DE10035959B4

DE10035959B4 - Verfahren zum Entladen einer Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien und Batteriebaugruppe

Info

Publication number: DE10035959B4
Application number: DE10035959A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa Sumoto Itou; Satoshi Sumoto Narukawa
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: DE10035959A1; GB0018235D0; TW459409B; GB2354892A; FR2797096B1; JP3869585B2; FR2797096A1; GB2354892B; JP2001045672A; US6373226B1; KR20010015453A

Abstract

Entladungsverfahren für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien (1), wobei beim Entladen der Batterien (1) die verbleibende Batteriekapazität jeder Batterie gemessen wird, um unter den Batterien eine Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entladen der Batterien die Ausgangsspannung der Batterien abgegriffen und auf eine Batteriespannung reduziert wird und an die Batterie angelegt wird, die als Batterie (1) mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt worden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entladungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, durch das eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien effizient entladen werden kann, und auf eine Batteriebaugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11, die eine Entladesteuerschaltung enthält, welche Batterien gemäß diesem Entladungsverfahren entlädt.
Eine Batteriebaugruppe kann hohe Spannungen abgeben, indem eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien in Reihe geschaltet wird. Wenn diese Batteriebaugruppe Energie an eine Last abgibt, fließt durch alle wiederaufladbaren Batterien derselbe Strom. Aus diesem Grund wird, wenn die Kapazitäten von sämtlichen Batterien nicht gleich sind, d.h. unausgeglichen sind, die verbleibende Batteriekapazität einer Batterie geringer Kapazität kleiner werden als die einer Batterie hoher Kapazität. Wenn die Batterie hoher Kapazität vollständig entladen wird, ist infolgedessen die Batterie geringer Kapazität bereits überentladen worden. Dieses Problem kann überwunden werden, indem die Entladung der Batteriebaugruppe gestoppt wird, wenn die Batterie geringer Kapazität vollständig entladen ist. Wenn aber die Entladung der Batteriebaugruppe auf diese Art und weise gestoppt wird, wird die Gesamtenergieabgabe aus der gesamten Batteriebaugruppe durch die Batterie mit der geringsten Batteriekapazität begrenzt.
Dieses Problem würde nicht auftreten, wenn die Batteriebaugruppe derart geladen und entladen werden könnte, daß kein Batteriekapazitätsungleichgewicht unter den wiederaufladbaren Batterien erzeugt werden würde. Es ist jedoch für praktische Zwecke einfach unmöglich, eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien in Reihe zu schalten und alle Batteriekapazitäten zu allen Zeiten gleich zu halten. Wenn das Laden und Entladen wiederholt werden, haben die Batteriekapazitäten einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batterien die Tendenz, unausgeglichener zu werden.
Das Ungleichgewicht zwischen einzelnen Batterien einer Batteriebaugruppe wird zunehmend zu einem Problem, wenn die Zahl der in Reihe geschalteten Batterien zunimmt. Zum Beispiel in einer Batteriebaugruppe mit 100 wiederaufladbaren Batterien, die in Reihe geschaltet sind, ist es extrem schwierig, alle wiederaufladbaren Batterien in demselben Ladekapazitätszustand zu halten, während wiederholt geladen und entladen wird. Bei einer solchen Batteriebaugruppe wird die elektrische Leistungsfähigkeit des Systems signifikant verschlechtert, wenn die Kapazität auch nur von einer Batterie gering ist. Das ist deshalb der Fall, weil die Energie, die durch die Batteriebaugruppe abgegeben werden kann, relativ gering ist, wenn das Entladen gestoppt wird, um ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität zu verhindern, wie oben beschrieben. Andererseits, wenn das Entladen fortgesetzt wird, um die von der Batteriebaugruppe abgegebene Energie zu steigern, bis die Batterie geringer Kapazität überentladen ist, wird die Effizienz dieser Batterie schnell verschlechtert, und es wird die Leistungsfähigkeit der Batteriebaugruppe als System verschlechtert.

In der US 54 98 950 A ist eine Ladevorrichtung für ein Batterieaggregat beschrieben, das aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelbatterien besteht, die jeweils separat über eine Stromquelle geladen werden können, um ungleiche Kapazitäten der einzelnen Batterien ausgleichen zu können. Die Stromquelle wird von einer Hilfsbatterie versorgt.

Als eine Lösung des vorstehenden Problems ist eine Batteriebaugruppe gemäß DE 197 04 310 A1 , welche mit einer Hilfsbatterie versehen ist, die separat von den in Reihe geschalteten Batterien ist, entwickelt worden. In dieser Batteriebaugruppe wird die verbleibende Batteriekapazität jeder Batterie über die Spannung während des Entladens gemessen, und es wird Energie aus der Hilfsbatterie an die Batterie mit der geringsten verbleibenden Batteriekapazität oder Spannung abgegeben. Da die Batterie mit der geringsten verbleibenden Batteriekapazität mit Energie aus der Hilfsbatterie versorgt wird, wird ein Überentladen verhindert. Deshalb wird die Gesamtenergieabgabe der Batteriebaugruppe gesteigert, während gleichzeitig ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität verhindert wird.

Eine Batteriebaugruppe, die mit einer Hilfsbatterie versehen ist, kann zwar ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität verhindern, es ist jedoch notwendig, eine zusätzliche Batterie vorzusehen, die nicht zu allen Zeiten benutzt wird. Wenn die Größe der Batteriebaugruppe zunimmt, steigen infolgedessen die Fertigungskosten an, und, da die Hilfsbatterie nicht zu allen Zeiten benutzt wird, hat die Batteriebaugruppe den Nachteil, daß die Hilfsbatterie nicht effizient ausgenutzt werden kann. Diese Batterie baugruppe hat den weiteren Nachteil, daß ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität nicht verhindert werden kann, wenn die Kapazität der Hilfsbatterie niedrig wird. Die Lebensdauer der Hilfsbatterie dürfte nicht immer länger sein als die Lebensdauer von sämtlichen Batterien, aus denen die Batteriebaugruppe besteht.

Darüber hinaus ist die Auswahl der Batteriekapazität für die Hilfsbatterie extrem schwierig. Die Hilfsbatterie dient dem Zweck, ein Batteriekapazitätsungleichgewicht zwischen einer Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien zu kompensieren und ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität zu verhindern. Wenn das Batteriekapazitätsungleichgewicht zunimmt, wird eine Hilfsbatterie höherer Kapazität benötigt. Das Ungleichgewicht zwischen einzelnen Batterien ist jedoch nicht definitiv fixiert und variiert stark in Abhängigkeit von der Batteriebaugruppe. Wenn die Hilfsbatteriekapazität groß gemacht wird, um ein Batteriekapazitätsungleichgewicht zuverlässig zu kompensieren, kann ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität effektiv verhindert werden, aber die Effizienz der Hilfsbatterieausnutzung wird schlechter. Wenn hingegen die Hilfsbatteriekapazität klein gemacht wird, kann die Hilfsbatterie nicht zuverlässig ein Überentladen der Batterie geringer Kapazität verhindern.

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die Nachteile zu eliminieren, die mit bekannten Batteriebaugruppen verbunden sind. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Entladungsverfahren für eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien sowie eine Batteriebaugruppe anzugehen, die sich gemäß diesem Verfahren entlädt, wobei ein Überentladen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verhindert und die Gesamtenergieabgabe der Batteriebaugruppe gesteigert werden soll, ohne daß eine Hilfsbatterie verwendet wird.

Diese Aufgabe wird durch das Entladungsverfahren nach Anspruch 1 bzw. durch die Batteriebaugruppe nach Anspruch 11 gelöst.

Demnach ist das Entladungsverfahren nach der Erfindung ein Entladungsverfahren für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien, wobei die verbleibende Batteriekapazität jeder sich entladenden Batterie gemessen wird und das Entladen von statten geht, während eine Spannung, abgegriffen von der Ausgangsspannung einer Vielzahl Batterien, an die Batterie angelegt wird, von der festgestellt worden ist, daß sie die geringste verbleibende Batteriekapazität hat.

Bei diesem Entladungsverfahren kann die verbleibende Batteriekapazität bestimmt werden, indem die Spannung jeder Batterie gemessen wird. Die verbleibende Batteriekapazität einer Batterie mit reduzierter Batteriespannung wird ermittelt, und diese Batterie wird als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität betrachtet.

Bei dem Entladungsverfahren nach der Erfindung wird die Ausgangsspannung aus den Batterien durch einen Gleichspannungswandler in eine Spannung mit Batteriespannungswert umgewandelt, und diese Spannung kann an die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität angelegt werden. Der Gleichspannungswandler reduziert die Spannung von einem Wert, der in der Lage ist, die wiederaufladbare Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden, auf einen Wert, der den Entladestrom der wiederaufladbaren Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität reduziert. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers wird an die wiederaufladbare Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität angelegt.

Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers kann in Abhängigkeit von der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität geändert werden.

Die Batteriebaugruppe nach der Erfindung enthält eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien und eine Entladesteuerschaltung zum Steuern des Entladezustands der Batterien. Diese Batteriebaugruppe entlädt eine Vielzahl Batterien durch Abgeben von Strom an eine Last. Darüber hinaus hat diese Batteriebaugruppe eine Entladesteuerschaltung, die mit einer Schaltung zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität versehen ist, um die verbleibende Batteriekapazität jeder Batterie zu messen und die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu bestimmen, einen Gleichspannungswandler zum Reduzieren der Ausgangsspannung der Batterien auf eine Batteriespannung und eine Schalteinrichtung zum Anlegen der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers an die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität. Diese Batteriebaugruppe entlädt sich, während die Ausgangsspannung aus der Batterien durch den Gleichspannungswandler in eine reduzierte Batteriespannung umgewandelt und an die Batterie angelegt wird, die durch die Schaltung zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität als diejenige Batterie bestimmt worden ist, die die geringste verbleibende Batteriekapazität hat.

In dieser Batteriebaugruppe kann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers in Abhängigkeit von der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verändert werden.

Das Entladungsverfahren und die Batteriebaugruppe nach der Erfindung, bei der dieses Entladungsverfahren verwendet wird, um wiederaufladbare Batterien zu entladen, haben das herausragende Merkmal, daß ein Überentladen jeder wiederaufladbaren Batterie verhindert werden kann, während die Gesamtenergieabgabe gesteigert wird, obgleich keine Hilfsbatterie verwendet wird. Das ist deshalb der Fall, weil eine wiederaufladbare Batterie mit geringer Batteriekapazität, die die Möglichkeit hat, überentladen zu werden, als die wiederaufladbare Batterie mit der geringsten Kapazität bestimmt wird und dieser Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität Strom aus den anderen Batterien zugeführt wird.

Das Entladungsverfahren und die Batteriebaugruppe nach der Erfindung mit vielen in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien, die entladen werden können, ohne daß irgendeine einzelne Batterie überentladen wird, können nicht nur die gesamte Energieabgabe der Batteriebaugruppe steigern, sondern können auch die Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterien verlängern. Das Entladungsverfahren und die Batteriebaugruppe nach der Erfindung haben die außergewöhnliche Eigenschaft, daß jede wiederaufladbare Batterie unter idealen, ausgeglichenen Bedingungen entladen werden kann. Diese Eigenschaft ist extrem wichtig für eine Batteriebaugruppe wie z.B. eine Kraftfahrzeugbatteriebaugruppe, die eine große Zahl von in Reihe geschalteten Batterien hat. Das ist deshalb der Fall, weil die Wahrscheinlichkeit, daß eine wiederaufladbare Batterie sich verschlechtern wird, im Verhältnis zu der Zahl der Batterien in einer Batteriebaugruppe mit vielen in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien zunimmt, und, wenn eine Batterie schlechter wird, die gesamte Batteriebaugruppe unbenutzbar wird. Da die Gesamtkosten einer Batteriebaugruppe mit vielen in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien zudem extrem hoch sind, ist eine lange Betriebslebensdauer wichtig. Trotzdem, wenn irgendeine wiederaufladbare Batterie in diesem Typ von Batteriebaugruppe schlechter wird und unbenutzbar wird, werden die vielen anderen wiederaufladbaren Batterien, die in einem benutzbaren Zustand sind, unbenutzbar. Deshalb ist es bei einer Batteriebaugruppe mit vielen in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien von äußerster Wichtigkeit, wie ideal die Entladungszustände jeder wiederaufladbaren Batterie sind.

Darüber hinaus verhindern das Entladungsverfahren und die Batteriebaugruppe nach der Erfindung das Problem eines Überentladens einer verschlechterten wiederaufladbaren Batterie mittels einer Hilfsbatterie. Ein Überentladen einer verschlechterten wiederaufladbaren Batterie wird bei der Erfindung mittels der anderen nichtverschlechterten wiederaufladbaren Batterien verhindert. Aus diesem Grund gibt es bei der Erfindung keine Notwendigkeit, eine Hilfsbatterie vorzusehen. Infolgedessen gibt es keine Notwendigkeit, das Laden und Entladen einer Hilfsbatterie zu steuern, und das Merkmal, daß alle wiederaufladbaren Batterien unter idealen, ausgeglichenen Bedingungen entladen werden können, ist verwirklicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschreiben. Es zeigt
1 ein Blockschaltbild einer Batteriebaugruppe nach der Erfindung, die bei dem Entladungsverfahren nach der Erfindung verwendet wird.
Die Batteriebaugruppe, die in 1 gezeigt ist, enthält eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 und eine Entladesteuerschaltung 3 zum Steuern des Entladungszustands der wiederaufladbaren Batterien 1. Die Batteriebaugruppe entlädt die Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 durch Abgeben von Strom an eine Last 4. Die wiederaufladbaren Batterien 1 sind wiederaufladbare Lithiumionenbatterien. Die wiederaufladbaren Batterien können aber auch Nickelwasserstoffbatterien, Nickelcadmiumbatterien oder irgendein anderer Typ von wiederaufladbaren Batterien sein. Die Zahl der wiederaufladbaren Batterien in der Batteriebaugruppe variiert in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall. Die Batteriebaugruppe kann verwendet werden, um einen Motor zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges mit Strom zu versorgen, oder kann als Stromquelle für einen Personalcomputer verwendet werden. Eine Batteriebaugruppe zum Speisen eines Kraftfahrzeugmotors kann 100 bis 300 in Reihe geschaltete wiederaufladbare Batterien haben.
Die Entladesteuerschaltung 3 ist mit einer Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität, um die verbleibende Batteriekapazität jeder wiederaufladbaren Batterie 1 zu messen und die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu bestimmen, einem Gleichspannungswandler 2 zum Reduzieren der Ausgangsspan nung der Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 auf eine Spannung mit einem Batteriespannungswert, und einer Schalteinrichtung 6 zum Anlegen der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 an die wiederaufladbare Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität versehen.
Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität mißt die verbleibende Batteriekapazität durch Messen der Spannung jeder wiederaufladbaren Batterie 1. Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität mißt sequentiell die Spannung jeder wiederaufladbaren Batterie 1, beurteilt, ob die Batterien mit reduzierter Spannung eine geringe verbleibende Batteriekapazität haben, und bestimmt die Batterie mit geringster Kapazität. Eine Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität, die die verbleibende Batteriekapazität aus der Batteriespannung bestimmt, kann eine einfache Erfassungsschaltung sein. Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität kann jedoch auch den Ladestrom und den Entladestrom integrieren, zusätzlich zu dem Messen der Batteriespannung, um die verbleibende Batteriekapazität zu bestimmen.
Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität bestimmt die wiederaufladbare Batterie 1 mit der niedrigsten verbleibenden Batteriekapazität oder mit einer verbleibenden Batteriekapazität, die unter einem vorgeschriebenen Wert ist, als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität. Eine Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität, welche die verbleibende Batteriekapazität aus der Batteriespannung bestimmt, bestimmt die wiederaufladbare Batterie 1 mit der reduziertesten Spannung oder mit einer Spannung, die unter einen vorgeschriebenen Wert abgesunken ist, als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität. Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität ist mit jeder wiederaufladbaren Batterie 1 verbunden und wird sequentiell zugeschaltet, um die Spannung jeder wiederaufladbaren Batterie 1 abzulesen und die verbleibende Batteriekapazität zu bestimmen.
Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität steuert die Schalteinrichtung 6, damit die von dem Gleichspannungswandler 2 abgegebene Batteriespannung an die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität angelegt wird. Die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität steuert die Schalteinrichtung 6, um die wiederaufladbare Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität mit der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 2 zu verbinden und alle anderen wiederaufladbaren Batterien 1 von der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 2 zu trennen.
Der Gleichspannungswandler 2 wandelt die Ausgangsspannung der Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 durch Umschalten in Wechselstrom um, reduziert die Wechselspannung über einen Transformator und wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom zum Abgeben um. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 kann eine konstante Spannung mit Batteriespannungswert sein oder sie kann gemäß der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität variieren. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 wird auf eine Spannung eingestellt, welche die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität laden kann, während diese in der Entladebetriebsart ist, oder wird auf eine Spannung eingestellt, die die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität nicht laden kann, aber deren Entladestrom reduzieren oder ihn zu null machen kann. Bei einem Gleichspannungswandler 2, dessen Ausgangsspannung sich gemäß der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verändert, wird die Ausgangsspannung erhöht, wenn die verbleibende Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität abnimmt, und wird reduziert, wenn die verbleibende Batteriekapazität zunimmt.
Bei einer Batteriebaugruppe mit dem Gleichspannungswandler 2, dessen Ausgangsspannung in der Lage ist, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden, kann die verbleibende Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität gleich der der anderen wiederaufladbaren Batterien 1 in einer kurzen Zeitspanne gemacht werden, weil die anderen wiederaufladbaren Batterien 1 entladen werden, während die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität geladen wird. Bei einer Batteriebaugruppe mit dem Gleichspannungswandler 2, dessen Ausgangsspannung nicht in der Lage ist, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden, aber in der Lage ist, deren Ausgangsstrom zu reduzieren oder den Ausgangsstrom zu null zu machen, können alle wiederaufladbaren Batterien 1 entladen werden, während ein Überentladen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verhindert wird. Insbesondere bei einer Batteriebaugruppe, bei der die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 darauf eingestellt ist, den Entladestrom der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu null zu machen, kann die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität eine vollständig entladene wiederaufladbare Batterie sein. Durch Anlegen einer Spannung mit Batteriespannungswert durch den Gleichspannungswandler 2 an diese Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität kann die Batteriebaugruppe entladen werden, während ein Überentladen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verhindert wird.
In einer Batteriebaugruppe mit vielen wiederaufladbaren Batterien, die in Reihe geschaltet sind, kann eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien 1 als Batterien mit der geringsten verbleibenden Kapazität vor der vollständigen Entladung bestimmt werden, und die Batteriespannung, die der Gleichspannungswandler 2 abgibt, kann auch an diese Batterien angelegt werden. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 dieser Batteriebaugruppe wird auf eine Spannung eingestellt, die größer als diejenige ist, welche den Entladestrom der Batterien mit der geringsten verbleibenden Kapazität auf null reduziert. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 für diese Batteriebaugruppe wird auf eine Spannung eingestellt, die zwischen einer Spannung liegt, welche die Batterien mit der geringsten verbleibenden Kapazität lädt, und einer Spannung, die deren Entladestrom reduziert. Vorzugsweise wird die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 für diese Batteriebaugruppe auf eine Spannung eingestellt, die die Batterien mit der geringsten verbleibenden Kapazität laden kann. Das ist deshalb der Fall, weil Strom, der von dem Gleichspannungswandler 2 an eine wiederaufladbare Batterie 1 abgegeben wird, die als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bezeichnet worden ist, die verbleibende Batteriekapazität dieser Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität schnell ins Gleichgewicht mit den anderen wiederaufladbaren Batterien 1 bringen kann. In dieser Batteriebaugruppe wird, wenn die verbleibende Batteriekapazität von irgendeiner der wiederaufladbaren Batterien 1 gering wird und diese Batterie als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bezeichnet wird, die Batteriespannung an diese Batterie angelegt, um ihre verbleibende Batteriekapazität ins Gleichgewicht mit den anderen wiederaufladbaren Batterien 1 zu bringen. Danach, wenn die verbleibende Batteriekapazität einer anderen wiederaufladbaren Batterie 1 gering wird und diese Batterie als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bezeichnet wird, wird die Batteriespannung dann an diese Batterie angelegt, um ihre verbleibende Batteriekapazität ins Gleichgewicht mit den anderen wiederaufladbaren Batterien 1 zu bringen. Infolgedessen wird vor der vollständigen Entladung der Batteriebaugruppe eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien 1 als Batterien mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt und mit Strom aus dem Gleichspannungswandler 2 versorgt, um die verbleibenden Batteriekapazitäten während der Entladung ins Gleichgewicht zu bringen.
Die Schalteinrichtung 6 verbindet die positive Klemme und negative Klemme jeder wiederaufladbaren Batterie 1 mit der positiven und negativen Ausgangsklemme des Gleichspannungswandlers 2, um jede wiederaufladbare Batterie 1 unabhängig mit der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 2 zu verbinden. In dieser Schalteinrichtung 6 sind Schaltvorrichtungen zwischen den Gleichspannungswandler 2 und die wie deraufladbaren Batterien 1 geschaltet. Die Schaltvorrichtungen sind Feldeffekttransistoren (FETs), sie können aber auch bipolare Transistoren sein. Außerdem sind in der Schalteinrichtung 6 nach 1 Schutzwiderstände zu den Schaltvorrichtungen in Reihe geschaltet.
Die Schaltvorrichtungen der Schalteinrichtung 6, die mit der positiven und der negativen Klemme der wiederaufladbaren Batterie 1 verbunden sind, bilden ein Paar, und jedes Paar wird durch die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität Ein- und Aus-gesteuert. Wenn die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität irgendein Paar Schaltvorrichtungen einschaltet, schaltet sie alle anderen Schaltvorrichtungen aus. Das dient dazu, die Batteriespannung aus dem Gleichspannungswandler 2 an eine einzelne Batterie geringer Kapazität anzulegen.
Die Batteriebaugruppe, die in 1 gezeigt ist, wird auf folgende Art und Weise geladen und gemäß der Erfindung entladen.

(1) Die Batteriebaugruppe wird auf volle Kapazität geladen. Die in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 der Batteriebaugruppe werden der Reihe nach einzeln auf die volle Kapazität geladen oder sie werden auf die volle Kapazität geladen, während sie in Reihe miteinander verbunden sind. Das Verfahren, durch das einzelne wiederaufladbare Batterien 1 der Reihe nach geladen werden, hat die Eigenschaft, daß jede Batterie ohne Überladung vollständig geladen werden kann. Eine Stromquelle 7 ist mit dem Gleichspannungswandler 2 nach 1 verbunden. Eine Ladespannung wird von der Stromquelle 7 an jede wiederaufladbare Batterie 1 angelegt, um jede Batterie der Reihe nach vollständig zu laden, oder wird an die in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 angelegt, um alle Batterien zusammen vollständig zu laden. Bei einer Krafttahrzeugbatteriebaugruppe ist die Stromversorgung 7 ein Generator/Wechselstromgenerator. Bei einer Batteriebaugruppe für elektronische Haushaltsgeräte wie z.B. einen Personalcomputer (PC) ist die Stromquelle 7 eine Vorrichtung wie z.B. ein Wechselstromadapter. Eine Batteriebaugruppe, die jede einzelne wiederaufladbare Batterie 1 sequentiell lädt, kann die Schaltvorrichtungen der Schalteinrichtung 6 zum Laden benutzen. In einer Batteriebaugruppe, die alle in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 1 zusammen lädt, werden die Schaltvorrichtungen der Schalteinrichtung 6 abgeschaltet, und die wiederaufladbaren Batterien 1 werden durch Strom aus dem Gleichspannungswandler 2, der durch die Stromquelle 7 geliefert wird, geladen. Zu dieser Zeit wird bei der in 1 gezeigten Batteriebaugruppe ein Ladeschalter 8, welcher den Gleichspannungswandler 2 in Reihe mit den wiederaufladbaren Batterien 1 verbindet, eingeschaltet.
(2) Wenn die Batteriebaugruppe geladen ist, wird ein Entladeschalter 9, der zwischen die Batteriebaugruppe und die Last 4 geschaltet ist, eingeschaltet. Zu dieser Zeit liefern alle wiederaufladbaren Batterien 1, die in der Batteriebaugruppe enthalten sind, Strom an die Last 4 in einer Reihenschaltungskonfiguration. Die Schaltung der Batteriebaugruppe ist gleich der Zahl der wiederaufladbaren Batterien 1 mal der Batteriespannung.
(3) Wenn die wiederaufladbaren Batterien 1 entladen werden, mißt die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität der Entladesteuerschaltung 3 die Spannung jeder wiederaufladbaren Batterie 1, um die verbleibende Batteriekapazität zu bestimmen. Die wiederaufladbare Batterie 1 mit der geringsten verbleibenden Batteriekapazität oder mit einer Kapazität unterhalb eines vorgeschriebenen Wertes wird als Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bezeichnet, und die Schaltvorrichtungen, die mit den positiven und negativen Klemmen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verbunden sind, werden eingeschaltet, während alle anderen Schaltvorrichtungen im Aus-Zustand bleiben.

Unmittelbar nachdem das Entladen begonnen hat, bestimmt die Schaltung 5 zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität die verbleibende Batteriekapazität der wiederaufladbaren Batterie 1 und bezeichnet die wiederaufladbare Batterie 1 mit entweder der geringsten verbleibenden Batteriekapazität oder mit einer verbleibenden Batteriekapazität, die unter einer Sollkapazität ist, als „Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität".
In einem Entladungsverfahren, welches die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt, unmittelbar nachdem das Entladen begonnen hat, und gemäß welchem die Batteriespannung aus dem Gleichspannungswandler 2 an diese Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität angelegt wird, kann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 reduziert werden und ein Überentladen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität kann verhindert werden. Das ist deshalb der Fall, weil der Gleichspannungswandler 2 Strom an die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität über eine lange Zeitspanne abgibt.
In einem Verfahren, welches eine Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt, wobei die verbleibende Batteriekapazität niedriger als eine vorgeschriebene Kapazität ist, und gemäß welchem die Batteriespannung aus dem Gleichspannungs wandler 2 an diese Batterie mit der niedrigsten verbleibenden Kapazität angelegt wird, ist es nicht notwendig, die Batteriespannung aus dem Gleichspannungswandler 2 unmittelbar nach dem Beginn des Entladens der vollständig geladenen Batteriebaugruppe anzulegen. Während des Entladens der Batteriebaugruppe wird, wenn die verbleibende Batteriekapazität von irgendeiner wiederaufladbaren Batterie 1 unter die vorgeschriebene Kapazität sinkt und festgestellt wird, daß die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität überentladen werden wird, wenn dieser Zustand andauert, diese Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität entweder geladen oder ihr Entladestrom wird reduziert, indem die Batteriespannung aus dem Gleichspannungswandler 2 angelegt wird.
Bei beiden Entladungsverfahren wird die Batteriespannung von dem Gleichspannungswandler 2 an diejenige wiederaufladbare Batterie 1 angelegt, die als die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bezeichnet wird. Wenn die verbleibende Batteriekapazität der bezeichneten Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität größer wird als die der anderen wiederaufladbaren Batterien 1 oder größer als eine vorgeschriebene Batteriekapazität, werden die Schaltvorrichtungen, die mit dieser Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verbunden sind, abgeschaltet, und die Stromzufuhr aus dem Gleichspannungswandler 2 wird gestoppt.

(4) Anschließend wird die verbleibende Batteriekapazität jeder wiederaufladbaren Batterie 1 gemessen und, wenn die Batterie mit der geringsten verbleibenden Batteriekapazität oder mit einer Kapazität, die unter der vorgeschriebenen Kapazität ist, bestimmt wird, wird der Schritt (3) wiederholt, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität wird mit dem Gleichspannungswandler 2 verbunden, und das Entladen der Batteriebaugruppe wird ausgeführt, während ein Überentladen der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verhindert wird.

Claims

Entladungsverfahren für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien (1), wobei beim Entladen der Batterien (1) die verbleibende Batteriekapazität jeder Batterie gemessen wird, um unter den Batterien eine Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entladen der Batterien die Ausgangsspannung der Batterien abgegriffen und auf eine Batteriespannung reduziert wird und an die Batterie angelegt wird, die als Batterie (1) mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt worden ist.
Entladungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung jeder Batterie (1) gemessen wird, um die verbleibende Batteriekapazität zu bestimmen.
Entladungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung der Batterien (1) durch einen Gleichspannungswandler (2) reduziert wird.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) in Abhängigkeit von der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie geringster Kapazität verändert wird.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine feste Spannung ist.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine Spannung ist, die in der Lage ist, die Batterie geringster Kapazität zu laden.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) auf eine Spannung eingestellt wird, die nicht in der Lage ist, die Batterie geringster Kapazität zu laden, aber in der Lage ist, ihren Entladestrom zu reduzieren.
Entladungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) auf eine Spannung eingestellt wird, die nicht in der Lage ist, die Batterie geringer Kapazität zu laden, aber in der Lage ist, ihren Entladestrom zu null zu machen.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) erhöht wird, wenn die verbleibende Batteriekapazität der Batterie geringster Kapazität abnimmt, und erniedrigt wird, wenn die verbleibende Batteriekapazität zunimmt.
Entladungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem vollständigen Entladen einer Batteriegruppe eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien (1) als Batterien geringer Kapazität bestimmt wird und die Batterien (1), die als Batterien geringer Kapazität bestimmt worden sind, durch die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) sequentiell geladen werden.
Batteriebaugruppe, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien (1) und eine Entladesteuerschaltung (3) enthält zum Steuern des Zustands der Entladung der Batterien und zum Entladen der Batterien (1) durch Abgeben von Strom an eine Last (4), wobei die Entladesteuerschaltung (3) eine Schaltung (5) aufweist zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität durch Messen der verbleibenden Batteriekapazität jeder Batterie und zum Bestimmen einer Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität, gekennzeichnet durch einen Gleichspannungswandler (2) zum Reduzieren der Ausgangsspannung der Batterien (1) auf eine Batteriespannung und durch eine Schalteinrichtung (6) zum Anlegen der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers an die Batterie, die als Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität bestimmt worden ist, wobei die Entladeschaltung (3) so ausgebildet ist, dass das Entladen erfolgt, während die Ausgangsspannung der Batterien (1) durch den Gleichspannungswandler (2) in eine reduzierte Batteriespannung umgewandelt und an die Batterie angelegt wird, die durch die Schaltung (5) zum Erfassen der verbleibenden Batteriekapazität als diejenige bestimmt worden ist, die die geringste verbleibende Batteriekapazität hat.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (2) so ausgebildet ist, dass sich seine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der verbleibenden Batteriekapazität der Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität verändert.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine feste Spannung ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler so ausgebildet ist, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) eine Spannung ist, die in der Lage ist, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler so ausgebildet ist, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) auf eine Spannung eingestellt ist, die nicht in der Lage ist, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden, aber in der Lage ist, deren Entladestrom zu reduzieren.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler so ausgebildet ist, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) auf eine Spannung eingestellt ist, die nicht in der Lage ist, die Batterie mit der geringsten verbleibenden Kapazität zu laden, aber in der Lage ist, deren Entladestrom zu null zu machen.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler so ausgebildet ist, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) erhöht wird, wenn die verbleibende Bateriekapazität der Batterie mit der gerings ten verbleibenden Kapazität abnimmt, und erniedrigt wird, wenn die verbleibende Batteriekapazität zunimmt.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladesteuerschaltung (3) eine Entladeschaltung enthält, mit der einzelne in Reihe geschaltete (1) sequentiell auf die volle Kapazität aufladbar sind.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (6) Schaltvorrichtungen hat, mittels welchen die positive und negative Klemme jeder Batterie (1) mit der positiven bzw. negativen Ausgangsklemme des Gleichspannungswandlers (2) unabhängig verbindbar sind.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (6) Schutzwiderstände hat, die mit den Schaltvorrichtungen in Reihe geschaltet sind.