsschaltung bezeichnet werden. The connection circuit has (at least) two switches and (at least) one diode. The two switches and the diode are connected in series. This series connection can also be referred to as a series connection of the connection circuit.

Die Reihenschaltung der Verbindungsschaltung, und somit die Verbindungsschaltung selbst, ist parallel an den Anschluss angeschlossen. Der Anschluss weist zwei (Versorgung-) Potentiale auf. Die Reihenschaltung verbindet diese Potentiale miteinander. Insbesondere verbinden die zwei Schalter und die Diode die beiden Potentiale des Anschlusses miteinander.The series connection of the connection circuit, and thus the connection circuit itself, is connected in parallel to the connection. The connection has two (supply) potentials. The series connection connects these potentials with each other. In particular, the two switches and the diode connect the two potentials of the connection to one another.

Die zwei Schalter sind vorzugsweise über die Diode miteinander verbunden. Der erste und der zweite Schalter sind somit mit zwei unterschiedlichen Potentialen des Anschlusses verbunden. Der erste Schalter ist vorzugsweise mit dem ersten Potential des Anschlusses verbunden, während der mindestens eine zweite Schalter mit einem zweiten Potential des Anschlusses verbunden ist. Das erste Potential kann das positive Potential sein, während das zweite Potential das negative Potential des Anschlusses sein kann. Der Anschluss ist ein Gleichspannungsanschluss. Insbesondere bedeutet hier die Aussage „Schalter ist mit Potential bzw. Anschluss verbunden“, dass zwischen Schalter und Anschluss bzw. Potential eine direkte Verbindung besteht, insbesondere eine Verbindung, die nicht über einen anderen Schalter (insbesondere über einen der genannten Schalter) oder über eine andere Diode läuft. Mit anderen Worten ist die Diode zwischen den zwei Schaltern angeschlossen. Die zwei Schalter sind unterschiedlichen Potentialen des Anschlusses zugeordnet und mit diesen (direkt) verbunden (als direkte Verbindung werden auch Verbindungen bezeichnet, die eine Sicherung, ein Verbindungselement, ein Filter oder ähnliches umfassen).The two switches are preferably connected to one another via the diode. The first and the second switch are thus connected to two different potentials of the connection. The first switch is preferably connected to the first potential of the connection, while the at least one second switch is connected to a second potential of the connection. The first potential can be the positive potential, while the second potential can be the negative potential of the connection. The connection is a DC voltage connection. In particular, the statement “switch is connected to potential or connection” means that there is a direct connection between switch and connection or potential, in particular a connection that does not have another switch (in particular one of the switches mentioned) or one other diode is running. In other words, the diode is connected between the two switches. The two switches are assigned to different potentials of the connection and are connected to them (directly) (connections which include a fuse, a connection element, a filter or the like are also referred to as a direct connection).

Die Energiespeicher sind über die Diode in Reihe zueinander geschaltet. Zwischen den Energiespeichern befindet sich somit die Diode, die die beiden Energiespeicher miteinander verbindet. Diese Verbindung ist insbesondere eine direkte Verbindung. Ein Energiespeicher ist direkt mit einem Potential des Anschlusses verbunden, während der andere Energiespeicher direkt mit dem zweiten Potential des Anschlusses verbunden ist. Der erste Energiespeicher kann mit dem positiven Potential bzw. dem ersten Potential des Anschlusses verbunden sein, während der zweite Energiespeicher mit dem negativen bzw. zweiten Potential des Anschlusses verbunden sein kann, insbesondere in direkter Weise.The energy stores are connected in series with one another via the diode. The diode that connects the two energy stores to one another is thus located between the energy stores. This connection is in particular a direct connection. One energy store is connected directly to a potential of the connection, while the other energy store is connected directly to the second potential of the connection. The first energy store can be connected to the positive potential or the first potential of the connection, while the second energy store can be connected to the negative or second potential of the connection, in particular in a direct manner.

Der erste Energiespeicher ist an ein erstes Potential des Anschlusses angeschlossen, während der zweite Energiespeicher an ein zweites Potential des Anschlusses angeschlossen ist. Das erste Potential kann das positive Potential sein, während das zweite Potential das negative Potential (oder ein Massepotential) des Anschlusses ist.The first energy store is connected to a first potential of the connection, while the second energy store is connected to a second potential of the connection. The first potential can be the positive potential, while the second potential is the negative potential (or a ground potential) of the connection.

Der erste und der zweite Energiespeicher sind an das betreffende Potential direkt angeschlossen, d. h. insbesondere ohne Zwischenschalten der Diode oder eines anderen Schaltelements.The first and the second energy store are connected directly to the potential in question, i. H. in particular without interposing the diode or another switching element.

Der Anschluss ist für eine Spannung eingerichtet, die eine Richtung aufweist, zu der die Sperrrichtung der Diode entgegengesetzt ist. Der Anschluss weist zwei Potentiale auf, wobei die vorgesehene Potentialdifferenz in Betriebszustand derart ist, dass sich die Diode in Leitungsrichtung befindet. Hierbei ist die Spannung, für die der Anschluss eingerichtet ist, als technische Spannung zu verstehen, wobei eine positive Spannung vorliegt, wenn das negative Potential kleiner ist als das positive Potential, d. h. wenn die Spannung vom positiven Potential zum negativen Potential zeigt. Mit anderen Worten weist die Flussrichtung bzw. Durchlassrichtung der Diode zum negativen Potential des Anschlusses hin, insbesondere zu demjenigen Energiespeicher, der mit dem negativen Potential (direkt) verbunden ist. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich automatisch eine Serienschaltung der beiden Energiespeicher, wenn die Schalter geöffnet sind; ein Schaltelement ist dadurch obsolet. Befinden sich die Schalter in geschlossenen Zustand, dann sperrt die Diode. Die Durchlassrichtung bzw. Leitungsrichtung der Diode weist zum ersten Potential bzw. zum zweiten Energiespeicher hin.The connection is set up for a voltage which has a direction to which the blocking direction of the diode is opposite. The connection has two potentials, the potential difference provided in the operating state being such that the diode is in the line direction. Here, the voltage for which the connection is set up is to be understood as technical voltage, a positive voltage being present if the negative potential is smaller than the positive potential, i. H. when the voltage shows from the positive potential to the negative potential. In other words, the flow direction or forward direction of the diode points to the negative potential of the connection, in particular to that energy store which is (directly) connected to the negative potential. This procedure automatically results in a series connection of the two energy stores when the switches are open; a switching element is thereby obsolete. If the switches are in the closed state, the diode blocks. The forward direction or direction of conduction of the diode points to the first potential or to the second energy store.

Die Steuervorrichtung hat vorzugsweise eine Steuerung. Diese Steuerung ist eine Vorrichtung, die beispielsweise fest verdrahtet, programmierbar oder als programmierbare Einrichtung misst fest verdrahteten Elemente ausgeführt sein kann. Die Steuerung steuert die Schalter synchron an. Die Steuerung sorgt dafür, dass die Schalter sich in selben Schaltzustand befinden. Die Steuerung ist eingerichtet, die Schalter entweder gemeinsam in einen jeweils offenen Schaltzustand anzusteuern, oder gemeinsam in einem jeweils geschlossenen Schaltzustand anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass, etwa bei Wartungsarbeiten, die Steuerung zur gegengleichen Ansteuerung der beiden Schalter ausgestaltet ist.The control device preferably has a controller. This controller is a device that can be configured, for example, as hard-wired, programmable, or as a programmable device that measures hard-wired elements. The controller controls the switches synchronously. The control ensures that the switches are in the same switching state. The controller is set up to either control the switches together in an open switching state or to control them together in a respectively closed switching state. It can be provided that, for example during maintenance work, the control is designed to control the two switches in the same way.

Die Steuerung ist vorgesehen, in einem Parallelverbindungszustand die Schalter jeweils an einen geschlossenen Zustand anzusteuern, und in einem seriellen Verbindungszustand die Schalter in einem offenen Zustand anzusteuern. Die Steuerung kann somit zwei verschiedene Zustände aufweisen, nämlich den Parallelverbindungszustand und den Seriellverbindungszustand. Im Parallelverbindungszustand steuert die Steuerung die Schalter derart an, dass die Energiespeicher parallel miteinander verbunden sind. Im Seriellverbindungszustand steuert die Steuerung die Schalter derart an, dass die Energiespeicher in Serie miteinander verbunden sind. Die Steuerung kann eingerichtet sein, den Parallelverbindungszustand vorzusehen, wenn die Steuerung an einem Eingang ein Signal erhält, welches einen aktiven (Standard-)Ladezustand oder die Vorbereitung eines Ladezustands wiedergibt. Die Steuerung kann eingerichtet sein, einen Seriellverbindungszustand vorzusehen, wenn an einem Eingang der Steuerung ein Signal vorliegt, dass einen Leistungs-Traktionszustand oder allgemein einen Traktionszustand wiedergibt, oder auch einen Hochvolt-Ladezustand. Der Hochvolt-Ladezustand unterscheidet sich von den vorangehend genannten (Standard-)Ladezustand dadurch, dass der (Standard-) Ladezustand ein Niedrigspannung-Ladezustand ist, bei dem mit geringerer Spannung geladen wird als beim Hochvoltladezustand.The controller is provided to control the switches in a closed state in a parallel connection state and to control the switches in an open state in a serial connection state. The controller can thus have two different states, namely the parallel connection state and the serial connection state. Controls in parallel connection state the controller switches on the switch in such a way that the energy stores are connected to one another in parallel. In the serial connection state, the controller controls the switches in such a way that the energy stores are connected to one another in series. The controller can be set up to provide the parallel connection state if the controller receives a signal at an input which represents an active (standard) state of charge or the preparation of a state of charge. The controller can be set up to provide a serial connection state if there is a signal at an input of the controller that indicates a power traction state or generally a traction state, or also a high-voltage charge state. The high-voltage state of charge differs from the aforementioned (standard) state of charge in that the (standard) state of charge is a low-voltage state of charge in which charging takes place at a lower voltage than in the case of the high-voltage state of charge.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuerung eingerichtet ist, von einem Parallelverbindungszustand in einen Seriellverbindungszustand zu wechseln, wenn ein Schwellenwert überschritten wird, etwa eine Spannung, beispielsweise eine Sollspannung, die beispielsweise zur Versorgung eines Traktionsantriebs dienen kann.Furthermore, it can be provided that the controller is set up to change from a parallel connection state to a serial connection state when a threshold value is exceeded, for example a voltage, for example a target voltage, which can be used, for example, to supply a traction drive.

Die Energiespeicher sind vorzugsweise gleichen Typs. Die Energiespeicher sind ferner vorzugsweise gleiche Kapazität. Insbesondere weisen die elektrischen Energiespeicher die gleiche Nennspannung auf. Die elektrischen Energiespeicher können insbesondere baugleich sein. Die Energiespeicher sind insbesondere Traktionsbatterien, wobei in diesem Fall die Energiespeichervorrichtung als Traktionsenergiespeichervorrichtung bezeichnet werden kann. Die Energiespeicher können jeweils eine Vielzahl von in Reihe geschalteten galvanischen Zellen aufweisen, insbesondere von Sekundärzellen. Die Energiespeicher können als Lithiumakkumulatoren ausgebildet sein. Alternativ sind die Energiespeicher Supercap-Kondensatoren oder allgemein Kondensatoren. Die Energiespeicher weisen vorzugsweise eine Nennspannung von mindestens 60, 100, 200 oder 300 Volt auf, und können alternativ oder in Kombination hierzu eine Nennspannung von nicht mehr als 600, 500 oder 450 Volt aufweisen. Die Nennspannung der Energiespeicher kann (jeweils) beispielsweise 400 Volt oder zwischen 350 und 450 Volt betragen.The energy stores are preferably of the same type. The energy stores are also preferably the same capacity. In particular, the electrical energy stores have the same nominal voltage. The electrical energy storage devices can in particular be of identical construction. The energy stores are in particular traction batteries, in which case the energy storage device can be referred to as a traction energy storage device. The energy stores can each have a large number of galvanic cells connected in series, in particular secondary cells. The energy stores can be configured as lithium accumulators. Alternatively, the energy stores are supercap capacitors or generally capacitors. The energy stores preferably have a nominal voltage of at least 60, 100, 200 or 300 volts, and alternatively or in combination can have a nominal voltage of not more than 600, 500 or 450 volts. The nominal voltage of the energy store can (for example) be 400 volts or between 350 and 450 volts.

In einer Ausführungsform sind die elektrischen Energiespeicher Akkumulatoren eines elektrischen Fahrzeugantriebs. Ein derartiger Fahrzeugantrieb kann an den Anschluss angeschlossen sein, um mit der Energie des Energiespeichers betrieben zu werden. Vorzugsweise befindet sich während dem Anschluss und den Energiespeichern kein spannungswandelndes Element. In einem Fahrzeugbordnetz, dass die Energiespeichervorrichtung und einen elektrischen Fahrzeugantrieb, insbesondere Traktionsantrieb umfasst, der über den Anschluss angeschlossen ist, dann kann vorgesehen sein, dass sich zwischen den Energiespeichern der Energiespeichervorrichtung und den Fahrzeugantrieb, insbesondere einer elektrischen Maschine des Fahrzeugantriebs (abgesehen von dem Inverter) kein spannungswandelndes Element vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen einem Inverter des Fahrzeugantriebs und den Energiespeichern kann somit wandlerfrei vorgesehen sein.In one embodiment, the electrical energy stores are accumulators of an electrical vehicle drive. Such a vehicle drive can be connected to the connection in order to be operated with the energy of the energy store. There is preferably no voltage-converting element during the connection and the energy stores. In a vehicle electrical system that includes the energy storage device and an electric vehicle drive, in particular traction drive, which is connected via the connection, it can then be provided that between the energy stores of the energy storage device and the vehicle drive, in particular an electric machine of the vehicle drive (apart from the inverter ) no voltage-changing element is provided. The connection between an inverter of the vehicle drive and the energy stores can thus be provided without a converter.

Die Schalter können elektromechanische Schalter sein oder können als Halbleiterschalter ausgebildet sein, beispielsweise als Transistoren, insbesondere MOSFETs, beispielsweise als Superjunction-MOSFETs. Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Maximal- oder Nennspannung der Schalter nicht größer ist als 600 Volt bzw. 650 Volt.The switches can be electromechanical switches or can be designed as semiconductor switches, for example as transistors, in particular MOSFETs, for example as superjunction MOSFETs. It can also be provided that the maximum or nominal voltage of the switches is not greater than 600 volts or 650 volts.

Ferner wird ein Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit einer Energiespeichervorrichtung beschrieben, wie sie hierin erwähnt ist. Das Fahrzeugbordnetz kann einen Ladeanschluss und eine elektrische Maschine aufweisen, insbesondere eines Fahrzeugantriebs. Alternativ kann das Fahrzeugbordnetz die Energiespeichervorrichtung, den Ladeanschluss und den Fahrzeugantrieb (insbesondere mit Inverter und elektrischer Maschine) aufweisen. Die Energiespeichervorrichtung kann in einer Ausführungsform auswählbar mit dem Ladeanschluss oder mit der elektrischen Maschine verbunden sein.Furthermore, a high-voltage vehicle electrical system with an energy storage device as described herein is described. The vehicle electrical system can have a charging connection and an electrical machine, in particular a vehicle drive. Alternatively, the vehicle electrical system can have the energy storage device, the charging connection and the vehicle drive (in particular with an inverter and an electrical machine). In one embodiment, the energy storage device can be selectively connected to the charging connection or to the electrical machine.

Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung mit dem Ladeanschluss und der elektrischen Maschine verbunden sein, insbesondere wenn vorgesehen ist, dass über die elektrische Maschine geladen wird und somit der Ladeanschluss über die elektrische Maschine mit der Energiespeichervorrichtung verbunden ist. Die Auswählbarkeit kann vorgesehen sein durch einen Umschalter zwischen Energiespeichervorrichtung einerseits und Ladeanschluss sowie elektrische Maschine bzw. Fahrzeugantrieb andererseits. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine Traktionsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die Energiespeicher bzw. die Energiespeichervorrichtung können für die Traktion ausgelegt sein und sind somit Traktionsenergiespeicher bzw. eine Traktionsenergiespeichervorrichtung. Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Energiespeichervorrichtung bidirektional vorgesehen ist, d. h. dass der Anschluss eingerichtet ist, Energie zu den Energiespeichern hin zu übertragen oder aus diesen zu entnehmen (an eine Komponente, die an den Anschluss angeschlossen ist) .Alternatively, the energy storage device can be connected to the charging connection and the electrical machine, in particular if it is provided that charging takes place via the electrical machine and thus the charging connection is connected to the energy storage device via the electrical machine. The selectability can be provided by a switch between the energy storage device on the one hand and the charging connection and the electrical machine or vehicle drive on the other. The electrical machine is in particular a traction machine for driving the vehicle. The energy stores or the energy storage device can be designed for traction and are thus traction energy stores or a traction energy storage device. Finally, it can be provided that the energy storage device is provided bidirectionally, i. H. that the connection is set up to transfer energy to or from the energy stores (to a component which is connected to the connection).

Die 1 zeigt eine schematische Ausführungsform zur näheren Erläuterung der Energiespeichervorrichtung.The 1 shows a schematic embodiment for a more detailed explanation of the energy storage device.

Eine Energiespeichervorrichtung BV der 1 umfasst einen Anschluss A mit zwei Kontakten, d. h. einen Kontakt für ein positives Potential P und ein negatives Potential N. Das Potential P kann auch als erstes Potential bezeichnet werden, während das Potential N als zweites Potential bezeichnet werden kann. Zwei Energiespeicher in Form von Batterien B1 und B2 sind an den Anschluss angeschlossen, jedoch nicht ausschließlich unmittelbar. An energy storage device BV the 1 includes a connector A with two contacts, ie one contact for a positive potential P and a negative potential N . The potential P can also be called the first potential while the potential N can be called second potential. Two energy storage devices in the form of batteries B1 and B2 are connected to the connector, but not exclusively directly.

Der erste Energiespeicher B1 ist über die Diode D mit dem Energiespeicher B2 verbunden. Die Energiespeicher B1 und B2 sind an den Anschluss A angeschlossen. Zwischen dem ersten Energiespeicher B1 und dem zweiten Energiespeicher B2 ist die Diode D in Sperrrichtung (bezogen auch die Richtung der Nennspannung der Energiespeicher) angeschlossen. Die sich ergebende Reihenschaltung ist parallel an den Anschluss A angeschlossen. Die Batterie B1 ist an das erste Potential B1 direkt angeschlossen, insbesondere mit einem positiven Anschluss des Energiespeichers B1. Ein negativer Anschluss des zweiten Energiespeichers B1 ist direkt mit dem zweiten Potential N bzw. mit dem negativen Potential verbunden.The first energy storage B1 is over the diode D with the energy storage B2 connected. The energy storage B1 and B2 are on the connection A connected. Between the first energy store B1 and the second energy storage B2 is the diode D connected in the reverse direction (also referred to the direction of the nominal voltage of the energy storage device). The resulting series connection is parallel to the connection A connected. The battery B1 is at the first potential B1 directly connected, especially with a positive connection of the energy storage B1 . A negative connection of the second energy storage B1 is directly with the second potential N or connected to the negative potential.

Zwischen dem Anschluss des Energiespeichers B1, der nicht mit dem ersten Potential P bzw. mit dem Anschluss A direkt verbunden ist, und dem Anschluss des Energiespeichers B2, der nicht mit dem Anschluss A bzw. dem Potential N verbunden ist, ist die Diode D angeschlossen. Deren Durchlassrichtung weist von dem ersten Energiespeicher weg. Die Durchlassrichtung der Diode D weist zum zweiten Energiespeicher B2 hin.Between the connection of the energy storage B1 who is not with the first potential P or with the connection A is directly connected, and the connection of the energy storage B2 who is not with the connection A or the potential N is connected is the diode D connected. Their direction of passage points away from the first energy store. The forward direction of the diode D points to the second energy store B2 there.

Die Energiespeichervorrichtung BV weist ferner einen ersten Schalter S1 und einen zweiten Schalter S2 vor. Der erste Schalter, die Diode und der zweite Schalter S2 sind in dieser Reihenfolge miteinander verbunden. Die sich ergebende Serienschaltung ist an den Anschluss A angeschlossen. Hierbei ist der erste Schalter S1 direkt mit dem ersten Potential P des Anschlusses A verbunden. Der zweite Schalter S2 ist direkt mit dem zweiten Potential N des Anschlusses A verbunden. Der erste Schalter verbindet das erste Potential P mit dem zweiten Energiespeicher, insbesondere mit dem Anschluss des Energiespeichers B2, der nicht mit dem zweiten Potential verbunden ist. Der erste Schalter S1 verbindet das erste Potential P des Anschlusses A mit einem Verbindungspunkt zwischen der Diode D und dem zweiten Energiespeicher B2. Der zweite Energiespeicher B2 ist hierbei direkt mit dem zweiten Potential N des Anschlusses A verbunden. Der zweite Schalter S2 verbindet den ersten Energiespeicher B1 mit dem zweiten Potential N des Anschlusses A. Mit anderen Worten verbindet der zweite Schalter S2 den Anschluss des ersten Energiespeichers B1, der nicht direkt mit dem ersten Potential P des Anschlusses A verbunden ist, mit dem zweiten Potential (in direkter Weise).The energy storage device BV also has a first switch S1 and a second switch S2 in front. The first switch, the diode and the second switch S2 are connected in this order. The resulting series connection is to the connector A connected. Here is the first switch S1 directly with the first potential P of the connection A connected. The second switch S2 is directly with the second potential N of the connection A connected. The first switch connects the first potential P with the second energy store, in particular with the connection of the energy store B2 that is not connected to the second potential. The first switch S1 connects the first potential P of the connection A with a connection point between the diode D and the second energy storage B2 . The second energy storage B2 is here directly with the second potential N of the connection A connected. The second switch S2 connects the first energy storage B1 with the second potential N of the connection A . In other words, the second switch connects S2 the connection of the first energy store B1 who is not directly with the first potential P of the connection A is connected to the second potential (in a direct manner).

Somit verbindet der zweite Schalter einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Energiespeicher B1 und der Diode D mit dem zweiten Potential in direkter Weise. Die Reihenschaltung aus dem ersten Schalter S1, der Diode D und dem zweiten Schalter S2 wird auch als Verbindungsschaltung bezeichnet. Die Verbindungsschaltung verbindet die Energiespeicher B1 und B2 untereinander. Diese Verbindung ist konfigurierbar mittels der Verbindungsschaltung. Ferner verbindet die Verbindungsschaltung die Energiespeicher B1, B2 mit dem Anschluss A. Auch diese Verbindung ist konfigurierbar. Aufgrund der Konfigurierbarkeit kann die Verbindungsschaltung auch als Konfigurationsschaltung bezeichnet werden.The second switch thus connects a connection point between the first energy store B1 and the diode D with the second potential in a direct way. The series connection from the first switch S1 , the diode D and the second switch S2 is also called a connection circuit. The connection circuit connects the energy storage B1 and B2 among themselves. This connection can be configured using the connection circuit. The connection circuit also connects the energy stores B1 , B2 with the connection A . This connection is also configurable. Because of the configurability, the connection circuit can also be referred to as a configuration circuit.

Es ist eine Steuerung C vorgesehen, die ansteuernd mit den beiden Schaltern S1, S2 verbunden ist. Die Steuerung C ist eingerichtet, die Schalter S1 und S2 in jeweils gleichen Schaltzustand vorzusehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerung C eine ungleiche Ansteuerung der Schalter unterbindet, insbesondere unterschiedliche Schaltzustände. Die Steuerung kann einen Parallelverbindungszustand aufweisen. In diesem steuert die Steuerung C die Schalter S1 und S2 in jeweils geschlossenen Zustand an. Dann verbindet der Schalter S2 den positiven Anschluss des Energiespeichers B2 mit dem Potential P, während der zweite Schalter S2 das negative Potential des ersten Energiespeichers B1 mit dem negativen Potential N bzw. dem zweiten Potential des Anschlusses A verbindet.It is a controller C. provided that driving with the two switches S1 , S2 connected is. The control C. is set up the switch S1 and S2 to be provided in the same switching state. In particular, it can be provided that the control C. uneven control of the switches prevents, in particular, different switching states. The controller may have a parallel connection state. The controller controls this C. the switches S1 and S2 in closed condition. Then the switch connects S2 the positive connection of the energy storage B2 with the potential P while the second switch S2 the negative potential of the first energy store B1 with the negative potential N or the second potential of the connection A connects.

In einem Seriellverbindungszustand steuert die Steuerung C die beiden Schalter S1, S2 in offenen Zustand an, wobei in diesem Zustand die Diode D die Energiespeicher B1 und B2 in Serie miteinander verbindet. Insbesondere verbindet die Diode D den negativen Anschluss des ersten Energiespeichers B1 mit dem positiven Anschluss des zweiten Energiespeichers B2. Dadurch addieren sich die Spannungen. Zudem kann an dem Anschluss A eine Spannung abgegriffen werden, die der Summe der beiden Spannungen der beiden Energiespeicher B1, B2 entspricht.Control controls in a serial connection state C. the two switches S1 , S2 in the open state, in which state the diode D the energy storage B1 and B2 connects in series. In particular, the diode connects D the negative connection of the first energy store B1 with the positive connection of the second energy storage B2 . This adds up the tensions. In addition, at the connection A a voltage can be tapped that is the sum of the two voltages of the two energy stores B1 , B2 corresponds.

In vorangehend genannten Parallelverbindungszustand sind die Potentiale der beiden Energiespeicher nicht addierend zueinander geschaltet, sondern die beiden Energiespeicher sind parallel zueinander geschaltet. Es ergibt sich somit dann für beide Energiespeicher dieselbe Spannung, da diese parallel miteinander verbunden sind. In Parallelverbindungszustand lag die Diode D nicht, da deren Durchlassrichtung vom zweiten Potential N zum ersten Potential P zeigt, so dass die Diode D sperrt.In the parallel connection state mentioned above, the potentials of the two energy stores are not connected in addition to one another, but the two energy stores are connected in parallel with one another. This then results in the same voltage for both energy stores, since these are connected to one another in parallel. The diode was in the parallel connection state D not, because their forward direction is from the second potential N to the first potential P shows so the diode D locks.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (11)

Energiespeichervorrichtung (BV) mit einem Anschluss (A), einem ersten elektrischen Energiespeicher (B1) und einem zweiten elektrischen Energiespeicher (B2) wobei die Energiespeicher untereinander und mit dem Anschluss über eine schaltbare Verbindungsschaltung (S1, S2, D) verbunden sind, wobei die Verbindungsschaltung (S1, S2, D) eingerichtet ist, in einem ersten Schaltzustand die Energiespeicher (B1, B2) seriell miteinander zu verbinden und in einem zweiten Schaltzustand parallel miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschaltung eine Reihenschaltung mit mindestens zwei Schaltern und mindestens einer Diode aufweist.Energy storage device (BV) with a connection (A), a first electrical energy storage device (B1) and a second electrical energy storage device (B2), the energy storage devices being connected to one another and to the connection via a switchable connection circuit (S1, S2, D), the Connection circuit (S1, S2, D) is set up to connect the energy stores (B1, B2) to one another in series in a first switching state and to connect them to one another in parallel in a second switching state, characterized in that the connection circuit is a series circuit with at least two switches and at least one has a diode. Energiespeichervorrichtung (BV) nach Anspruch 1, wobei die Reihenschaltung parallel an den Anschluss (A) angeschlossen ist.Energy storage device (BV) after Claim 1 , the series connection being connected in parallel to connection (A). Energiespeichervorrichtung (BV) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Schalter über die Diode miteinander verbunden sind.Energy storage device (BV) after Claim 1 or 2nd , wherein the at least two switches are connected to one another via the diode. Energiespeichervorrichtung (BV) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Energiespeicher über die Diode in Reihe geschaltet sind.Energy storage device (BV) after Claim 1 , 2nd or 3rd , wherein the energy storage devices are connected in series via the diode. Energiespeichervorrichtung (BV) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (B1) an ein erstes Potential (P) des Anschlusses (A) angeschlossen ist, und der zweite Energiespeicher (B1) an ein zweites Potential (N) des Anschlusses (A) angeschlossen.Energy storage device (BV) according to one of the preceding claims, wherein the first energy store (B1) is connected to a first potential (P) of the connection (A), and the second energy store (B1) to a second potential (N) of the connection (A ) connected. Energiespeichervorrichtung (BV) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschluss (A) für eine Spannung eingerichtet ist, die eine Richtung aufweist, die der Sperrrichtung der Diode entspricht.Energy storage device (BV) according to one of the preceding claims, wherein the connection (A) is set up for a voltage which has a direction which corresponds to the blocking direction of the diode. Energiespeichervorrichtung (BV) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Steuerung (C) aufweist, die die Schalter (S1, S2) entweder gemeinsam in einem jeweils offenen Schaltzustand oder gemeinsam in einem jeweils geschlossenen Schaltzustand ansteuert.Energy storage device (BV) according to one of the preceding claims, further comprising a controller (C) which controls the switches (S1, S2) either together in an open switching state or together in a respectively closed switching state. Energiespeichervorrichtung (BV) nach Anspruch 7, wobei die Steuerung in einem Parallelverbindungszustand die Schalter (S1, S2) jeweils in einem geschlossenen Zustand ansteuert und in einem Seriellverbindungszustand die Schalter (S1, S2) in einem offenen Zustand ansteuert.Energy storage device (BV) after Claim 7 The controller controls the switches (S1, S2) in a closed state in a parallel connection state and controls the switches (S1, S2) in an open state in a serial connection state. Energiespeichervorrichtung (BV) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Energiespeicher (B1, B2) gleichen Typs, gleicher Kapazität und/oder gleicher Nennspannung sind.Energy storage device (BV) according to one of the preceding claims, wherein the electrical energy storage devices (B1, B2) are of the same type, the same capacity and / or the same nominal voltage. Energiespeichervorrichtung (BV) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Energiespeicher (B1, B2) Akkumulatoren eines elektrischen Fahrzeugantriebs sind.Energy storage device (BV) according to one of the preceding claims, wherein the electrical energy stores (B1, B2) are accumulators of an electric vehicle drive. Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit einer Energiespeichervorrichtung (BV), einem Ladeanschluss und einer elektrischen Maschine, wobei die Energiespeichervorrichtung (BV) auswählbar mit dem Ladeanschluss und/oder mit der elektrischen Maschine verbindbar ist.High-voltage vehicle electrical system with an energy storage device (BV), a charging connection and an electrical machine, the energy storage device (BV) being selectably connectable to the charging connection and / or to the electrical machine.
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