WO2025012437A1

WO2025012437A1 - Circuit assembly for an on-board electrical system of a vehicle, and method for operating a circuit assembly

Info

Publication number: WO2025012437A1
Application number: PCT/EP2024/069835
Authority: WO
Inventors: David VERGOSSEN
Original assignee: Maxekart Aachen GmbH
Current assignee: Maxekart Aachen GmbH
Priority date: 2023-07-13
Filing date: 2024-07-12
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: DE102023118592A1

Abstract

The invention relates to a circuit assembly (10) for an on-board electrical system (2) of a vehicle comprising a series circuit made of a plurality of battery modules (14, 16, 38) that are permanently connected to a voltage tap (18, 20) of the circuit assembly (10), which is designed to provide electric energy for at least one load of the on-board electrical system (12); a power source (22) for providing a direct current in order to charge the battery modules (14, 16, 28); a circuit device (24) which, in order to alternately charge and discharge the battery modules (14, 16, 28), is designed to be operated in different circuit settings, in which some of the battery modules (14, 16, 28) are connected to the power source (22), thereby forming a closed electric circuit, and the remaining battery modules (14, 16, 28) do not form a closed electric circuit with the power source (22), wherein in all of the circuit settings, the power source (22) does not form a closed circuit together with the voltage tap (18, 20); and a controller (26) which is designed to actuate the circuit device (24) so as to assume the different circuit settings on the basis of the respective charge states of the battery modules (14, 16, 28). The invention additionally relates to a method for operating such a circuit assembly (10) and to a motor vehicle comprising such a circuit assembly (10).

Description

SCHALTUNGSANORDNUNG FÜR EIN BORDNETZ EINES FAHRZEUGS UNDCIRCUIT ARRANGEMENT FOR A VEHICLE NETWORK AND

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SCHALTUNGSANORDNUNG METHOD FOR OPERATING A CIRCUIT ARRANGEMENT

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere für ein Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schaltungsanordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Schaltungsanordnung. The invention relates to a circuit arrangement for an on-board network of a vehicle, in particular for a high-voltage on-board network of an electrically driven motor vehicle, a method for operating such a circuit arrangement and a motor vehicle with such a circuit arrangement.

Elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere batterieelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, werden in zunehmendem Maße gebaut und verkauft. Die elektrisch zurücklegbare Reichweite von solchen Fahrzeugen ist immer wieder ein Thema, da Nutzer sichergehen wollen, dass sie auf jeden Fall ihr gewünschtes Ziel mit dem Fahrzeug erreichen können. Für die Akzeptanz von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist also deren Reichweite ein wichtiger Punkt. Electric vehicles, especially battery-electric vehicles, are being built and sold in increasing numbers. The electric range of such vehicles is always an issue, as users want to be sure that they can definitely reach their desired destination with the vehicle. The range of electric vehicles is therefore an important factor in the acceptance of electric vehicles.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zum Verlängern der Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bereitzustellen. It is the object of the invention to provide a possibility for extending the range of electrically powered vehicles.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen. The object is solved by the subject matter of the independent claims. Further possible embodiments of the invention are specified in the subclaims, the description and the drawing. Features, advantages and possible embodiments that are set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are to be regarded at least analogously as features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and of any possible combination of the subject matter of the independent claims, if appropriate in conjunction with one or more of the subclaims.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere für ein Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfasst eine Reihenschaltung von mehreren Batteriemodulen, die permanent in Form eines geschlossenen Stromkreises mit einem Spannungsabgriff der Schaltungsanordnung verbunden sind, der zur Bereitstellung von elektrischer Energie für wenigstens einen Verbraucher des Bordnetzes ausgebildet ist. Die Batteriemodule können zumindest eine Batteriezelle oder auch mehrere Batteriezellen aufweisen. Im Fall von mehreren Batteriezellen können diese in unterschiedlichsten Konfigurationen in Serie und parallel zueinander geschaltet sein. Bei den Batteriezellen kann es sich beispielsweise um Batteriezellen auf Lithium-Ionen-Basis handeln. Andere Batterietechnologien sind aber auch möglich. Die Batteriemodule können beispielsweise unter anderem dazu dienen, eine elektrische Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit Energie zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich können die Batteriemodule auch dazu ausgebildet sein und dazu dienen, verschiedenste andere Verbraucher des Bordnetzes des betreffenden Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. The circuit arrangement according to the invention for an on-board network of a vehicle, in particular for a high-voltage on-board network of an electrically driven motor vehicle, comprises a series connection of several battery modules, which are permanently connected in the form of a closed circuit to a voltage tap of the circuit arrangement, which is designed to provide electrical energy for at least one consumer of the on-board network. The battery modules can have at least one Battery cells or multiple battery cells. In the case of multiple battery cells, these can be connected in series and parallel to one another in a wide variety of configurations. The battery cells can be lithium-ion-based battery cells, for example. However, other battery technologies are also possible. The battery modules can be used, for example, to supply an electric drive motor of an electrically powered motor vehicle with energy. Alternatively or additionally, the battery modules can also be designed and used to supply various other consumers of the on-board network of the vehicle in question with electrical energy.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst des Weiteren eine Energiequelle zur Bereitstellung von Gleichstrom zum Laden der Batteriemodule. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Schaltungseinrichtung, welche zum abwechselnden Laden der Batteriemodule dazu eingerichtet ist, in unterschiedlichen Schaltungsstellungen betrieben zu werden, in denen ein Teil der Batteriemodule unter Ausbildung eines geschlossenen elektrischen Stromkreises mit der Energiequelle verbunden ist, wobei die übrigen Batteriemodule keinen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Energiequelle bilden, wobei in allen Schaltungsstellungen die Energiequelle keinen geschlossenen Stromkreis mit dem Spannungsabgriff bildet. Zudem umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von jeweiligen Ladezuständen der Batteriemodule die Schaltungseinrichtung zum Einnehmen der unterschiedlichen Schaltungsstellungen anzusteuern. Die Steuerung kann die Schaltungseinrichtung beispielsweise abwechselnd so ansteuern, dass immer zumindest eines der Batteriemodule unter Ausbildung eines geschlossenen Stromkreises mit der Energiequelle verbunden wird, sodass das betreffende Batteriemodul durch die Energiequelle geladen wird, wobei währenddessen die übrigen Batteriemodule keinen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Energiequelle bilden, diese somit durch die Energiequelle nicht geladen werden. In allen Schaltungsstellungen bildet die Energiequelle keinen geschlossenen Stromkreis mit dem Spannungsabgriff. Etwaige Schwankungen im Bordnetz beeinflussen also die Energiequelle nicht. The circuit arrangement according to the invention further comprises an energy source for providing direct current for charging the battery modules. The circuit arrangement further comprises a circuit device which is designed to alternately charge the battery modules and to be operated in different circuit positions in which some of the battery modules are connected to the energy source to form a closed electrical circuit, the remaining battery modules not forming a closed electrical circuit with the energy source, and the energy source not forming a closed circuit with the voltage tap in any of the circuit positions. The circuit arrangement also comprises a controller which is designed to control the circuit device to assume the different circuit positions depending on the respective charge states of the battery modules. The control can, for example, control the circuit device alternately so that at least one of the battery modules is always connected to the energy source to form a closed circuit, so that the battery module in question is charged by the energy source, while the other battery modules do not form a closed electrical circuit with the energy source and are therefore not charged by the energy source. In all circuit positions, the energy source does not form a closed circuit with the voltage tap. Any fluctuations in the vehicle electrical system therefore do not affect the energy source.

Die Steuerung und die Schaltungseinrichtung können auch so ausgebildet bzw. eingerichtet sein, dass die Steuerung die Schaltungseinrichtung so ansteuern kann, dass gleich mehrere der Batteriemodule, beispielsweise zwei oder auch mehr, unter Ausbildung eines geschlossenen elektrischen Stromkreises mit der Energiequelle verbunden werden und dadurch durch die Energiequelle geladen werden, wobei währenddessen die übrigen anderen Batteriemodule keinen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Energiequelle bilden. The control and the circuit device can also be designed or set up in such a way that the control can control the circuit device in such a way that several of the battery modules, for example two or more, are connected to the energy source to form a closed electrical circuit and are thereby charged by the energy source, while the remaining other battery modules do not form a closed electrical circuit with the energy source.

Mittels der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung ist es also auf einfache Weise möglich, die Batteriemodule während der Fahrt mit dem Fahrzeug mittels der Energiequelle abwechselnd immer wieder aufzuladen. Mit anderen Worten kann die Energiequelle also als Range Extender während der Fahrt mit dem Fahrzeug dienen, indem durch entsprechende Ansteuerung der Schaltungseinrichtung die Batteriemodule immer so zeitweise mit der Energiequelle verbunden werden, dass die betreffenden Batteriemodule mittels der Energiequelle aufgeladen werden. Dadurch kann die Reichweite, die mittels der Batteriemodule erzielt werden kann, entsprechend gesteigert werden. Using the circuit device according to the invention, it is therefore possible in a simple manner to alternately charge the battery modules using the energy source while driving the vehicle. In other words, the energy source can serve as a range extender while driving the vehicle by controlling the circuit device accordingly to temporarily connect the battery modules to the energy source so that the relevant battery modules are charged using the energy source. This allows the range that can be achieved using the battery modules to be increased accordingly.

Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Energiequelle mehrere Brennstoffzellen umfasst. Die als Range Extender dienende Energiequelle kann also eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufweisen, beispielsweise Brennstoffzellen auf Wasserstoffbasis, um so den Gleichstrom zum Laden der Batteriemodule bereitzustellen. Brennstoffzellen weisen oftmals einen sehr hohen Wirkungsgrad auf, wobei diese im Betrieb üblicherweise zudem geringe Emissionen erzeugen. Des Weiteren können solche Brennstoffzellen elektrischen Strom ohne mechanische Teile erzeugen, infolgedessen quasi kein Lärm entsteht und es so gut wie keine Verschleißteile gibt. One possible embodiment of the invention provides that the energy source comprises several fuel cells. The energy source serving as a range extender can therefore have a large number of fuel cells, for example hydrogen-based fuel cells, in order to provide the direct current for charging the battery modules. Fuel cells often have a very high level of efficiency, and they also usually generate low emissions during operation. Furthermore, such fuel cells can generate electrical current without mechanical parts, which means that there is virtually no noise and there are almost no wearing parts.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Energiequelle einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Wankelmotor, und einen von diesem antreibbaren Generator umfasst. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise mit Benzin oder auch mit Diesel betrieben werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der benötigte Brennstoff bzw. Treibstoff zum Betreiben des Verbrennungsmotors und somit zum Antreiben des Generators so gut wie überall, also an Tankstellen, verfügbar ist. Bei Bedarf kann also so gut wie überall ganz einfach Treibstoff nachgetankt werden, um den Verbrennungsmotor bei Bedarf antreiben zu können, um so dann den Generator wiederum antreiben und den Strom zum Laden der Batteriemodule bereitzustellen. Man könnte auch einen Schwungradspeicher nutzen, der mittels der besagten Brennstoffzellen geladen, also in Schwung versetzt wird und der dann später seine Energie in Form von Elektrizität wieder abgibt. Der Schwungradspeicher könnte also quasi als Batterieersatz verwendet werden. Dies kann so funktionieren, dass der besagte Schwungradspeicher vorhanden ist und daran eine elektrische Maschine mechanisch gekoppelt ist, die sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Beim Aufladen wird die Maschine als Motor betrieben und bringt die Schwungmasse in Rotation und zum Abgeben der in Form von Rotation gespeicherten Energie wird die Maschine als Generator betrieben. So könnte man einen batterielosen Antriebsstrang realisieren. Wenn man einen Gleichstrommotor einsetzen würde, könnte man gegebenenfalls sogar auf einen Invertermotor bzw. Generator, also die elektrische Maschine, verzichten. Another possible embodiment of the invention provides that the energy source comprises an internal combustion engine, in particular a Wankel engine, and a generator that can be driven by it. The internal combustion engine can be operated with petrol or diesel, for example. The advantage of this embodiment is that the fuel required to operate the internal combustion engine and thus to drive the generator is available almost everywhere, i.e. at petrol stations. If required, fuel can be easily refilled almost anywhere in order to be able to drive the internal combustion engine when required, in order to then drive the generator in turn and provide the electricity to charge the battery modules. It would also be possible to use a flywheel storage device that is charged by the fuel cells mentioned, i.e. set in motion, and which then later releases its energy in the form of electricity. The flywheel storage device could thus be used as a kind of battery replacement. This can work in such a way that the flywheel storage device is present and an electrical machine is mechanically coupled to it, which acts both as a motor and as a Generator can be operated. When charging, the machine is operated as a motor and causes the flywheel to rotate, and to release the energy stored in the form of rotation, the machine is operated as a generator. This would make it possible to create a battery-free drive train. If a DC motor were used, it might even be possible to do without an inverter motor or generator, i.e. the electric machine.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Schaltungseinrichtung so anzusteuern, dass nacheinander immer nur eines der Batteriemodule mittels der Energiequelle geladen wird. In dem Fall kann die Energiequelle so dimensioniert werden, dass diese zum Laden von einem der Batteriemodule, also zum gleichzeitigen Laden von einem der Batteriemodule, ausreicht. Mit anderen Worten ist es also möglich, die Energiequelle relativ klein zu dimensionieren, sodass Bauraum und Kosten eingespart werden können. According to a further possible embodiment of the invention, it is provided that the control is set up to control the circuit device in such a way that only one of the battery modules is charged in succession using the energy source. In this case, the energy source can be dimensioned in such a way that it is sufficient to charge one of the battery modules, i.e. to charge one of the battery modules at the same time. In other words, it is possible to dimension the energy source relatively small, so that installation space and costs can be saved.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Schaltungseinrichtung so anzusteuern, dass nacheinander mehrere der Batteriemodule gleichzeitig mittels der Energiequelle geladen werden. Dies kann den Vorteil mit sich bringen, dass gleichzeitig mehrere der Batteriemodule besonders schnell aufgeladen werden können, beispielsweise weil gerade besonders viel Energie mittels der Batteriemodule bereitgestellt werden soll. Falls die Schaltungsanordnung so ausgelegt werden soll, sollte die Energiequelle auch entsprechend dimensioniert sein, sodass diese genug Ladeleistung bereitstellen kann, um gleich mehrere der Batteriemodule, beispielsweise zwei, drei oder mehr der Batteriemodule, zu laden. Another possible embodiment of the invention provides that the controller is set up to control the circuit device in such a way that several of the battery modules are charged simultaneously using the energy source. This can have the advantage that several of the battery modules can be charged particularly quickly at the same time, for example because a particularly large amount of energy is to be provided by the battery modules. If the circuit arrangement is to be designed in this way, the energy source should also be dimensioned accordingly so that it can provide enough charging power to charge several of the battery modules at once, for example two, three or more of the battery modules.

In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Nennspannung der Energiequelle zumindest so groß wie die Nennspannung der einzelnen Batteriemodule und kleiner als die Summe der Nennspannung der einzelnen Batteriemodule ist. Sofern die Schaltungsanordnung ausschließlich so ausgelegt ist, dass immer nur eines der Batteriemodule gleichzeitig mittels der Energiequelle geladen wird, kann es ausreichend sein, die Energiequelle so zu dimensionieren, dass deren Nennspannung zumindest so groß wie die Nennspannung der einzelnen Batteriemodule ist, die mittels der Energiequelle bereitstellbare Spannung also etwas größer als die Nennspannung der teilweise entladenen Batteriemodule. Ist die Schaltungsanordnung hingegen so eingerichtet beziehungsweise ausgelegt, dass beispielsweise zwei der Batteriemodule auch gleichzeitig mittels der Energiequelle geladen werden können sollen, so ist die Energiequelle hinsichtlich ihrer Leistungsabgabe und Spannungslage so zu dimensionieren, dass dies auch technisch problemlos möglich ist. Durch entsprechend größere oder kleinere Dimensionierung der Energiequelle kann also die Schaltungsanordnung so angepasst werden, dass entweder immer nur eines der Batteriemodule oder auch gleichzeitig mehrere der Batteriemodule mittels der Energiequelle geladen werden können. In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the nominal voltage of the energy source is at least as high as the nominal voltage of the individual battery modules and less than the sum of the nominal voltages of the individual battery modules. If the circuit arrangement is designed exclusively in such a way that only one of the battery modules is charged at a time using the energy source, it may be sufficient to dimension the energy source in such a way that its nominal voltage is at least as high as the nominal voltage of the individual battery modules, i.e. the voltage that can be provided using the energy source is slightly higher than the nominal voltage of the partially discharged battery modules. If, on the other hand, the circuit arrangement is set up or designed in such a way that, for example, two of the battery modules can also be charged at the same time using the If the battery modules are to be charged using an energy source, the energy source must be dimensioned in terms of its power output and voltage level so that this is also technically possible without any problems. By dimensioning the energy source accordingly larger or smaller, the circuit arrangement can be adapted so that either only one of the battery modules or several of the battery modules can be charged using the energy source at a time.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Nennspannung der Batteriemodule gleich ist. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Batteriemodule alle baugleich sein. Dies kann Vorteile bei der Beschaffung der Batteriemodule und hinsichtlich der Preise der Batteriemodule mit sich bringen. Another possible embodiment of the invention provides that the nominal voltage of the battery modules is the same. In particular, it can be provided that the battery modules are all identical in construction. This can bring advantages when procuring the battery modules and with regard to the prices of the battery modules.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Schaltungsanordnung sieht vor, dass die Schaltungseinrichtung mehrere Schalter aufweist, wobei jedes der Batteriemodule mit mehreren Anschlüssen elektrisch leitend verbunden ist. Die Steuerung ist dazu eingerichtet, die Schaltungseinrichtung so anzusteuern, dass die Schalter in ihrer Schaltstellung immer so mit den Anschlüssen verbunden sind, das jeweils ein Teil der Batteriemodule mit der Energiequelle einen geschlossenen Stromkreis bildet und mittels dieser geladen wird, wobei die restlichen Batteriemodule keinen geschlossenen Stromkreis mit der Energiequelle bilden. Bei den Schaltern kann es sich insbesondere um elektronische Schalter, insbesondere Halbleiterschalter handeln, da Relais schneller verschleißen würden. Durch die Verwendung von elektronischen Schaltern können diese besonders schnell getaktet betätigt werden, um die entsprechenden geschlossenen Stromkreise herzustellen und wieder aufzuheben, also die jeweiligen Batteriemodule nacheinander mittels der Energiequelle aufzuladen. Durch entsprechende Ansteuerung der Schaltungseinrichtung, insbesondere der Schalter der Schaltungseinrichtung ist es also auf einfache Weise möglich, die jeweiligen Batteriemodule abwechselnd immer wieder so mit der Energiequelle zu verbinden, dass diese mittels der Energiequelle aufgeladen werden. Sämtliche Batteriemodule können fortlaufend dabei dazu verwendet werden, Verbraucher des Bordnetzes mit elektrischer Energie zu versorgen. Another possible embodiment of the circuit arrangement provides that the circuit device has several switches, each of the battery modules being electrically connected to several connections. The controller is set up to control the circuit device in such a way that the switches are always connected to the connections in their switching position in such a way that a part of the battery modules forms a closed circuit with the energy source and is charged by means of this, with the remaining battery modules not forming a closed circuit with the energy source. The switches can in particular be electronic switches, in particular semiconductor switches, since relays would wear out more quickly. By using electronic switches, these can be operated particularly quickly in a clocked manner in order to establish and then remove the corresponding closed circuits, i.e. to charge the respective battery modules one after the other using the energy source. By appropriately controlling the circuit device, in particular the switches of the circuit device, it is therefore possible in a simple way to alternately connect the respective battery modules to the energy source again and again in such a way that they are charged using the energy source. All battery modules can be used continuously to supply electrical energy to consumers in the vehicle's electrical system.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die in Reihe geschalteten Batteriemodule eine Spannung von über 48 V, insbesondere von zumindest 400 V oder 800 V bereitstellen. Es kann also vorgesehen sein, dass die Batteriemodule dazu ausgelegt sind, ein Hochvolt-Bordnetz eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit entsprechender Energie zu versorgen. In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Schaltungseinrichtung so anzusteuern, dass die Batteriemodule zyklisch hintereinander mittels der Energiequelle geladen werden. So kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass die Batteriemodule fortlaufend mittels der Energiequelle geladen werden, wobei dadurch auf einfache Weise auch beispielsweise sichergestellt werden kann, dass die Batteriemodule sich hinsichtlich ihrer Spannungslage und ihres Ladezustands nur sehr wenig voneinander unterscheiden. Dies kann unerwünschte Effekte zwischen den in Reihe geschalteten Batteriemodulen verhindern oder zumindest erheblich reduzieren. According to a further possible embodiment of the invention, it is provided that the battery modules connected in series provide a voltage of more than 48 V, in particular of at least 400 V or 800 V. It can therefore be provided that the battery modules are designed to supply a high-voltage electrical system of a battery-electrically powered motor vehicle with corresponding energy. In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the controller is set up to control the circuit device in such a way that the battery modules are charged cyclically one after the other using the energy source. This makes it easy to ensure that the battery modules are continuously charged using the energy source, and it is also easy to ensure, for example, that the battery modules differ very little from one another in terms of their voltage level and their state of charge. This can prevent or at least significantly reduce undesirable effects between the battery modules connected in series.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Energiequelle und den Batteriemodulen eine Direktverschaltung ohne DC-DC-Wandler besteht während die betreffenden Batteriemodule mittels der Energiequelle geladen werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Energiequelle besagte Brennstoffzellen aufweist. Diese werden von etwaigen Spannungsschwankungen des Bordnetzes nicht beeinflusst, da die Energiequelle vom Bordnetz entkoppelt ist. Daher ist es problemlos möglich, die Direktverschaltung zwischen den Batteriemodulen, und der Energiequelle vorzusehen. Zudem wird der DC-DC-Wandler eingespart, was Vorteile hinsichtlich Bauraum und Kosten mit sich bringt. Die gesamte Schaltungsanordnung kann dabei ohne DC-DC-Wandler ausgebildet sein. Another possible embodiment of the invention provides that there is a direct connection between the energy source and the battery modules without a DC-DC converter while the battery modules in question are charged using the energy source. This can be particularly advantageous if the energy source has said fuel cells. These are not affected by any voltage fluctuations in the vehicle electrical system, since the energy source is decoupled from the vehicle electrical system. It is therefore easy to provide a direct connection between the battery modules and the energy source. In addition, the DC-DC converter is saved, which brings advantages in terms of installation space and costs. The entire circuit arrangement can be designed without a DC-DC converter.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung oder einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird in Abhängigkeit von jeweiligen Ladezuständen der Batteriemodule die Schaltungseinrichtung zum Einnehmen der unterschiedlichen Schaltungsstellungen angesteuert, wobei dadurch die Batteriemodule abwechselnd mittels der Energiequelle geladen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt anzusehen, wobei die Schaltungsanordnung insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweisen kann. In the method according to the invention for operating the circuit arrangement according to the invention or a possible embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the circuit device is controlled to assume the different circuit positions depending on the respective charge states of the battery modules, whereby the battery modules are alternately charged by means of the energy source. Advantageous embodiments of the circuit arrangement are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa, whereby the circuit arrangement can in particular have means for carrying out the method steps.

Eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Batteriemodule derart mittels der Energiequelle abwechselnd geladen werden, dass die Batteriemodule hinsichtlich ihres Ladezustands in einem bestimmten Bereich gehalten werden. Dieser Bereich kann zum Beispiel so vorgegeben werden, dass die Batteriemodule sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen. Dadurch können unerwünschte Effekte erfolgreich minimiert oder vermieden werden. A possible embodiment of the method according to the invention provides that the battery modules are alternately charged by means of the energy source in such a way that the battery modules are kept in a certain range with regard to their state of charge This range can be specified, for example, so that the battery modules do not negatively influence each other. This allows undesirable effects to be successfully minimized or avoided.

Eine mögliche weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Frequenz, gemäß welcher die unterschiedlichen Schaltungsstellungen eingenommen werden, so gewählt wird, dass zumindest eines der folgenden Kriterien erfüllt wird: Ein Laden der Batteriemodule wird gewährleistet; ein vorgegebener Grenzwert für EM -Emissionen (EMV steht für elektromagnetische Verträglichkeit) wird nicht überschritten; eine vorgegebene Spannungsabweichung zwischen Batteriemodulen wird nicht überschritten. Die Frequenz wird also zumindest so groß gewählt, dass ein sinnvolles Aufladen der Batteriemodule gewährleistet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Frequenz auch hinsichtlich ihrer Taktung nach oben hin so beschränkt werden, dass keine unzulässigen EMV-Emissionen entstehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Frequenz auch so gewählt werden, dass eine vorgegebene Spannungsabweichung zwischen den Batteriemodulen nicht überschritten wird. Die Batteriemodule werden also vorzugsweise abwechselnd so geladen, dass die Spannungslage der Batteriemodule möglichst gleichmäßig bleibt. Dadurch, dass sichergestellt wird, dass zumindest eines der besagten Kriterien erfüllt wird, vorzugsweise werden sogar alle Kriterien erfüllt, ein besonders zuverlässiger und störungsfreier Betrieb der Batteriemodule und somit eine besonders zuverlässige Energieversorgung des Bordnetzes mittels der Batteriemodule sichergestellt werden. A possible further embodiment of the method according to the invention provides that the frequency according to which the different switching positions are assumed is selected such that at least one of the following criteria is met: charging of the battery modules is ensured; a predetermined limit value for EM emissions (EMC stands for electromagnetic compatibility) is not exceeded; a predetermined voltage deviation between battery modules is not exceeded. The frequency is therefore selected at least high enough to ensure sensible charging of the battery modules. Alternatively or additionally, the frequency can also be limited in terms of its timing so that no unacceptable EMC emissions arise. Alternatively or additionally, the frequency can also be selected so that a predetermined voltage deviation between the battery modules is not exceeded. The battery modules are therefore preferably charged alternately so that the voltage level of the battery modules remains as uniform as possible. By ensuring that at least one of the aforementioned criteria is met, and preferably even all of the criteria are met, a particularly reliable and trouble-free operation of the battery modules and thus a particularly reliable energy supply to the on-board network by means of the battery modules can be ensured.

Schließlich umfasst die Erfindung noch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung oder einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug handeln, dessen elektrische Antriebsmaschine mittels der Batteriemodule mit Energie versorgt werden kann. Finally, the invention also includes a motor vehicle with the circuit arrangement according to the invention or a possible embodiment of the circuit arrangement according to the invention. The motor vehicle can be, for example, an electric vehicle whose electric drive motor can be supplied with energy by means of the battery modules.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in: Further features of the invention can be seen from the following description of the figures and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention. The drawing shows in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, die eine Reihenschaltung von zwei Batteriemodulen und eine Energiequelle zum abwechselnden Laden der Batteriemodule aufweist, wobei mehrere Schalter vorgesehen sind, um die Batteriemodule abwechselnd so mit der Energiequelle zu verbinden, dass die Batteriemodule geladen werden; Fig. 1 is a schematic representation of a circuit arrangement for an on-board network of a vehicle, which has a series connection of two battery modules and an energy source for alternately charging the battery modules, wherein a plurality of switches are provided for alternately connecting the battery modules to the energy source such that the battery modules are charged;

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Schaltungsanordnung, wobei eine Schaltungsstellung dargestellt ist, bei der das obere Batteriemodul geladen wird; Fig. 2 is a further schematic representation of the circuit arrangement, showing a circuit position in which the upper battery module is charged;

Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung der Schaltungsanordnung, wobei diejenige Schaltungsstellung dargestellt ist, bei der das untere Batteriemodul geladen wird; Fig. 3 is a further schematic representation of the circuit arrangement, showing the circuit position in which the lower battery module is charged;

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung, wobei diese nun drei Batteriemodule und entsprechende Schalter aufweist, sodass diese Batteriemodule beispielsweise abwechselnd mittels der Energiequelle geladen werden können; Fig. 4 shows a further schematic representation of a possible embodiment of the circuit arrangement, which now has three battery modules and corresponding switches, so that these battery modules can, for example, be charged alternately by means of the energy source;

Fig. 5 eine weitere mögliche Ausgestaltung der Schaltungsanordnung, wobei diese zwar wiederum drei Batteriemodule aber mehr Schalter als in der Fig. 4 aufweist, um die Batteriemodule abwechselnd so mit der Energiequelle zu koppeln, dass die Batteriemodule geladen werden. Fig. 5 shows a further possible embodiment of the circuit arrangement, which again has three battery modules but more switches than in Fig. 4 in order to alternately couple the battery modules to the energy source so that the battery modules are charged.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in the figures.

Eine Schaltungsanordnung 10 für ein Bordnetz 12 eines Fahrzeugs ist in einer schematischen Darstellung in Fig. 1 gezeigt. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst eine Reihenschaltung von mehreren Batteriemodulen 14, 16, die permanent in Form eines geschlossenen Stromkreises mit einem Spannungsabgriff 18, 20 der Schaltungsanordnung 10 verbunden sind, der zur Bereitstellung von elektrischer Energie für wenigstens einen Verbraucher des Bordnetzes 12 ausgebildet ist. Das Bordnetz 12 kann beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine zum Antreiben des betreffenden Fahrzeugs aufweisen, wobei die Batteriemodule 14, 16 dazu ausgelegt sein können, diese elektrische Antriebsmaschine mit Energie zu versorgen. Weitere Verbraucher des Bordnetzes 12, wie beispielsweise Infotainmentsysteme, Klimaanlagen und dergleichen können ebenfalls mittels der Batteriemodule 14, 16 mit Energie versorgt werden. A circuit arrangement 10 for an on-board network 12 of a vehicle is shown in a schematic representation in Fig. 1. The circuit arrangement 10 comprises a series connection of several battery modules 14, 16, which are permanently connected in the form of a closed circuit to a voltage tap 18, 20 of the circuit arrangement 10, which is designed to provide electrical energy for at least one consumer of the on-board network 12. The on-board network 12 can, for example, have an electric drive machine for driving the vehicle in question, wherein the battery modules 14, 16 can be designed to drive this electric drive machine with energy. Other consumers of the on-board network 12, such as infotainment systems, air conditioning systems and the like, can also be supplied with energy by means of the battery modules 14, 16.

Die Schaltungsanordnung 10 umfasst weiterhin eine Energiequelle 22 zur Bereitstellung von Gleichstrom zum Laden der Batteriemodule 14, 16. Die Energiequelle 22 kann beispielsweise mehrere Brennstoffzellen umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Energiequelle 22 zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Wankelmotor, und einen von diesem antreibbaren Generator aufweisen. Die insgesamt durch Reihenschaltung der beiden Batteriemodule 14, 16 bereitstellbare Spannung entspricht also zumindest im Wesentlichen der zum Betreiben des Bordnetzes 12 erforderlichen Spannung. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst des Weiteren eine Schaltungseinrichtung 24 mit mehreren Schaltern S1, S2. Die Schaltungseinrichtung 24 ist zum abwechselnden Laden der Batteriemodule 14, 16 dazu eingerichtet, in unterschiedlichen Schaltungsstellungen betrieben zu werden, in denen eines der beiden Batteriemodule 14 unter Ausbildung eines geschlossenen elektrischen Stromkreises mit der Energiequelle 22 verbunden ist, wobei währenddessen das andere Batteriemodul 14, 16 keinen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Energiequelle 22 bildet, wobei in allen Schaltungsstellungen die Energiequelle 22 keinen geschlossenen Stromkreis mit dem Spannungsabgriff 18, 20 bildet. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst des Weiteren eine Steuerung 26, welche dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von jeweiligen Ladezuständen der Batteriemodule 14, 16 die Schaltungseinrichtung 24, insbesondere deren Schalter S1, S2, zum Einnehmen der unterschiedlichen Schaltungsstellungen anzusteuern. The circuit arrangement 10 further comprises an energy source 22 for providing direct current for charging the battery modules 14, 16. The energy source 22 can, for example, comprise a plurality of fuel cells. Alternatively or additionally, the energy source 22 can, for example, have an internal combustion engine, in particular a Wankel engine, and a generator that can be driven by the latter. The total voltage that can be provided by connecting the two battery modules 14, 16 in series therefore corresponds at least substantially to the voltage required to operate the on-board network 12. The circuit arrangement 10 further comprises a switching device 24 with a plurality of switches S1, S2. The circuit device 24 is designed to alternately charge the battery modules 14, 16 in order to be operated in different circuit positions in which one of the two battery modules 14 is connected to the energy source 22 to form a closed electrical circuit, while the other battery module 14, 16 does not form a closed electrical circuit with the energy source 22, and in all circuit positions the energy source 22 does not form a closed circuit with the voltage tap 18, 20. The circuit arrangement 10 further comprises a controller 26 which is designed to control the circuit device 24, in particular its switches S1, S2, to assume the different circuit positions depending on the respective charge states of the battery modules 14, 16.

In Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung 10 aus Fig. 1 wiederum schematisch dargestellt, wobei die Schaltungseinrichtung 24 so angesteuert wurde, dass der Schalter S1 sich in seiner Stellung 0 befindet und der Schalter S2 sich ebenfalls in seiner Stellung 0 befindet. Infolgedessen ist also das Batteriemodul 14 unter Ausbildung eines geschlossenen elektrischen Stromkreises mit der Energiequelle 22 verbunden, wobei das Batteriemodul 16 keinen geschlossenen elektrischen Stromkreis mit der Energiequelle 22 bildet. Das Batteriemodul 14 wird also in dieser Schaltungsstellung mittels der Energiequelle 22 geladen. In Fig. 2, the circuit arrangement 10 from Fig. 1 is again shown schematically, wherein the circuit device 24 has been controlled such that the switch S1 is in its position 0 and the switch S2 is also in its position 0. As a result, the battery module 14 is connected to the energy source 22 to form a closed electrical circuit, wherein the battery module 16 does not form a closed electrical circuit with the energy source 22. The battery module 14 is therefore charged in this circuit position by means of the energy source 22.

In Fig. 3 ist eine weitere Schaltungsstellung für die Schaltungsanordnung 10 gezeigt, wobei im hier gezeigten Fall die Schalter S1 und S2 sich in ihrer Stellung 1 befinden, infolgedessen ein geschlossener Stromkreis zwischen dem Batteriemodul 16 und der Energiequelle 22 hergestellt wurde, sodass das Batteriemodul 16 nun mittels der Energiequelle 22 geladen wird. In Fig. 3, a further circuit position for the circuit arrangement 10 is shown, whereby in the case shown here the switches S1 and S2 are in their position 1, as a result a closed circuit has been established between the battery module 16 and the energy source 22, so that the battery module 16 is now charged by means of the energy source 22.

In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 10 schematisch dargestellt. Im vorliegend gezeigten Fall umfasst die Schaltungsanordnung 10 nun drei Batteriemodule 14, 16, 28, die in Reihe geschaltet sind. Die Schaltungseinrichtung 24 umfasst wiederum zwei Schalter S1, S2, wobei jedes der Batteriemodule 14, 16, 28 mit mehreren Anschlüssen 0, 1, 2, 3 elektrisch leitend verbunden ist. Die Schaltungseinrichtung 24 kann so angesteuert werden, dass die Schalter S1, S2 in ihren Schaltstellungen immer so mit den Anschlüssen 0, 1 , 2, 3 verbunden sind, dass jeweils ein Teil der Batteriemodule 14, 16, 28 mit der Energiequelle 22 einen geschlossenen Stromkreis bildet und mittels dieser geladen wird, wobei die restlichen Batteriemodule 14, 16, 28 keinen geschlossenen Stromkreis mit der Energiequelle 22 bilden. Sowohl bei den hier gezeigten Schaltern S1, S2 als auch bei den zuvor gezeigten und nachfolgend gezeigten Schaltern kann es sich insbesondere um elektronische Schalter, vor allem Halbleiterschalter, handeln, da Relais wesentlich schneller verschleißen würden. Fig. 4 shows a schematic representation of another possible embodiment of the circuit arrangement 10. In the case shown here, the circuit arrangement 10 now comprises three battery modules 14, 16, 28 which are connected in series. The circuit device 24 in turn comprises two switches S1, S2, wherein each of the battery modules 14, 16, 28 is electrically connected to a plurality of terminals 0, 1, 2, 3. The circuit device 24 can be controlled such that the switches S1, S2 are always connected to the terminals 0, 1, 2, 3 in their switching positions such that a portion of the battery modules 14, 16, 28 forms a closed circuit with the energy source 22 and is charged by means of this, wherein the remaining battery modules 14, 16, 28 do not form a closed circuit with the energy source 22. Both the switches S1, S2 shown here and the switches shown previously and below can be electronic switches, especially semiconductor switches, since relays would wear out much faster.

In Fig. 5 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 10 schematisch dargestellt. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst wiederum drei Batteriemodule 14, 16, 28, die in Reihe geschaltet sind. Die Schaltungseinrichtung 24 ist im vorliegend gezeigten Fall etwas anders realisiert und umfasst mehr Schalter in Form der Schalter S1, S2, S2.1, S3, S3.1 , S4.1. Zum abwechselnden Aufladen der einzelnen Batteriemodule 14, 16, 28 können die Schalter wie folgt nacheinander betätigt werden. In einem ersten Schritt werden die Schalter S1 und S2.1 geschlossen, um so das oberste der Batteriemodule 14 zu laden. Danach werden die Schalter S2 und S3.1 geschlossen, um dadurch das mittlere der Batteriemodule, also das Batteriemodul 16 zu laden. Danach werden die Schalter S3 und S4.1 geschlossen, um das Batteriemodul 28 zu laden. Diese Schalterstellungen können beispielsweise immer wieder nacheinander durchlaufen werden, um die Batteriemodule 14, 16, 28 zyklisch alternierend immer wieder aufzuladen. Andere Reihenfolgen sind natürlich auch möglich. Another possible embodiment of the circuit arrangement 10 is shown schematically in Fig. 5. The circuit arrangement 10 again comprises three battery modules 14, 16, 28 which are connected in series. The circuit device 24 is implemented somewhat differently in the case shown here and comprises more switches in the form of switches S1, S2, S2.1, S3, S3.1, S4.1. To alternately charge the individual battery modules 14, 16, 28, the switches can be operated one after the other as follows. In a first step, switches S1 and S2.1 are closed in order to charge the topmost battery module 14. Then switches S2 and S3.1 are closed in order to charge the middle battery module, i.e. battery module 16. Then switches S3 and S4.1 are closed in order to charge battery module 28. These switch positions can, for example, be cycled through one after the other in order to charge the battery modules 14, 16, 28 cyclically and alternately. Other sequences are of course also possible.

Die Schaltungsanordnung 10 kann auch weitere Batteriemodule aufweisen, die hier nicht gezeigt worden sind. Es können also auch weitaus mehr als zwei oder drei der Batteriemodule in Reihe geschaltet sein, wobei die Schaltungseinrichtung 24 dann entsprechend ausgestaltet ist, sodass die Vielzahl der Batteriemodule nacheinander mittels der Energiequelle 22 jedes für sich genommen oder auch mehrere auf einmal geladen werden können. Der Ladezustand der jeweiligen Batteriemodule 14, 16, 28 kann beispielsweise fortlaufend überwacht werden, wobei in Abhängigkeit von diesem Ladezuständen die Batteriemodule 14, 16, 28 abwechselnd durch entsprechende Ansteuerung der Schaltungseinrichtung 24 geladen werden können. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Batteriemodule 14, 16, 28 hinsichtlich ihres Ladezustands in einem bestimmten Bereich gehalten werden. Die Frequenz, gemäß welcher die unterschiedlichen Schaltungsstellungen eingenommen werden, kann so gewählt werden, dass überhaupt ein Laden der Batteriemodule 14, 16, 28 gewährleistet wird. Die entsprechenden Schalter der Schaltungseinrichtung 24 müssen also so lange so geschlossen bzw. geöffnet bleiben, dass die Zeit ausreicht, um die betreffenden Batteriemodule 14, 16, 28 mittels der Energiequelle 22 auch nennenswert zu laden. Bei der gewählten Frequenz, gemäß welcher die unterschiedlichen Schaltungsstellungen eingenommen werden, ist darauf zu achten, dass ein vorgegebener Grenzwert für EMV- Emissionen nicht überschritten wird. Darüber hinaus können die Schaltungsstellungen auch so gewählt werden, dass eine vorgegebene Spannungsabweichung zwischen den Batteriemodulen 14, 16, 28 nicht überschritten wird. The circuit arrangement 10 can also have further battery modules that are not shown here. Thus, far more than two or three of the battery modules can be connected in series, in which case the circuit device 24 is designed accordingly so that the multitude of battery modules can be charged one after the other by means of the energy source 22, each one individually or several at once. The charge level of the respective battery modules 14, 16, 28 can, for example, be continuously monitored, wherein, depending on this charge level, the battery modules 14, 16, 28 can be charged alternately by correspondingly controlling the circuit device 24. In this case, it can be provided, for example, that the battery modules 14, 16, 28 are kept within a certain range with regard to their charge level. The frequency according to which the different circuit positions are adopted can be selected such that charging of the battery modules 14, 16, 28 is guaranteed at all. The corresponding switches of the circuit device 24 must therefore remain closed or open for such a long time that there is sufficient time to significantly charge the respective battery modules 14, 16, 28 by means of the energy source 22. When selecting the frequency according to which the different switching positions are adopted, care must be taken to ensure that a specified limit value for EMC emissions is not exceeded. In addition, the switching positions can also be selected so that a specified voltage deviation between the battery modules 14, 16, 28 is not exceeded.

Mittels der beschriebenen Schaltungsanordnung 10 wird also eine einfache und zuverlässige Möglichkeit bereitgestellt, im Fährbetrieb die Batteriemodule 14, 16, 28 immer wieder zyklisch aufzuladen, und so die Reichweite des betreffenden Kraftfahrzeugs unter Zuhilfenahme der als Range Extender dienenden Energiequelle 22 zu verlängern. By means of the described circuit arrangement 10, a simple and reliable possibility is provided for repeatedly and cyclically charging the battery modules 14, 16, 28 during ferry operation, and thus extending the range of the motor vehicle in question with the aid of the energy source 22 serving as a range extender.

BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE SYMBOL LIST

10 Schaltungsanordnung 12 Bo rd netz 14 Batteriemodul 16 Batteriemodul 18 Spannungsabgriff 20 Spannungsabgriff 10 Circuit arrangement 12 On-board network 14 Battery module 16 Battery module 18 Voltage tap 20 Voltage tap

22 Energiequelle 24 Schaltungseinrichtung 26 Steuerung 28 Batteriemodul S1 Schalter S2 Schalter 22 Energy source 24 Circuit device 26 Control 28 Battery module S1 Switch S2 Switch

S2.1 Schalter S3 Schalter S2.1 Switch S3 Switch

S3.1 Schalter S3.1 switch

S4.1 Schalter U Nennspannung der Batteriemodule 0 Anschluss 1 Anschluss 2 Anschluss 3 Anschluss S4.1 Switch U Nominal voltage of the battery modules 0 Connection 1 Connection 2 Connection 3 Connection

Claims

PATENT CLAIMS

1. Circuit arrangement (10) for an on-board network (2) of a vehicle, in particular for a high-voltage on-board network of an electrically powered motor vehicle, comprising a series connection of several battery modules (14, 16, 28) which are permanently connected in the form of a closed circuit to a voltage tap (18, 20) of the circuit arrangement (10), which is designed to provide electrical energy for at least one consumer of the on-board network (12); an energy source (22) for providing direct current for charging the battery modules (14, 16, 28); a circuit device (24) which is designed to alternately charge the battery modules (14, 16, 28) and to be operated in different circuit positions in which some of the battery modules (14, 16, 28) are connected to the energy source (22) to form a closed electrical circuit and the remaining battery modules (14, 16, 28) do not form a closed electrical circuit with the energy source (22), wherein in all circuit positions the energy source (22) does not form a closed circuit with the voltage tap (18, 20); a controller (26) which is designed to control the circuit device (24) to assume the different circuit positions depending on the respective charge states of the battery modules (14, 16, 28).

2. Circuit arrangement (10) according to claim 1, wherein the energy source (22) comprises a plurality of fuel cells.

3. Circuit arrangement (10) according to claim 1 or 2, wherein the energy source (22) comprises an internal combustion engine, in particular a Wankel engine, and a generator drivable by the latter.

4. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the controller (26) is designed to control the circuit device (24) in such a way that that only one of the battery modules (14, 16, 28) is charged at a time by means of the energy source (22).

5. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the controller (26) is designed to control the circuit device (24) such that several of the battery modules (14, 16, 28) are charged simultaneously by means of the energy source (22).

6. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the nominal voltage of the energy source (22) is at least as high as the nominal voltage (II) of the individual battery modules (14, 16, 28) and smaller than the sum of the nominal voltages of the individual battery modules (14, 16, 28).

7. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the nominal voltage (II) of the battery modules (14, 16, 28) is the same.

8. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the circuit device (24) has a plurality of switches (S1, S2, S2.1, S3, S3.1, S4.1),

- each of the battery modules (14, 16, 28) is electrically connected to a plurality of terminals (0, 1, 2, 3); the controller (26) is designed to control the circuit device (24) such that the switches (S1, S2, S2.1, S3, S3.1, S4.1) in their switching positions are always connected to the terminals (0, 1, 2, 3) such that a portion of the battery modules (14, 16, 28) forms a closed circuit with the energy source (22) and is charged by means of this, wherein the remaining battery modules (14, 16, 28) do not form a closed circuit with the energy source (22).

9. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the battery modules (14, 16, 28) connected in series provide a voltage of more than 48 V, in particular of at least 400 V or 800 V.

10. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the controller (26) is designed to control the circuit device (24) in such a way that that the battery modules (14, 16, 28) are charged cyclically one after the other by means of the energy source (22).

11. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein there is a direct connection without DC-DC converter between the energy source (22) and the battery modules (14, 16, 28) while the respective battery modules (14, 16, 28) are charged by means of the energy source (22).

12. Method for operating a circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, in which, depending on the respective charge states of the battery modules (14, 16, 28), the circuit device (24) is controlled to assume the different circuit positions and thereby the battery modules (14, 16, 28) are alternately charged by means of the energy source (22).

13. The method according to claim 12, wherein the battery modules (14, 16, 28) are alternately charged by means of the energy source (22) such that the battery modules (14, 16, 28) are kept in a certain range with regard to their state of charge.

14. Method according to claim 12 or 13, wherein the frequency according to which the different switching positions are assumed is selected such that at least one of the following criteria is met: charging of the battery modules (14, 16, 28) is ensured; a predetermined limit value for EMC emissions is not exceeded; a predetermined voltage deviation between the battery modules (14, 16, 28) is not exceeded.

15. Motor vehicle with a circuit arrangement (10) according to one of claims 1 to 11.