DE102010017439A1

DE102010017439A1 - Energy balancing circuit configuration for, e.g. traction accumulator of vehicle, has chargers to perform charging process of cells of energy storage unit using balancing currents, with smaller load

Info

Publication number: DE102010017439A1
Application number: DE201010017439
Authority: DE
Inventors: Sven Bauer; Christian Lieb; Prof. Dr. Teigelkötter Johannes; Frank Nöthling; Markus Parr; Thomas Kowalski
Original assignee: BMZ BATTERIEN MONTAGE ZENTRUM GmbH; BMZ BATTERIEN-MONTAGE-ZENTRUM GmbH
Current assignee: BMZ BATTERIEN MONTAGE ZENTRUM GmbH; BMZ BATTERIEN-MONTAGE-ZENTRUM GmbH
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-12-22

Abstract

The circuit configuration has several chargers (2-1-2-n) that are assigned to respective single cells (1-1-1-n) arranged in energy storage unit (1). The charging process of cells of energy storage unit is performed using balancing currents by chargers, with smaller load. Each charger is provided with direct current converters (3-1-3-n) and control units (5-1-5-n) for controlling the charging process of cells. An independent claim is included for method for inputting different states of charge of cells of energy storage unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen von Zellen eines Energiespeichers. Schaltungsanordnungen dieser Art werden im Folgenden auch Energieausgleicher genannt.The invention relates to a circuit arrangement and a method for balancing different states of charge of cells of an energy store. Circuit arrangements of this type are also referred to below as energy equalizers.

Ladegeräte sind geregelte Netzteile, deren Aufgabe es ist, chemische Energiespeicher nach definierten Ladekennlinien zu laden. Sie wandeln Wechselspannungen in geeignete Gleichspannungen bzw. -ströme um. Übliche Ladegeräte laden einen Akkupack, bestehend aus vielen Einzelzellen als Einheit, d. h. es wird ein Ladegerät benötigt, welches auf die Gesamtspannung optimiert ist. Dadurch wird jede Zelle im Akkupack mit dem gleichen Strom geladen und erhält somit die gleiche Ladung. Herstellungs- und Alterungsbedingte Kapazitätsschwankungen der Zellen führen dazu, dass die Zellen mit der geringsten Kapazität bereits ihre Ladeschlussspannung erreichen während anderen Zellen noch Energie zugeführt wird.Chargers are regulated power supplies whose task is to charge chemical energy storage devices according to defined charging characteristics. They convert alternating voltages into suitable direct voltages or currents. Usual chargers charge a battery pack consisting of many single cells as a unit, d. H. a charger is needed, which is optimized for the total voltage. As a result, each cell in the battery pack is charged with the same current and thus receives the same charge. Due to manufacturing and aging capacity fluctuations of the cells, the cells with the lowest capacity already reach their end-of-charge voltage while other cells still receive energy.

Dies führt früher oder später zur Überladung bzw. Tiefentladung einzelner Zellen und damit zur Schädigung bzw. schnelleren Alterung und vorzeitigem Ausfall. Die vom Hersteller garantierten Zyklenzahlen werden bei weitem nicht erreicht. Je größer die Zellenzahl der Batterie ist, umso größer ist das Risiko eines Ausfalls. Ähnliche Probleme können auch bei anderen aus mehreren Zellen bestehenden Energiespeichern bestehen, wie bei Kondensatoren und so genannten Super Caps.Sooner or later, this leads to overcharging or deep discharge of individual cells and thus to damage or faster aging and premature failure. The number of cycles guaranteed by the manufacturer is far from being reached. The larger the cell count of the battery, the greater the risk of failure. Similar problems may exist with other multi-cell energy storage devices such as capacitors and so-called super-caps.

Geeignete Maßnahmen, um diese Probleme zu verhindern, sind passive oder aktive Symmetrierschaltungen. Passive Symmetrierschaltungen greifen bei den Zellen mit dem höchsten Spannungsniveau ein, indem sie die überschüssige Energie über einen Widerstand in Wärme umwandeln. Beim Entladen bestimmt somit die Zelle mit dem geringsten Energieinhalt die Leistungsfähigkeit des kompletten Akkupacks. Noch zur Verfügung stehende Energiereserven bleiben ungenutzt. Aktive Symmetrierschaltungen schichten die überschüssige Energie entweder transformatorisch oder kapazitiv auf die Zelle mit dem niedrigsten Spannungsniveau um. Beiden Varianten gemein ist, dass bei zusätzlichem Schaltungsaufwand der Wirkungsgrad gering ausfällt.Suitable measures to prevent these problems are passive or active balancing circuits. Passive balancers intervene with the highest-voltage cells by converting the excess energy into heat through a resistor. When unloading thus determines the cell with the lowest energy content, the performance of the complete battery pack. Still available energy reserves remain unused. Active balancing circuits convert the excess energy either transformatively or capacitively to the cell with the lowest voltage level. Common to both variants is that with additional circuit complexity, the efficiency is low.

Durch DE 10 2007 035 329 A1 ist ein Stromausgleicher zum Ausgleichen von Ladeströmen in einer Batteriegruppe bekannt geworden, der je Zelle einen Vergleicher, ein Stromlenkungselement, das mit dem Vergleicher verbunden und von diesem gesteuert ist, einen Pufferspeicher für elektrische Energie sowie einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad umfasst. Bei diesem Stromausgleicher kann Energie nur gezielt an eine Zelle gesendet werden. Wenn die unterste Zelle die stärkste und die oberste Zelle die schwächste ist, so muss die Energie über die dazwischen liegenden Zellen befördert werden. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad und zu stärkerer Alterung der Zellen.By DE 10 2007 035 329 A1 a current balancer has been disclosed for balancing charging currents in a group of batteries comprising a comparator, a current steering element connected to and controlled by the comparator for each cell, an electrical energy storage buffer and a first current path and a second current path. In this current equalizer, energy can only be selectively sent to a cell. If the bottom cell is the strongest and the top cell the weakest, then the energy must be transported through the intervening cells. This leads to poor efficiency and aging of the cells.

US 5,850,351 zeigt eine dezentrale Managementanordnung für einen Batteriepack, bei welcher einzelnen in Reihe geschalteten Batterien Überwachungsmodule zugeordnet sind, die bei Erreichen der Ladeschlussspannung der jeweiligen Batterie diese mit einem Widerstand (Bypass) überbrücken. Dadurch soll ein Überladen der schwächeren Batterien vermieden werden. Eine bessere Ausnutzung der Gesamtkapazität des Akkupacks ist dadurch jedoch nicht gegeben. US 5,850,351 shows a decentralized management arrangement for a battery pack, in which individual series-connected batteries monitoring modules are assigned, which bridge when they reach the end-of-charge voltage of each battery with a resistor (bypass). This should avoid overcharging the weaker batteries. However, a better utilization of the total capacity of the battery pack is not given.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betrieb eines Energiespeichers derart zu optimieren, dass die Zellen weitgehend optimal trotz verschiedener Qualität entladen und geladen werden.The object of the invention is to optimize an operation of an energy storage such that the cells are discharged and charged largely optimal despite different quality.

Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass den einzelnen Zellen Ladegeräte zugeordnet sind, über welche außerhalb eines Ladevorgangs des ganzen Energiespeichers Ausgleichsströme aus dem Energiespeicher zu Zellen mit geringerer Ladung geleitet werden können. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Ladegeräte Gleichspannungswandler und Steuereinrichtungen zur Steuerung des Ladevorgangs und der Ausgleichsströme der jeweiligen Zelle enthalten. Geeignete Steuereinrichtungen sind beispielsweise programmierbare Einheiten, wie Prozessoren oder SPS, und Analogschaltungen.This object is achieved with the circuit arrangement according to the invention characterized in that the individual cells are assigned chargers, which can be passed outside of a charging process of the entire energy storage equalizing currents from the energy storage to cells with lower charge. In this case, provision is made in particular for the charging devices to include DC-DC converters and control devices for controlling the charging process and the equalizing currents of the respective cell. Suitable control devices are, for example, programmable units, such as processors or PLC, and analog circuits.

Hierdurch ergibt sich ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Energieausgleichers, dass für den Ausgleich verschiedene Parameter und Algorithmen angesetzt werden können, während bei dem bekannten Stromausgleicher nur ein Parameter, vorzugsweise die Spannung, angesetzt werden kann.This results in a further advantage of the energy equalizer according to the invention that different parameters and algorithms can be used for the compensation, while in the known current balancer only one parameter, preferably the voltage, can be applied.

Um einen Betrieb der Ladegeräte sowohl als solche als auch als Gleichspannungswandler für die Ausgleichsladung in einfacher Weise zu ermöglichen, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass den Gleichspannungswandlern jeweils eine Eingangsschaltung vorgeschaltet ist, welche wahlweise als Gleichrichter oder als weiterer Gleichspannungswandler betreibbar ist. Die Eingangsschaltung kann als Leistungsfaktor-Korrekturschaltung ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Erzeugung einer für einen günstigen Betrieb der Gleichspannungswandler erforderlichen Zwischenkreisspannung.In order to allow operation of the chargers both as such and as a DC-DC converter for the equalization charge in a simple embodiment, the DC-DC converters are each preceded by an input circuit which can be operated optionally as a rectifier or as a further DC-DC converter. The input circuit may be designed as a power factor correction circuit. This embodiment makes it possible to generate a DC link voltage required for favorable operation of the DC-DC converter.

Zur Steuerung des Ladevorgangs und gegebenenfalls auch der Entladung des gesamten Energiespeichers ist bei der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinrichtungen über eine bidirektionale Datenleitung mit einem übergeordneten Prozessor verbunden sind.To control the charging process and possibly also the discharge of the entire Energy storage is preferably provided in the invention that the control devices are connected via a bidirectional data line to a higher-level processor.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass Umschaltmittel vorgesehen sind, welche den Ladegeräten während des Ladevorgangs Netzspannung und außerhalb des Ladevorgangs zur Erzeugung der Ausgleichsströme eine dem Energiespeicher entnommene Spannung zuführen.An advantageous development of the invention consists in that switching means are provided which supply the charging devices with a voltage removed from the energy store during the charging process for mains voltage and outside the charging process for generating the equalizing currents.

Diese Weiterbildung kann derart ausgestaltet sein, dass die Umschaltmittel von einem Netzstecker, dessen Kontakte mit den Eingängen der Ladegeräte verbunden sind, und einer zum Netzstecker passenden Steckdose, an die Pole des Energiespeichers angeschlossen sind, gebildet sind. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn ein mit dem Energiespeicher ausgestattetes Fahrzeug mit einem Netzkabel versehen ist.This development can be configured such that the switching means are formed by a mains plug, whose contacts are connected to the inputs of the chargers, and a socket which is suitable for the mains plug, to which the poles of the energy store are connected. This embodiment is advantageous if a vehicle equipped with the energy storage device is provided with a power cable.

Häufig werden jedoch Fahrzeuge mit einer Steckverbindung ausgestattet, welche mit einem fest an einer Ladestation befindlichen Kabel verbindbar ist. Hierfür kann bei dieser Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Umschaltmittel von einer Verriegelungseinrichtung gebildet sind, welche bei einer Verbindung mit dem Stromnetz oder bei Anliegen von Netzspannung eine Verbindung des Energiespeichers mit den Eingängen der Ladegeräte unterbricht.Frequently, however, vehicles are equipped with a plug connection which can be connected to a cable fixed to a charging station. For this purpose, it can be provided in this development that the switching means are formed by a locking device which interrupts a connection of the energy store with the inputs of the chargers when connected to the mains or when mains voltage is applied.

Die Erfindung ist an sich für verschiedene Energiespeicher, wie beispielsweise Akkumulatoren und Doppelschichtkondensatoren, geeignet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Energiespeicher eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs oder ein Speicher einer Notstromversorgungseinheit ist.The invention is in itself suitable for various energy storage devices, such as accumulators and double-layer capacitors. It is preferably provided that the energy store is a traction battery of a vehicle or a memory of an emergency power supply unit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass eine Anzeige vorgesehen ist, welche den Zustand der einzelnen Zellen darstellt. Hierbei sind Anzeigen verschiedener Größen oder auch Warnmeldungen möglich, beispielsweise bei einer defekten Zelle.A further advantageous embodiment is that a display is provided which represents the state of the individual cells. In this case, displays of different sizes or even warning messages are possible, for example in the case of a defective cell.

Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass über jeweils ein Ladegerät außerhalb eines Ladevorgangs des ganzen Energiespeichers Ausgleichsströme aus dem Energiespeicher zu Zellen mit geringerer Ladung geleitet werden. Dabei ist vorteilhaft, wenn der Ladevorgang und der Ausgleichsstrom der jeweiligen Zelle von in dem Energieausgleicher oder in den Ladegeräten enthaltenen Steuereinrichtungen, beispielsweise Prozessoren, gesteuert werden, wobei vorzugsweise den Steuereinrichtungen von einem übergeordneten Prozessor mindestens den Ladevorgang betreffende Parameter zugeführt werden.The object is achieved in the method according to the invention in that compensating currents are conducted from the energy store to cells with a lower charge via a respective charger outside a charging process of the entire energy store. In this case, it is advantageous if the charging process and the compensation current of the respective cell are controlled by control devices, for example processors, contained in the energy equalizer or in the chargers, wherein preferably at least the charging process parameters are supplied to the control devices by a higher-level processor.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass den Ladegeräten während des Ladevorgangs Netzspannung und außerhalb des Ladevorgangs zur Erzeugung der Ausgleichsströme eine dem Energiespeicher entnommene Spannung zugeführt werden. Dabei leisten zwar auch diejenigen Zellen bzw. diejenige Zelle, denen ein Ausgleichsstrom zugeführt werden soll, einen Betrag. Diese Ausgestaltung geht jedoch davon aus, dass der Wirkungsgrad der Ladegeräte relativ groß in Bezug auf das Verhältnis der Anzahl der nachzuladenden Zellen zur Gesamtzahl der Zellen ist.An advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that the charging devices are supplied with mains voltage during the charging process and, outside the charging process, for generating the equalizing currents, a voltage taken from the energy store. Although also those cells or the cell to which a compensation current is to be supplied, make an amount. However, this embodiment assumes that the efficiency of the chargers is relatively large in relation to the ratio of the number of cells to be reloaded to the total number of cells.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Ausgleich der Ladungen auch dann möglich, wenn dem Energiespeicher Strom entnommen wird. Um eine erhöhte Belastung des Energiespeichers zu vermeiden, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Erzeugung der Ausgleichsströme dann erfolgt, wenn dem Energiespeicher kein Strom entnommen wird oder wenn Energie zurück gewonnen wird. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise bei der Traktionsbatterie eines Fahrzeugs angewendet werden.With the method according to the invention, a compensation of the charges is also possible when power is taken from the energy store. In order to avoid an increased load on the energy storage device, it can be provided in the method according to the invention that the generation of the compensation currents takes place when no energy is withdrawn from the energy store or when energy is recovered. This can be applied in a particularly advantageous manner in the traction battery of a vehicle.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Ausgleichsströme eine über den reinen Ausgleich hinausgehende Ladung der Zellen mit zunächst niedrigerer Ladung erfolgt. Damit können die „schwächeren” Zellen gegebenenfalls höher geladen werden als die „stärkeren” Zellen, damit die „schwächeren Zellen für einen folgenden Betrieb des Fahrzeugs eine möglichst gleiche entnehmbare Ladung aufweisen wie die „stärkeren” Zellen.A further advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that a charge of the cells initially having a lower charge than the pure compensation is effected by the equalizing currents. Thus, the "weaker" cells may be charged higher than the "stronger" cells, so that the "weaker cells for a subsequent operation of the vehicle as removable as possible removable charge as the" stronger "cells.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sind in den Figuren schematisch dargestellt und im Folgenden erläutert. Es zeigt:The invention allows numerous embodiments. Some of these are shown schematically in the figures and explained below. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel während des Ladevorgangs, 1 an embodiment during the charging process,

2 das Ausführungsbeispiel nach 1 während des Ausgleichsvorgangs, auch Symmetrierung genannt, und 2 the embodiment according to 1 during the balancing process, also called balancing, and

3 ein Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Darstellung einer Fahrzeugantriebseinrichtung 3 an embodiment with a schematic representation of a vehicle drive device

Ein Akkumulator 1 – im Folgenden auch Akkupack genannt – weist mehrere in Reihe geschaltete Zellen auf, von denen in den Figuren lediglich die Zellen 11, 12 und 1n dargestellt sind. Für jede Zelle 11, 12, 1n ist ein Ladegerät 21, 22, 2n vorgesehen, das ausgangsseitig mit der jeweiligen Zelle verbunden ist und eingangsseitig über einen Netzanschluss 60 mit Netzspannung versorgt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Drehstromanschluss vorgesehen, wobei die einzelnen Ladegeräte möglichst gleichmäßig auf die Phasen verteilt sind.An accumulator 1 - also referred to as battery pack - has a plurality of cells connected in series, of which in the figures, only the cells 11 . 12 and 1n are shown. For every cell 11 . 12 . 1n is a charger 21 . 22 . 2n provided, the output side is connected to the respective cell and the input side via a network connection 60 can be supplied with mains voltage. In which illustrated embodiment, a three-phase connection is provided, wherein the individual chargers are distributed as evenly as possible on the phases.

Jedes Ladegerät enthält einen Gleichspannungswandler 31, 32, 3n, eine Eingangsschaltung 41, 42, 4n, welche zur Leistungsfaktor-Korrektur und zur Bildung einer für den nachfolgenden Gleichspannungswandler 31, 32, 3n geeigneten Zwischenspannung dient. Derartige Schaltungen sind an sich bekannt und werden auch als PFC (Power Factor Corrector) bezeichnet. Eine Beschreibung im Einzelnen ist zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich. Eine im Einzelnen nicht dargestellte Netztrennung kann ebenfalls vorgesehen sein.Each charger contains a DC-DC converter 31 . 32 . 3n , an input circuit 41 . 42 . 4n , which for power factor correction and to form a for the subsequent DC-DC converter 31 . 32 . 3n suitable intermediate voltage is used. Such circuits are known per se and are also referred to as PFC (Power Factor Corrector). A detailed description is not required to understand the invention. A network separation, not shown in detail, may also be provided.

Jedes der Ladegeräte 21, 22, 2n verfügt ferner über einen als Steuereinrichtung dienenden Prozessor 51, 52, 5n, dem als Eingangsgrößen die jeweiligen Zustandsgrößen, beispielsweise Spannung, Strom und/oder Temperatur, zugeführt werden, während Ausgangsgrößen den jeweiligen Gleichspannungswandler 31, 32, 3n und die Eingangsschaltung 41, 42, 4n steuern.Each of the chargers 21 . 22 . 2n also has a processor serving as a controller 51 . 52 . 5n , to which the respective state variables, for example voltage, current and / or temperature, are supplied as input variables, while output variables are the respective DC-DC converter 31 . 32 . 3n and the input circuit 41 . 42 . 4n Taxes.

Ein übergeordneter Prozessor 62 ist über ein Bussystem 63 mit den Prozessoren 51, 52, 5n verbunden, wobei der Prozessor 62 als Master dient und die Prozessoren 51, 52, 5n als Slaves ausgelegt sind. Über das Bussystem 63 werden sowohl die Sollwerte, wie beispielsweise Ladeschlussspannung oder Ladestrom, an die einzelnen Slaves übermittelt, als auch die Istwerte, wie Zellspannung und Ladestrom der Ladegeräte, an den Master übertragen. Somit stehen dem Master alle erforderlichen Parameter der Zellen 11, 12, 1n zur Verfügung.A higher-level processor 62 is via a bus system 63 with the processors 51 . 52 . 5n connected, the processor 62 serves as the master and the processors 51 . 52 . 5n are designed as slaves. About the bus system 63 Both the setpoints, such as charge end voltage or charging current, transmitted to the individual slaves, as well as the actual values, such as cell voltage and charging current of the chargers, transmitted to the master. Thus, the master has all the required parameters of the cells 11 . 12 . 1n to disposal.

Die dargestellte Schaltungsanordnung kann in zwei Betriebsarten arbeiten. In der ersten Betriebsart liegt am Netzanschluss 60 Netzspannung an, so dass die Ladegeräte 21, 22, 2n als Einzellader arbeiten. Die Ladeparameter wurden im Vorfeld am Master (Prozessor 8) programmiert. Die in dieser Betriebsart fließenden Ströme sind in 1 durch Pfeile angedeutet.The illustrated circuit arrangement can operate in two modes. In the first operating mode is the mains connection 60 Mains power, so the chargers 21 . 22 . 2n work as a single loader. The loading parameters were pre-fielded at the master (processor 8th ). The currents flowing in this mode are in 1 indicated by arrows.

Die zweite Betriebsart liegt außerhalb der Betriebsart „Laden” vor, wenn dem Akkumulator Strom entnommen wird oder Strom zuvor entnommen wurde. Kommt es dann aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder Alterung dazu, dass einzelne Zellen einen von den übrigen Zellen abweichenden Spannungspegel aufweisen, werden diese nachgeladen. Dazu wird der Netzstecker 60 in eine Steckdose 61 eingesteckt, so dass die in 2 dargestellten Verbindungen entstehen. Dadurch wird zum einen die Betriebsart Symmetrierung aktiviert, zum anderen wird dadurch ein unbeabsichtigtes Losfahren bei gesteckter Netzverbindung zuverlässig verhindert. Die gesamte Spannung des Akkupacks 1 wird dann den Eingangsschaltungen 41, 42, 4n der Ladegeräte 21, 22, 2n zugeführt, wie es in Pfeilen in 2 dargestellt ist.The second mode is outside of the "charge" mode when power is removed from the battery or power has been previously removed. If, due to manufacturing tolerances and / or aging, individual cells have a voltage level that differs from the other cells, these are recharged. This is the power plug 60 into a power outlet 61 plugged in, so that in 2 arise connections shown. As a result, on the one hand, the operating mode balancing is activated, on the other hand, this unintentional departure is reliably prevented when plugged network connection. The entire voltage of the battery pack 1 then becomes the input circuits 41 . 42 . 4n the chargers 21 . 22 . 2n fed, as in arrows in 2 is shown.

In 2 ist durch Pfeile angedeutet, dass die Zelle 12 über das Ladegerät 22 nachgeladen wird. Durch die von den Eingangsschaltungen 41, 42, 4n erzeugte Zwischenkreisspannung wird bei hohem Lade- und Symmetriestrom ein guter Wirkungsgrad erzielt. Dadurch ist es möglich, den maximalen Energieinhalt aus dem gesamtem Akkumulator zu entnehmen. Die Zellen werden optimal betrieben, wodurch eine hohe Lebensdauer erreicht wird.In 2 is indicated by arrows that the cell 12 over the charger 22 is reloaded. By the of the input circuits 41 . 42 . 4n Generated DC link voltage is achieved with high charging and symmetry current good efficiency. This makes it possible to remove the maximum energy content from the entire accumulator. The cells are operated optimally, whereby a long life is achieved.

Es ist ferner möglich, einzelne Zellen im Fehlerfall zu ersetzen, ohne den kompletten Akkupack tauschen zu müssen. Im Master 8 werden beispielsweise folgende Parameter verwaltet und gespeichert: Die Zellspannung und der Ladestrom sowohl als Ist- als auch als Sollwerte, die Temperatur des Akkupacks bzw. einzelner Zellen, der jeweilige Betriebszustand (Symmetrierung oder Laden), eine Zellabschaltung, die Gesamtspannung, der jeweilige Laststrom, der Ladezustand und der Alterungszustand der einzelnen Zellen.It is also possible to replace individual cells in the event of a fault, without having to replace the complete battery pack. In the master 8th For example, the following parameters are managed and stored: The cell voltage and the charging current both as actual and as setpoint values, the temperature of the battery pack or individual cells, the respective operating state (balancing or charging), a cell shutdown, the total voltage, the respective load current, the state of charge and the state of aging of the individual cells.

Über eine weitere Datenverbindung 64 kann der Master 62 mit anderen Komponenten kommunizieren, beispielsweise mit einem nicht dargestellten Fahrregler eines Fahrzeugs. Auf einer Anzeigevorrichtung 65 (Display) können die verschiedenen Informationen, die im Master vorliegen, dargestellt werden.About another data connection 64 can the master 62 communicating with other components, such as a driver, not shown, of a vehicle. On a display device 65 (Display) the various information available in the master can be displayed.

3 zeigt eine vereinfacht dargestellte Schaltungsanordnung gemäß den 1 oder 2 im Zusammenhang mit dem elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs. 3 shows a simplified circuit arrangement according to the 1 or 2 in connection with the electric drive of a vehicle.

Dazu ist der Motor 67, des im Übrigen nicht dargestellten Fahrzeugs über einen Fahrregler 66 mit den Polen der Traktionsbatterie 1 verbunden. Über die Datenverbindung 64 erhält der Master 62 Informationen über die Belastung der Traktionsbatterie 1 beim Fahrbetrieb, insbesondere den Strom, welcher der Traktionsbatterie 1 jeweils entnommen wird, oder den Ladestrom, der beim Bremsen bzw. Bergabfahren der Traktionsbatterie zugeführt wird.This is the engine 67 , of the vehicle, not otherwise shown, via a cruise control 66 with the poles of the traction battery 1 connected. About the data connection 64 receives the master 62 Information about the load of the traction battery 1 when driving, especially the current, which is the traction battery 1 is taken respectively, or the charging current which is supplied to the traction battery during braking or downhill.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007035329 A1 [0005]
US 5850351 [0006]

Claims

Circuit arrangement for balancing different charge states of cells of an energy store ( 1 ), characterized in that the individual cells ( 11 . 12 . 1n ) Charger ( 21 . 22 . 2n ), via which outside of a charging process of the entire energy store ( 1 ) Equalizing currents from the energy store ( 1 ) to cells ( 11 . 12 . 1n ) can be conducted with a lower charge.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the charging devices ( 21 . 22 . 2n ) DC-DC converter ( 31 . 32 . 3n ) and control devices ( 51 . 52 . 5n ) for controlling the charging process and the equalizing currents of the respective cell ( 11 . 12 . 1n ) contain.

Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the DC-DC converters ( 31 . 32 . 3n ) each have an input circuit ( 41 . 42 . 4n ), which can be operated optionally as a rectifier or as a further DC-DC converter.

Circuit arrangement according to Claim 3, characterized in that the input circuit ( 41 . 42 . 4n ) is designed as a power factor correction circuit.

Circuit arrangement according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the control devices ( 51 . 52 . 5n ) via a bidirectional data line ( 63 ) with a higher-level processor ( 62 ) are connected.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that switching means ( 60 . 61 ) are provided, which the chargers ( 21 . 22 . 2n ) during the charging operation mains voltage and outside the charging process for generating the equalizing currents a the energy storage ( 1 ) supplied voltage.

Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the switching means of a power plug ( 60 ) whose contacts with the inputs of the chargers ( 21 . 22 . 2n ) and a socket ( 61 ), to the poles of the energy store ( 1 ) are formed.

Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the switching means are formed by a locking device which interrupts a connection of the energy store with the inputs of the chargers when connected to the power grid.

Circuit arrangement according to Claim 6, characterized in that the switching means are formed by a locking device which interrupts a connection of the energy store to the inputs of the charging devices when mains voltage is applied.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store ( 1 ) is a traction battery of a vehicle or a memory of an emergency power supply device

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a display ( 65 ), which determines the state of the individual cells ( 11 . 12 . 1n ).

A method for balancing different states of charge of cells of an energy storage device, characterized in that over a respective charger outside a charging process of the whole energy storage compensating currents are passed from the energy storage to cells with a lower charge.

A method according to claim 12, characterized in that the charging process and the compensation current of the respective cell are controlled by control means included in the energy equalizer or chargers.

A method according to claim 13, characterized in that the control means are supplied from a higher-level processor at least the charging operation parameters.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the charging devices during the charging process mains voltage and outside the charging process for generating the equalizing currents, a voltage taken from the energy storage are supplied.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the generation of the compensating currents takes place when no power is removed from the energy storage.

Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that the generation of the equalizing currents takes place when energy is recovered.

Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that by the equalizing currents over the pure balance outgoing charge of the cells with initially lower charge occurs.