本发明涉及一种用于机动车的能量系统和一种用于给能量系统的至少一个电蓄能器充电的方法。
背景技术：
电动车或混合动力车分别具有至少一个电蓄能器，该电蓄能器用作动力电池并存储电能，机动车的电机将电能转换为驱动功率。为了使车辆的续驶里程最大化，期望的是电蓄能器的尽可能大的充电容量。
为了给电蓄能器充电，这种机动车具有至少一个电的充电接口，也就是说至少一个电连接端。通过这种充电接口可以使机动车耦合于固定的充电站，以便给机动车的蓄能器充电。
由实践已知的电动车以及混合动力车具有被设计为充电插座的电的充电接口，以便为了给电蓄能器充电而使机动车通过充电缆线耦合于固定的充电站。以作好充电准备的方式停放的机动车的蓄能器单元为了充电借助充电缆线与外部能源连接。
然而，蓄能器单元的充电过程通常是非常耗时的。不可能显著缩短充电持续时间，这是因为被设置为用于给蓄能器单元充电的外部能源特别在充电电流方面受到限制。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种用于给机动车的电蓄能器充电的方法，和一种用于实施该方法的控制装置以及一种用于机动车的能量系统，由此能缩短充电过程。
由文献de102015004119a1提出一种具有电蓄能器和两个车辆侧的充电接口的机动车。两个充电接口被以相同方式构造并且为了并行地给电蓄能器充电而能分别与外部的充电设备耦合。
文献de102013102576a1公开了一种控制装置和一种用于给机动车的电蓄能器充电的方法。在此，电蓄能器同时通过至少两个电的充电接口并因此同时通过至少两个电连接端充电。为此使用一个具有至少两个电连接端的充电站或各具有一个电连接端的两个充电站。
文献de102011010227a1公开了一种具有用于存储电能的蓄能器单元的机动车。蓄能器单元能被细分成单独的组，其中，为所述单独的组中的每个组都分配有充电连接端元件，使得这些组能单独地并且同时地通过外部能源充电。
所述目的根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的方法、以及一种具有权利要求7的特征的能量系统来实现。本发明的设计方案和改进方案由从属权利要求中得出。
本发明的主题是一种用于给机动车的至少一个电蓄能器充电的方法，其中，所述蓄能器在充电过程持续期间被分成至少两个相同的子蓄能器且将这至少两个子蓄能器串联连接。
在方法的一个实施方式中，所述至少一个电蓄能器包括多个单体或单体模块，所述至少一个电蓄能器被细分成或能被细分成分别包括至少一个电池单体或单体模块的至少两个子蓄能器，其中，子蓄能器能被选择性地并联或串联连接。
根据本发明，在充电过程期间机动车的电蓄能器被分成至少两个相同的、串联连接的子蓄能器(或组)。由此实现电蓄能器的输出电压的多倍增加，因此也使最大可用的充电电压多倍增加。由此能实现对于机动车的电蓄能器的特别快速的充电过程。
根据本发明，蓄能器单元被细分成至少两个单独的组，或者蓄能器单元所包括的电池单体或单体模块被编组成至少两个组，所述至少两个组分别包括至少一个电池单体或单体模块。在所述方法的一个实施方式中，蓄能器单元被细分成两个相同的组。在方法的另一个实施方式中，蓄能器单元被细分成三个相同的组。在方法的又一个实施方式中，蓄能器单元被细分成四个相同的组。在机动车的行驶运行中取消细分，也就是说这些组被并联连接。在方法的一个实施方式中，至少一个电蓄能器被分成n个相同的子蓄能器，其中，n是大于2的整数。
组是大小相同的。原则上可以根据蓄能器单元所包括的电池单体或单体模块的数量以不同方式细分电池单体或单体模块。例如可以在编组时将包括60个电池单体的蓄能器单元分成两组，每组包括30个单体，在细分成三个组时，每组包括20个单体，在细分成四组时，每组包括15个单体。
在充电过程持续期间，这些组被串联连接。因此基本上由于下述原因实现充电时间缩短，即，如果组被串联连接，则可以在充电过程期间使用比这些组并联连接时高得多的充电电压。在将蓄能器细分成n个相同的、串联连接的子蓄能器时，充电电压可以是单独的子蓄能器的充电电压的n倍。在预设的最大充电电流的情况下由此也得出n倍的充电功率。
在方法的一个实施方式中，所述至少一个蓄能器根据为充电过程而提供的充电电压而被分成子蓄能器。在一个特殊的实施方式中，子蓄能器的额定电压的总和小于或等于所提供的充电电压。
当然，在机动车运行时不会由于蓄能器细分成组而对于蓄能器单元的有效功率的产生不利影响，这是因为尤其在蓄能器单元的充电过程的范围内进行细分成组并且随后再次取消分组。
可能的是，在出厂时就已经将蓄能器细分成相应的组。在一个实施方式中，机动车的电蓄能器具有两个子蓄能器。子蓄能器通过开关装置能电连接成并联电路或能电连接成串联电路。为此，控制装置可以驱控开关装置。在机动车行驶运行期间，电的子蓄能器通过开关装置并联连接。在充电运行期间，子蓄能器通过开关装置连接成串联电路。在两个子蓄能器分别被构造成具有400v额定电压的电池的情况下，在串联电路中实现具有800v额定电压的蓄能器。在充电过程结束之后，子蓄能器通过开关装置重新并联连接。
本发明的另一个实施方式提出，电蓄能器具有第一子蓄能器和第二子蓄能器，所述第一子蓄能器和第二子蓄能器在机动车中彼此电流隔离并且是所谓的多电机方案(mehr-maschinen-konzept)的一部分。因此例如可以将第一子蓄能器用于驱动机动车的前桥和将第二子蓄能器用于驱动机动车的后桥。两个子蓄能器为了给蓄能器充电而被串联连接并且在充电过程结束之后重新彼此电流隔离。两个子蓄能器例如可以被构造成低压电池。通过接通开关装置，两个低压电池可以为了充电而被串联连接，其中，电蓄能器随后以有利的方式被构造成高压电池。高压电池在此理解为提供在700v和900v之间、特别是800v的电压的电池。低压电池在此理解为提供在350v和450v之间、特别是400v的电压的电池。
通过在充电过程期间将两个子蓄能器串联连接、也就是说通过临时将蓄能器额定电压增至二倍，在预设的充电电流的情况下，可以由充电设备获取的充电功率是在子蓄能器的并联电路的情况下的两倍大。
在方法的另一个实施方式中提出，动态地细分蓄能器，其中，根据在充电过程中使用的外部能源的功率特征、例如提供的最大充电电压或最大充电电流进行蓄能器的细分。
为了进行充电，电蓄能器通过充电接口与外部能源、例如充电桩或充电站连接，该充电桩或充电站可以提供相当于电蓄能器中的子蓄能器的数量与单个子蓄能器的额定电压的乘积的充电电压。
本发明的优点特别在于，待充电的电蓄能器具有下述的电压水平，该电压水平最大相当于相应的外部能源(充电站)的最大充电电压的一半。因此例如，待充电的电蓄能器可以具有约400v的电压水平，充电站可以具有约800v的电压水平。通过本发明可以缩短为了给电蓄能器充电所需要的时间。
在方法的一个实施方式中，至少一个电蓄能器包括电动车或混合动力车的至少一个动力电池。
本发明的主题也涉及一种用于机动车的能量系统，该能量系统包括至少一个电蓄能器，所述至少一个电蓄能器被设置成，可逆地分成至少两个相同的、串联连接的子蓄能器，该能量系统还包括与蓄能器连接的充电接口，该充电接口用于借助提供电能的外部能源给至少一个电蓄能器充电。
能量系统具有至少一个、包括一定数量的电池单体或单体模块的蓄能器，以用于存储电能。如果机动车处于作好充电准备的状态中，则蓄能器可以通过充电接口例如借助充电缆线与提供电能的外部能源连接，以用于充电。
充电接口可以是通过相应的充电缆线能联接直流电压充电站的充电接口；或者是通过充电缆线能连接交流电压充电站的充电接口。充电接口可以是充电插座，通过该充电插座能通过充电缆线联接三相电压充电站。
在一个特殊的实施方式中，充电接口能联接在感应式充电站上：感应式充电站产生磁场，通过该磁场能使机动车通过充电接口无接触地耦合于充电站，以便因此给电蓄能器充电。
为了给蓄能器充电所使用的充电站可以具有不同的电压类型、例如交流电压和直流电压，和/或不同的最大充电电压和/或不同的最大充电电流。此外可以使用通过缆线连接的充电站或具有无接触的充电接口的充电站。
在能量系统的一个实施方式中，为所述至少一个电蓄能器配设有控制装置，该控制装置被设置成将至少一个电蓄能器细分成子蓄能器，也就是说将蓄能器的一定数量的电池单体或单体模块划分成组，选择性地使子蓄能器(或组)并联或串联连接。
控制装置可以根据不同的参数或根据预设的或可能情况下可由操作者预设的模式将蓄能器单元细分成单个的组。同样地，控制装置也可以被设计为用于控制电的开关设备，该开关设备被设计成，使蓄能器的至少两个组并联或串联连接。如已经说明的，控制装置控制或调节电蓄能器的充电。
在一个实施方式中，控制装置被设计成，将蓄能器所包括的电池单体或单体模块动态地细分成单个的组，或者电池单体或单体模块可以任意地组合成单个的组。对此，控制装置被设计为用于——特别是以电的方式——控制触点或开关器件，通过该触点或开关件能将蓄能器的电池单体或单体模块任意地联接成组。同样地，通过对触点或开关件的驱控能实现，任意地分解或重新形成产生的组。
在能量系统的一个实施方式中，控制设备与通信装置连接，该通信装置被设置为用于，与外部能源通信并协调充电过程。在此，通信装置可以为外部能源规定例如充电电压的值。为了协调充电过程，通信装置与外部能源和电蓄能器的控制设备通信。由此可以可靠地保证对电蓄能器的充电。
在一个实施方式中，能量系统具有与控制装置通信的检测装置，该检测装置被设置为用于检测充电接口与外部能源的连接，必要时检测外部能源的电源容量/网络容量。
适宜的是，能量系统具有与控制装置通信的检测装置，该检测装置用于检测充电接口与外部能源、例如充电站之间的连接，其中，控制装置被设计为用于，根据由检测装置提供的检测结果将蓄能器细分成组。如果检测装置检测到与充电接口连接的外部能源、例如充电桩，则控制装置将蓄能器细分成组。
在一个实施方式中提出，检测装置被设置成，在检测到外部能源与充电接口连接时检测外部能源的电源容量，控制装置被设置成，根据由检测装置提供的检测结果将蓄能器细分成组。相应地，通过控制装置能以个别地适配于相应的外部能源的方式将蓄能器细分成组或能实现电池单体或单体模块的编组，从而可以建立并实施最佳的蓄能器充电策略。电源容量可以通过相应的、与检测装置通信的传感器检测。
如果被检测到的外部能源的充电电压例如是蓄能器额定电压的两倍高，则控制装置将蓄能器细分成两个相同大小的组。相应也适用于充电电压是蓄能器额定电压的三倍或四倍的情况，也就是说，在考虑到能由连接的外部能源提供的充电电压的情况下动态地细分蓄能器。
在本发明的改进方案中，与控制装置通信的检测装置可以被设计为用于检测蓄能器和/或相应的组和/或电池单体或单体模块的荷电状态，并用于输出至少一个关于相应的荷电状态的信息。相应地，操作者始终被告知蓄能器或相应的组和/或电池单体或单体模块的当前荷电状态。信息信号还可以包含：关于要等待的充电时间或充电剩余时间或由于充电过程而大致产生的费用的说明，即在蓄能器充电之前或期间可能令操作者感兴趣的说明。
此外有利的是，检测装置也被设计为用于检测蓄能器和/或与蓄能器连接的充电接口以及可能还有充电缆线的功能作用，并用于根据检测结果向操作者输出信息信号。因此可能的是，为操作者提供下述信息，即，充电过程是否原则上是可能的，也就是说关于所有直接或间接与充电过程有关的部件的运行性能或准备运行状态的信息，上述部件特别是：电触点、在外部能源和蓄能器之间的电连接和/或在蓄能器和由该蓄能器馈送电能的机动车部件之间的电连接。
优选地在作好充电准备地停放机动车之后自动执行功能作用的检验和信息信号的发出。可以额外地在充电过程期间重复一次或重复多次对功能作用的检验。
适宜的是，信息信号能通过至少一个机动车侧的输出装置输出。在机动车侧安装的输出装置可以例如是在充电连接端元件的区域中的输出装置，例如光学的显示装置、如发光二极管，或也可以是安装在机动车内室中的输出装置、例如显示器或扬声器。在一个另选的实施方式中，信息信号以无线电信号方式通过在机动车侧的发射装置与操作者侧的接收装置之间的无线电连接传输给操作者，信息信号也就不被在机动车本身上输出，而是由机动车通过发射装置传输给操作者侧的接收装置。操作者侧的接收装置可以例如是操作者侧的、特别是移动的发射和接收装置的一部分，例如是移动电话或所谓的智能电话的一部分。待传输的信息信号可以是声学的和/或光学的类型。也可以考虑触觉的输出，例如通过振动方式输出。当然也可能的是，不仅在机动车侧输出信息信号而且也向操作者侧的接收装置传输信息信号。
蓄能器优选地被配设给机动车的动力装置、特别是设计为动力装置的电动机。就此而言，机动车优选地可以理解为至少部分电运行的机动车、也就是说混合动力车或纯电动车、例如以电池运行的纯电动汽车(bev)或燃料电池汽车。在例外情况下，蓄能器也可以被配设给机动车的其它部件、例如安装在机动车中的停车采暖装置。
本发明还涉及一种充电系统，该充电系统包括机动车和车辆外部的充电设备，该充电设备为了给电蓄能器充电而与电蓄能器耦合。充电设备可以被设计为充电站的充电桩。在此，充电设备例如可以提供直流电，直流电例如通过与充电接口经由插接连接的充电缆线被馈入机动车中。
但也可以提出，充电设备是家用常见的插座，该插座与交流电网连接并且提供交流电。该交流电可以通过充电接口被输送给机动车，并且在车辆内部借助整流器整流，以用于给电蓄能器充电。因此这里的充电方法是交流电充电。另选地，充电设备也可以被设计为初级线圈，充电接口被设计为次级线圈，其中，由充电设备向充电接口以感应的方式传输能量。因此这里的充电方法是感应式充电。
具体实施方式
本发明的其它优点和设计方案由说明书和实施例中得出。下面根据示例性的实施方式继续描述本发明。
显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况系下，前面提出的和后面还要说明的特征不仅能用在分别给出的组合中、而且也能用在其它组合中或能单独使用。
在一个示例性的实施方式中，机动车的电蓄能器具有400v的额定电压。蓄能器具有两个相同的子蓄能器(或组)，这些子蓄能器能通过开关装置电连接成并联电路或串联电路。控制装置操控开关装置，以便将子蓄能器并联或串联连接。在机动车的运行模式中，子蓄能器通过开关装置并联连接。
下面的计算例子展示了充电过程的充电持续时间的缩短，其中，该充电过程是通过外部能源(如充电桩)充电，该外部能源具有可在0v至1000v的范围内调节的电源电压和350a的最大充电电流强度。
在400v的充电电压和350a的充电电流的情况下，具有并联连接的组的蓄能器单元的充电过程大约持续4小时。外部能源的充电功率在此为400vx350a＝140kw。
根据本发明，组在充电运行期间通过开关装置连接成串联电路。在两个子蓄能器分别构造成具有400v额定电压的电池的情况下，以串联电路实现具有800v额定电压的蓄能器。
通过组的串联连接，现在可以通过800v的充电电压对蓄能器充电。由此，蓄能器的充电时间缩短至仅大约2小时。通过以下方式实现时间节省：可以使用充电功率较高的充电桩、亦即800vx350a＝280kw。
通过在充电过程期间将两个子蓄能器串联连接、也就是说通过使蓄能器额定电压临时加至二倍，在预设的充电电流的情况下，可以由充电设备获取的充电功率是在子蓄能器的并联电路的情况下的两倍大。
在充电过程结束之后，子蓄能器通过开关装置重新并联连接。
在另一个示例性的实施方式中，机动车的电蓄能器具有300v的额定电压并且具有三个相同的组，这些组能通过开关装置电连接成并联电路或串联电路。
蓄能器在充电桩上以能在0v至1000v的范围内调节的充电电压和仅通过充电桩或充电插头的充电线路的导电性能限制的、350a的最大充电电流强度充电。
在组的并联电路中最大可以使用300vx350a＝105kw的充电功率。相反地，如果组在充电过程期间被串联连接，那么充电功率最大可达900vx350a＝315kw，由此充电时间约缩短为三分之一。