本发明涉及一种电池存储系统，该电池存储系统尤其用于车辆、用于对至少一个电动车辆功能件供应电力，借助于第一供应分支和第二供应分支该至少一个电动车辆功能件被冗余地连接至该电池存储系统，该电池存储系统具有：第一接头和第二接头以及至少一个接地连接，该第一接头和该第二接头用于连接至该第一供应分支和该第二供应分支；连接线，该连接线连接该第一接头和该第二接头。
此外，本发明涉及一种机载电力系统，该机载电力系统尤其用于车辆、用于对至少一个电动车辆功能件供应电力，借助于第一供应分支和第二供应分支该至少一个电动车辆功能件被冗余地连接至该电池存储系统，该机载电力系统具有上述电池存储系统。
本发明还涉及一种具有上述机载电力系统的车辆。
背景技术：
在当前车辆中，车辆功能件越来越多地是电控制的。原则上，这基本上涉及不同的领域，从借助于针对油门和制动器的踏板控制或转向运动的传动系的发动机控制直到车辆的空调系统或其他系统。
借助于机载电力系统来对这种类型的电力系统供应电能。机载电力系统通常具有12伏电压，其中，还越来越多地使用具有24伏、48伏或甚至更高的机载电力系统或至少多个子网络。几百伏通常被供应给电力驱动器。
由于越来越多的辅助系统整合在车辆中从而准许直至自动驾驶的功能范围，机载电力系统必须满足适当的安全条件以便确保驾驶时的安全性。在此情况下通常已知的是，借助于冗余机载电力系统来为安全性相关的电动车辆功能件(例如，电动转向系统、电动制动器或车辆的传感器系统的至少一部分)供应电力以便甚至在机载供电系统故障的情况下提供增加的可用性。因此，安全性相关的系统被连接至这两个机载电力系统。
此外，原则上已知的是，设计总体上冗余的安全性相关的系统。因此，每个系统被以双重方式实施，其中，这些系统中的每个系统被连接至相应的机载电力系统。
在此连接中，例如，de102013225020a1披露了一种具有基本机载电力系统的机载电力系统，该基本机载电力系统具有至少一个能量源。使用负载来连接至少一个负载组，这些负载仅对用于借助于两个通道从能量源供应电能的基本机载电力系统呈现一次，其中，仅呈现一次的这些负载中的每个负载被连接至用于借助于两个通道从能量源供应电能的基本的机载电力系统，其中，使用冗余负载来将至少一个另外的冗余负载组连接至用于借助于两个通道从能量源供应电能的基本机载电力系统，其中，这些冗余负载中的每个冗余负载被连接至用于借助于两个通道中的恰好一个通道从能量源供应电能的基本机载电力系统。
de102013221578a1进一步披露了一种用于车辆的电子装置。该装置具有：第一电压接口，该第一电压接口用于将该装置连接至用于提供第一电压的第一电压源；第二电压接口，该第二电压接口用于将该装置连接至用于提供第二电压的第二电压源；功率元件，可以使用该第二电压来操作该功率元件；以及控制电路，该控制电路用于控制该功率元件。该装置进一步具有第一联接元件和第二联接元件，该第一联接元件和该第二联接元件各自被配置成用于准许从联接元件的输入到输出的电流流动、并且在逆向上阻止所述电流流动。该装置进一步具有隔离元件，该隔离元件具有第一输入和第一输出，该第一输出与该第一输入电流地脱离联接，其中，该第一输入被连接至联接元件的输出。该装置进一步具有电压转换器，该电压转换器被连接在该隔离元件的第一输出与该控制电路的第一供电电压输入之间。
技术实现要素：
从上述现有技术出发，本发明因此所基于的目的是，指明一种电池存储系统、一种具有这种类型的电池存储系统的机载电力系统、以及一种具有这种类型的机载电力系统的车辆，该电池存储系统、该机载电力系统以及该车辆增加了驾驶安全性并且在电力供应、尤其在安全性相关的控制器件和功能件中提供了高度可靠性。
该目标是根据本发明通过从属权利要求的这些特征来实现的。在从属权利要求中指明了本发明的有利改进。
因此，根据本发明指明了一种电池存储系统，该电池存储系统尤其用于车辆、用于对至少一个电动车辆功能件供应电力，借助于第一供应分支和第二供应分支该至少一个电动车辆功能件被冗余地连接至该电池存储系统，该电池存储系统具有：第一接头和第二接头以及至少一个接地连接，该第一接头和该第二接头用于连接至该第一供应分支和该第二供应分支；连接线，该连接线连接该第一接头和该第二接头；交叉分离切换装置，该交叉分离切换装置被安排在该连接线中以便中断所述连接线；第一能量存储单元，该第一能量存储单元被连接至位于该第一接头与该交叉分离切换装置之间的该连接线；以及第二能量存储单元，该第二能量存储单元被连接至位于该第二接头与该交叉分离切换装置之间的该连接线。
此外，根据本发明指明了一种机载电力系统，该机载电力系统尤其用于车辆、用于对至少一个电动车辆功能件供应电力，借助于第一供应分支和第二供应分支该至少一个电动车辆功能件被冗余地连接至该电池存储系统，该机载电力系统具有上述电池存储系统，其中，该第一供应分支被连接至该第一接头，并且该第二供应分支被连接至该第二接头，并且该接地连接被连接至该机载电力系统的接地。
根据本发明，此外指明了一种具有上述机载电力系统的车辆。
因此，本发明的基本概念是使电池存储系统实施成具有两个单独的能量存储单元，以便一方面准许在各自情况下使用这些能量存储单元中的一个能量存储单元将供应分支连接至这些连接的单独操作、并且另一方面能够冗余地对这两个供应分支供应电能。在这些供应分支之一故障的情况下，相应的另一个供应分支因此可以继续操作。当第一供应分支中断时，可以借助于第二供应分支相应地继续操作至少一个电动车辆功能件(例如，电动转向系统、电动制动器或另一系统)，反之亦然。使用与连接线并联连接的两个能量存储单元还产生相对于能量存储单元的冗余，这样使得当一个能量存储单元故障时，至少未被所述能量存储单元供应电力的这个供应分支能够继续被供以电力。因此，可以通过交叉分离切换装置来使这两个供应分支电隔离，该交叉分离切换装置还分别在对应的供应分支和能量存储单元产生故障的隔离。
电动车辆功能优选地是安全性相关的车辆功能，其结果是可以通过借助于这两个供应分支的冗余供应来满足安全性要求。在此情况下，可以通过单个器件(例如，控制器件)来实现安全性相关的车辆功能，该单个器件被冗余地连接至这两个供应分支、并且在一个供应分支故障的情况下可以借助于另一个供应分支而被供以能量。可替代地，例如，可以通过两个独立器件(例如，两个控制器件)来实现电动车辆功能，这两个独立器件以冗余的方式提供相同的功能。在此情况下，每个单独器件被连接至这两个供应分支的另一个供应分支。在后一种情况下，代之以一个供应分支，这两个冗余器件之一可能出现故障，而电动车辆功能不会受损。
机载电力系统优选地是具有12伏的低电压网络。可替代地，机载电力系统还可以具有与其偏离的24伏、48伏或甚至更高的电压，或者借助于电压转换器来将这两个供应分支彼此连接，其方式使得所述供应分支携带不同的电压。
能量存储单元优选地被实施为可再充电的能量存储单元、优选地被实施为电池存储器。
原则上，可以根据需要选择能量存储单元的幅值，其中，能量存储单元通常不向电力驱动器提供任何能量。原则上，可以想像用于能量存储单元的不同的电容量和构型，例如，根据车辆中被供以电力的负载量及其电力需求。根据电力负载的总量和相应的供应分支中的必需的电力、能量以及动力，优选地选择单独能量存储单元的幅值。原则上，还可以提供另外的能量存储单元和/或供应分支。例如，可以根据针对增加的冗余在此描述的相同原理使用三个并联供应分支来扩展机载电力系统和电池存储系统。
在本发明的有利改进中，交叉分离切换装置被实施为具有半导体切换元件。这准许切换过程的迅速执行以便在故障的情况下使这两个供应分支隔离。作为其替代方案或除此之外，交叉分离切换装置包括接触器。半导体切换元件准许切换过程的迅速执行，并且接触器本身被证明为具有高度可靠性的切换元件。交叉分离切换装置尤其优选地包括接触器的串联电路，该串联电路具有至少一个半导体切换元件或切换单元，该切换单元具有多个半导体切换元件。
在本发明的有利改进中，电池存储系统具有第一断路开关和/或第二断路开关，该第一断路开关和/或该第二断路开关分别将该第一能量存储单元和该第二能量存储单元连接至连接线。由于相应的能量存储单元被电隔离，第一断路开关和/或第二断路开关确保分别对于第一能量存储单元和第二能量存储单元防过载保护。在一个能量存储单元故障的情况下，例如，对应的能量存储单元因此可以与这两个供应分支隔离。当交叉分离切换装置闭合时，这两个供应分支因此可以通过相应的另一个能量存储单元共同地被供以电力。在这些供应分支之一短路的情况下，首先可以致动该交叉分离切换装置以便使这两个供应分支电隔离。此外，可以通过断路开关来隔离连接至具有短路的供应分支的能量存储单元以便防止过载。断路开关可以具有接触器和/或安全熔断器和/或至少一个半导体切换元件。半导体切换元件准许切换过程的迅速执行，安全熔断器提供针对热过载的保护，并且接触器本身被证明为具有高度可靠性的切换元件。
在本发明的有利改进中，该电池存储系统具有第一接地连接和第二接地连接，该电池存储系统具有接地交叉连接部，该接地交叉连接部连接该第一接地连接和该第二接地连接，该接地交叉连接部被实施为具有接地断路开关以便中断该接地交叉连接部，第一能量存储单元被连接至位于该第一接地连接与该接地断路开关之间的该接地交叉连接部，并且第二能量存储单元被连接至位于该第二接地连接与该接地断路开关之间的该接地交叉连接部。因此，还可以防止在接地连接上对于电池存储系统的操作存在潜在危险的电流。接地断路开关优选地与交叉分离切换装置并联地驱动，其结果是接地连接还可以与该连接线在同一时间隔离。接地断路开关可以被实施为与交叉分离切换装置成一体、例如可以被实施为双极开关，该双极开关既用作交叉分离切换装置的一部分，也用作接地断路开关。原则上，接地断路开关的设计可以与交叉分离切换装置的设计一样。
在本发明的有利改进中，电池存储系统包括电池管理系统。例如，电池管理系统可以执行用于通过监测充电和放电电流来监测这两个能量存储单元的功能的常规任务。此外，电池管理系统可以在这两个能量存储单元之间传递能量以便确保这两个供应分支的最大可用性。电池管理系统可以被实施为用于两个能量存储单元的单个电池管理系统。作为其替代方案或除此之外，这些能量存储单元中的每个能量存储单元包括单独的电池管理系统。这两个能量存储单元的这些单独的电池管理系统优选地由将所述功能作为主要功能的这两个能量存储单元的这些单独的电池管理系统之一或由电池存储系统层面上的上级电池管理系统共同地驱动。使用出于通过交叉分离切换装置隔离供应分支的目的的电池管理系统来优选地实现同步。在此情况下，与对应的供应分支相关联的能量存储器还优选地与供应分支隔离(例如，借助于断路开关)。优选以同步的方式致动交叉分离切换装置和断路开关。
在本发明的有利改进中，电池存储系统包括通信接口，例如can或fxr。可以借助于通信接口将电池存储系统连接至车辆的中央控制单元以便交换信息和接收控制命令。通信接口优选地被实施为提供关于第一能量存储单元和第二能量存储单元的电池管理系统的附加信息。
在本发明的有利改进中，电池存储系统被实施为模块组件。因此，电池存储系统可以被组装、并且根据需要以简单的方式作为单元被替换。另一方面，还可以以模块的方式实施电池存储系统的单独部件。模块组件优选地被实施为具有周围壳体。
在本发明的有利改进中，电池存储系统具有周围壳体。壳体优选地被实施为绝缘壳体。第一接头和第二接头、以及至少一个接地连接优选地被提供在壳体上作为接线端子。
在本发明的有利改进中，该电池存储系统具有监测单元，该监测单元用于监测该第一供应分支和/或该第二供应分支，并且该监测单元被实施为根据该第一供应分支和/或该第二供应分支的监测来操纵该交叉分离切换装置。因此，该监测单元监测对于两个供应分支的供应以便立即识别故障。这涉及监测单元，该监测单元还监测能量存储单元以便识别在此出现的故障。在此情况下，可以使用相应的能量存储单元的电池管理系统来详细地执行监测，在出现故障的情况下，该电池管理系统将故障报告给该监测单元。原则上，监测单元还可以被实施和安排成与电池存储系统分开，例如作为机载电力系统的一部分。基于识别的故障的该监测系统来操纵交叉分离切换装置。
在本发明的有利改进中，该电池存储系统被实施为在正常运行过程中闭合该交叉分离切换装置、并且在诊断模式暂时地断开该交叉分离切换装置。这不仅仅是交叉分离切换装置本身的功能，可以通过交叉分离切换装置的暂时操纵来检查该功能。此外，还可以由此诊断出对于这两个供应分支的供应。
在本发明的有利改进中，该第一能量存储单元和该第二能量存储单元被实施为锂基能量存储单元、尤其被实施为lifepo电池。已经证明锂基能量存储器本身由于其重量及其存储容量而用于车辆领域。lifepo电池涉及具有3.2伏或3.3伏电池电压的锂基铁磷酸盐。所使用的阴极材料是锂铁磷酸盐(lifepo4)。阳极由具有嵌有锂的石墨或硬碳组成。例如，在机械损坏的情况下，lifepo电池不倾向于经受热逃逸，其结果是在事故情况下可以确保车辆安全性。
附图说明
下文中将通过举例、参考附图并且基于多个优选示例性实施例来解释本发明，其中下文所呈现的这些特征可以各自单独地或组合地构成本发明的一个方面。
在这些附图中：
图1：示出了根据本发明的第一优选实施例的车辆的示意图示，该车辆具有机载电力系统，该机载电力系统具有两个冗余供应分支和电池存储系统，
图2：示出了根据第一实施例的车辆的机载电力系统的示意图示，该机载电力系统具有两个供应分支和电池存储系统，并且
图3：示出了第一实施例的电池存储系统的第一能量存储单元和第二能量存储单元的示意图示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一优选实施例的车辆10。车辆10包括机载电力系统12，该机载电力系统用于对多个电动车辆功能件14供应电力。图2中单独地展示了机载电力系统12。在这个示例性实施例中，机载电力系统12是具有12伏dc电压的低电压网络。可替代地，机载电力系统12被实施成具有24伏或48伏的电压。在第一示例性实施例的车辆10中，电动车辆功能件14包括电动转向系统14a和电动制动器14b。电动车辆功能件14被连接至第一供应分支16和第二供应分支18。第一供应分支16和第二供应分支18形成用于电动车辆功能件14的冗余供应，也就是说，车辆功能件14与两个供应分支16、18并联地相连接，所述供应分支作为单个器件，例如如图1中所展示的用于制动器14b和转向系统14a的控制器件。可替代地，电动车辆功能件14各自可以具有两个冗余电动器件(例如，控制器件)，可替代地借助于两个供应分支16、18之一，这两个冗余电动器件被分别供以电力。
机载电力系统12包括电池存储系统20。该电池存储系统20包括第一接头22和第二接头24，该第一接头和该第二接头相应地被连接至该第一供应分支16和该第二供应分支18。此外，电池存储系统20包括第一接地连接26和第二接地连接28，该第一接地连接和该第二接地连接被连接至机载电力系统12的接地30。
电池存储系统20进一步包括连接线32，该连接线连接该第一接头22和该第二接头24，其中，交叉分离切换装置34被安排在连接线32中以便中断所述连接线。在这个示例性实施例中，交叉分离切换装置34被实施为具有半导体切换元件和接触器。在此情况下，这些半导体切换元件形成切换单元，该切换单元与该接触器串联地安排。
电池存储系统20还包括接地交叉连接部36，该接地交叉连接部连接该第一接地连接26和该第二接地连接28。在此情况下，接地交叉连接部36被实施成具有接地断路开关38，该接地断路开关原则上是任选的以便中断该接地交叉连接部36。根据交叉分离切换装置34，接地断路开关38被实施为具有串联电路，该串联电路由切换单元和接触器组成，该切换单元具有半导体切换元件。
电池存储系统20包括第一能量存储单元40，该第一能量存储单元被连接至位于第一接头22与交叉分离切换装置34之间的连接线32、并且被连接至位于第一接地连接26与接地断路开关38之间的接地交叉连接部36。电池存储系统20包括第二能量存储单元42，该第二能量存储单元被连接至位于第二接头24与交叉分离切换装置34之间的连接线32、并且被连接至位于第二接地连接28与接地断路开关38之间的接地交叉连接部36。图3中详细地展示了第一能量存储单元40和第二能量存储单元42。
该第一能量存储单元40和该第二能量存储单元42被实施为可再充电的锂基能量存储单元40、42。在这个示例性实施例中，这两个能量存储单元40、42被具体地实施为lifepo电池(锂铁磷酸盐电池)。这两个能量存储单元40、42分别具有相同数量的单独电池单元43，这些单独电池单元被串联连接以便供应约12伏的电压。第一能量存储单元40相应地具有两个并联的单独的电池单元，并且第二能量存储单元42具有仅一个单独的电池单元43，其结果是与第二能量存储单元42相比，第一能量存储单元40可以供应更高的电流。可以在图3中找到第一能量存储单元40和第二能量存储单元42的设计细节。
第一能量存储单元40和第二能量存储单元42在各自情况下相应地具有第一断路开关44和第二断路开关46，借助于该第一断路开关和该第二断路开关，这些单独的电池单元43以可分离的方式连接至连接线32。致动时，第一断路开关44和第二断路开关46分别使相应的能量存储单元40、42的单独的电池单元43与连接线32隔离。
电池存储系统20还包括两个电池管理系统48，这两个电池管理系统用于监测这两个能量存储单元40、42的功能。因此，这两个能量存储单元40、42中的每个能量存储单元与电池管理系统48相关联，该电池管理系统监测相应的能量存储单元40、42、并且在需要时致动相关联的断路开关44、46。
另外，电池存储系统20包括通信接口50，该通信接口在这个示例性实施例中被实施为用于连接至can总线52。借助于通信接口50和can总线52，该电池存储系统20被连接至车辆10的中央控制单元54。通信接口50还提供关于第一能量存储单元40和第二能量存储单元42的电池管理系统48的信息。
该电池存储系统20进一步具有监测单元56，该监测单元用于监测该第一供应分支16和该第二供应分支18。该监测单元56详细地监测对于两个供应分支16、18的供应以便立即识别故障。为此目的，在各个情况下，使用测量连接58将监测单元56连接至第一供应分支16和第二供应分支18。此外，监测单元56借助于电池管理系统48监测能量存储单元40、42以便识别在此出现的故障。监测单元56进一步被实施为根据第一供应分支16和第二供应分支18的监测来同时且并联地操纵交叉分离切换装置34和接地断路开关38，以便使用对应的能量存储单元40、42来隔离这两个供应分支16、18。在识别出故障的情况下，还借助于对应的断路开关44、46来使故障的供应分支16、18的能量存储单元40、42电隔离。
在替代性实施例中，监测单元56作为机载电力系统12的一部分而与电池存储系统20分开地实施和安排。
该电池存储系统20被总体上实施为模块组件。此外，第一能量存储单元40和第二能量存储单元42在电池存储系统20中还以模块的方式实施，其结果是所述能量存储单元是可互换的。
电池存储系统20包括周围壳体60，该周围壳体被实施为绝缘壳体。第一接头22和第二接头24、以及第一接地连接26和第二接地连接28被提供在壳体60上作为接线端子。在不具有接地断路开关38的电池存储系统20的替代性改进中，仅一个接线端子被提供在壳体60上作为共同的接地连接。