DE10101542A1 - Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und Verfahren dafür - Google Patents
Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und Verfahren dafürInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer Reihen-Akkumulatoranordnung (30), wobei jeder Akkumulator (300, 302, 304) eine beliebige Vorrichtung sein kann, die elektrische Energie abgeben oder speichern kann. Die Vorrichtung wird verwendet, um die Spannung und die Speicherung von elektrischer Energie jedes der Akkumulatoren abzugleichen. Die Gefahren des Überladens und des übermäßigen Entladens infolge unterschiedlicher Speicherung von elektrischer Energie und unterschiedlicher Leistungsfähigkeiten der einzelnen Akkumulatoren können vermieden werden und die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Reihen-Akkumulatoranordnung können verbessert werden. Überdies kann der Unterschied der Leistungsfähigkeit, der aus der Temperaturdifferenz zwischen Bereichen der Akkumulatoren resultiert, automatisch geregelt werden. Die Erfindung umfaßt einen Regelakkumulator (34) und einen variablen Schalter (32). Der Regelakkumulator wird nacheinander mit jedem Akkumulator der Akkumulatoranordnung in Nebenschluß gebracht, um an ihm den Spannungsabgleich auszuführen. Der variable Schalter ist zwischen dem Regelakkumulator und der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung angeordnet.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Vorrichtungen zum Spannungsabgleich
an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und der Verfahren da
für und insbesondere eine Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer in
Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung, bei der ein Regelakkumulator und
ein variabler Schalter verwendet werden, um die Aufgabe des Spannungsab
gleichs an jedem Akkumulator zu erreichen, damit die Gefahren von Überla
dung und übermäßiger Entladung vermieden werden, um den Wirkungsgrad
jedes Akkumulators zu verbessern und um dessen Lebensdauer zu verlängern.
Dadurch können die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen Akkumulato
ren vermieden werden und der Leistungsunterschied, der aus Temperaturdiffe
renzen zwischen Bereichen der Akkumulatoren resultiert, geregelt werden.
Gegenwärtig sind kommerziell verfügbare Akkumulatoren im allgemeinen
Zusatzbatterien oder Speicherbatterien, die in dieser Beschreibung kurz als
Batterien bezeichnet sind. Die Spannung einer Batterie liegt im allgemeinen
unter 5 Volt. Die in praktischen Anwendungen benötigte Arbeitsspannung
übersteigt jedoch gewöhnlich die Spannung einer einzelnen Batterie. Deswe
gen ist es erforderlich, mehrere Batterien in Reihe zu schalten. Wenn Batterien
zum Gebrauch in Reihe geschaltet sind, muß die elektrische Kapazität jeder
Batterie die gleiche sein und außerdem muß der Wirkungsgrad jeder Batterie
beim Laden und Entladen kompatibel sein. Andererseits wird nach einigen
Ladungs- und Entladungsvorgängen ein Überladen und ein übermäßiges Ent
laden jeder Batterie auftreten, so daß die Leistungsfähigkeit und die Lebens
dauer stark reduziert sind, außerdem wird sich ihre Sicherheit verschlechtern.
In vielen Arten von Batteriesystemen kann dieses Problem jedoch durch
Überladen gelöst werden, damit jede Batterie im vollständig aufgeladenen Zu
stand wiederhergestellt wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch erforderlich,
daß das Batteriesystem selbst einen Mechanismus aufweist, um den Vorgang
des Überladens zuzulassen. Beispielsweise können Bleisäure-Batterien,
Nickel-Wasserstoff-(NiH) Batterien und Nickel-Cadmium-(NiCd) Batterien
diesen Mechanismus dann, wenn sie aufgeladen werden, durch die Erzeugung
und die Reaktion von Gas ausführen. Gleichfalls erfordert dieser Mechanis
mus gewöhnlich eine Zwangsüberladung, um das Nullstellen von Batterien
sicherzustellen. Überladung kann eine Verminderung der Leistungsfähigkeit
und der Lebensdauer sowie die Verschlechterung der Sicherheit einer Batterie
zur Folge haben. Bei Batteriesystemen, die keinen Mechanismus des Überla
dens oder lediglich einen schwachen Mechanismus des Überladens aufweisen,
kann diese Art des Nullstellens nicht ausgeführt werden. In dieser Situation
werden externe Vorrichtungen benötigt, um die Aufgabe des Nullstellens zu
erreichen. Beispielsweise ist jede Batterie in der in Reihe geschalteten Batte
rieanordnung mit einer Zenerdiode, die die höchste Ladespannung der Batterie
aufweist, im Nebenschluß. Wenn die Spannung der Batterie diese eingestellte
Spannung erreicht, beginnt die Zenerdiode zu leiten, damit ein Teil des Stroms
übernommen wird, um dadurch den Grad des Überladens zu vermindern. Die
ser Mechanismus kann jedoch lediglich mit Hilfe der Funktion der Zenerdiode
nicht vollständig ausgeführt werden. Wenn für eine lange Zeit überladen
wurde, wird der Durchbruchstrom durch die Zenerdiode fortgesetzt fließen,
was ein Ansteigen ihrer Temperatur oder sogar ein Durchbrennen zur Folge
hat, wobei ein Kurzschluß erzeugt wird. Außerdem steuern allgemeine Lade
schutzvorrichtungen die Lade- und Entladespannungen derart, daß sie in ei
nem eingestellten Bereich liegen, damit Gefahren lediglich mit Hilfe der
Spannungserfassung verhindert werden. Es gibt keine mittelwertbildende Ein
richtung zum Kompensieren der kumulativen Differenz, die in jeder Batterie
stufenweise erzeugt wird.
Ferner kann das obige Verfahren des Standes der Technik nicht für das Laden
mit großen Strömen angepaßt werden. Nachdem ein Schnelladen (bei dem
eine Spannung, die viel höher ist als die der in Reihe geschalteten Batteriean
ordnung, an deren beiden Enden angelegt wird, um die Batteriespannung so
fort anzuheben, damit der Effekt des Ladens mit großem Strom erreicht wird)
zum schnellen Aufladen einer Batterie in einer zeitlichen Periode verwendet
wird, wird die in Reihe geschaltete Batterieanordnung anschließend durch ein
gleitendes Aufladen geladen (indem eine Spannung, die gleich der Spannung
der vollständig aufgeladenen in Reihe geschalteten Batterieanordnung ist, an
deren beiden Enden angelegt wird, um sie mit kleinen Strömen aufzuladen).
Dieses Verfahren scheint gut zu sein, es besitzt aber ebenfalls Probleme, da es
schwierig ist zu entscheiden, wann ein gleitendes Aufladen und wann ein
gleichförmiges Aufladen durchzuführen ist. Da die Speicherkapazität von
Batterien nicht nach der gemessenen Spannung beurteilt werden kann, kann
dann, wenn die Zeit des gleitenden Aufladens zu lang ist, aus der zu hohen
Spannung der Batterien eine Gefahr entstehen. Wenn die Zeit des gleitenden
Aufladens zu kurz ist, kann die Aufgabe des Nullstellens nicht ausgeführt
werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Span
nungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Batterieanordnung und ein Ver
fahren dafür zu schaffen, wodurch der Abgleich jedes Akkumulators ausge
führt werden kann, die stufenweise erzeugte kumulative Differenz jedes Ak
kumulators kompensiert werden kann und die Situation eines Kurzschlusses
verhindert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Span
nungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung nach
Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü
chen angegeben.
Ein Regelakkumulator ist mit den beiden Enden der in Reihe geschalteten Ak
kumulatoranordnung im Nebenschluß, um die Aufgabe des Abgleichs der
Spannung jedes Akkumulators zu erreichen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden eine Vorrichtung zum Span
nungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und ein
Verfahren dafür geschaffen, wobei der Abgleich der Spannung jedes Akku
mulators nacheinander erfolgt, damit jeder Akkumulator der in Reihe ge
schalteten Akkumulatoranordnung zu jedem Zeitpunkt auf einer sehr ähnli
chen Spannung gehalten wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum Spannungsab
gleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und ein Verfah
ren dafür geschaffen, wobei der Abgleich der Spannung jedes Akkumulators
nacheinander erfolgt. Da zu jedem Zeitpunkt lediglich ein Akkumulator im
Nebenschluß liegt, kann die Situation des Kurzschlusses vermieden werden.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei ein Widerstand zwischen den Re
gelakkumulator und jeden Akkumulator in Reihe geschaltet werden kann, um
die Geschwindigkeit des Spannungsabgleichs einzustellen.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei während der Periode des Ladens
und des Entladens ein variabler Schalter ständig betrieben wird, damit die
Aufgabe des Spannungsabgleichs jedes Akkumulators beim Laden, beim Ent
laden und bei offener Schaltung erreicht wird.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei der Unterschied der Leistungsfä
higkeit, der aus der Temperaturdifferenz zwischen Bereichen der Akkumulato
ren resultiert, durch den Spannungsabgleich und durch die Regelung der Spei
cherkapazität reduziert werden kann.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei Akkumulatoren sich nicht im glei
chen Ladezustand befinden müssen, um in Reihe geschaltet zu werden.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einem parallel geschalteten Modul der Vorrichtung
zum Spannungsabgleich und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei bei Bedarf
eines Benutzers ein Abgleichmodul sich im Nebenschluß befinden kann.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal werden eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einem in Reihe geschalteten Modul der Vorrichtung
zum Spannungsabgleich und ein Verfahren dafür geschaffen, wobei bei Bedarf
eines Benutzers ein Abgleichmodul in Reihe geschaltet sein kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die
Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan der Erfindung, der die Situation zeigt, in der ein
Kondensator als Regelakkumulator verwendet wird, um nacheinan
der mit jedem Akkumulator der in Reihe geschalteten Akkumula
toranordnung in Nebenschluß geschaltet zu werden;
Fig. 2 einen Schaltplan, der die Art der Änderung der Geschwindigkeit
des Spannungsabgleichs zeigt;
Fig. 3 einen Schaltplan des variablen Schalters; und
Fig. 4 einen Ablaufplan, der den Vorgang des Spannungsabgleichs zeigt.
Fig. 1 ist ein Schaltplan, der die Situation zeigt, in der ein Kondensator als
Regelakkumulator verwendet wird, um nacheinander mit jedem Akkumulator
der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung in Nebenschluß geschaltet
zu werden. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält eine in Reihe geschaltete Bat
terieanordnung 10 mehrere Batterien 12, die in Reihe geschaltet sind. Ein
Kondensator 14 (außerdem kann an Stelle des in dieser Ausführungsform der
Erfindung verwendeten Kondensators ein Regelakkumulator, der den Effekt
der Speicherung von elektrischer Energie besitzt, verwendet werden) wird
nacheinander mit den beiden Enden jeder der Batterien 12 in Nebenschluß
gebracht, um einen Spannungsabgleich auszuführen. Das heißt, der Konden
sator 14 wird zuerst mit einer ersten Batterie 120 in Nebenschluß gebracht, um
den Abgleich der Spannung auszuführen, wird dann mit einer zweiten Batterie
122 in Nebenschluß gebracht, um einen Spannungsabgleich auszuführen, wäh
rend sich die erste Batterie 120 im offenen Stromkreis befindet, usw. Der Vor
gang wiederholt sich, damit jede der Batterien 12 zu jedem Zeitpunkt auf einer
ähnlichen Spannung gehalten wird.
Fig. 2 ist ein Schaltplan der Erfindung, der die Art zeigt, wie die Geschwin
digkeit des Spannungsabgleichs geändert wird. Wie in dieser Figur gezeigt ist,
enthält eine in Reihe geschaltete Batterieanordnung 20 mehrere Batterien 22,
die in Reihe geschaltet sind. Ein Kondensator 24 und ein Widerstand 26 sind
in Reihe geschaltet, um eine Vorrichtung zum Spannungsabgleich zu bilden,
die mit den beiden Enden jeder der Batterien 22 in Nebenschluß geschaltet
wird, um den Abgleich der Spannung auszuführen. Das heißt, die Vorrichtung
zum Spannungsabgleich wird zuerst mit einer ersten Batterie 220 in Neben
schluß geschaltet, um den Spannungsabgleich auszuführen, wird anschließend
mit einer zweiten Batterie 222 in Nebenschluß geschaltet, um den Spannungs
abgleich auszuführen, während der Stromkreis mit der ersten Batterie 220 ge
öffnet ist, usw. Der Vorgang wird wiederholt, damit jede der Batterien 22 zu
jedem Zeitpunkt auf einer ähnlichen Spannung gehalten wird. Die Werte des
Widerstands 26 und des Kondensators 24 können gemäß der geforderten Ge
schwindigkeit des Spannungsabgleichs geändert werden.
Fig. 3 ist ein Schaltplan eines variablen Schalters der Erfindung. Wie in der
Figur gezeigt ist, enthält eine in Reihe geschaltete Batterieanordnung 30 eine
erste Batterie 300, eine zweite Batterie 302 und eine dritte Batterie 304. Ein
variabler Schalter 32 enthält einen Doppelschalter A, einen Doppelschalter B
und einen Doppelschalter C. Der variable Schalter 32 verbindet die in Reihe
geschaltete Batterieanordnung 30 mit einem Kondensator 34. Im Betrieb ist
zuerst der Doppelschalter A geschlossen und die Doppelschalter B und C sind
geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator 34 mit der ersten Batterie
300 im Nebenschluß, um für sie den Spannungsabgleich auszuführen. Danach
wird der Doppelschalter B geschlossen und die Doppelschalter A und C wer
den geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator 34 mit der zweiten
Batterie 302 im Nebenschluß, um für sie den Spannungsabgleich auszuführen.
Anschließend wird der Doppelschalter C geschlossen und die Doppelschalter
A und B werden geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator 34 mit der
dritten Batterie 304 im Nebenschluß, um für sie den Spannungsabgleich aus
zuführen. Durch das aufeinanderfolgende Schließen und Öffnen der Doppel
schalter im variablen Schalter 32 kann während des Vorgangs des Ladens und
des Entladens an der in Reihe geschalteten Batterieanordnung 30 die kleinste
Spannungsdifferenz zwischen allen Batterien aufrechterhalten werden.
Fig. 4 ist ein Ablaufplan der Erfindung, der den Vorgang des Spannungsab
gleichs zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, umfaßt der Vorgang des Span
nungsabgleichs der Erfindung die folgenden Schritte:
Schritt 41: Der Doppelschalter 1 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator mit der ersten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Span nungsabgleich auszuführen;
Schritt 42: Der Doppelschalter 1 wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen;
Schritt 43: Der Doppelschalter 2 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator mit der zweiten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Spannungsabgleich auszuführen;
Schritt 44: Der Doppelschalter 2 wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen;
Schritt 45: Die Doppelschalter werden nacheinander geschlossen und geöffnet bis der Doppelschalter N geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kon densator mit der N-ten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Spannungsab gleich auszuführen; und
Schritt 46: Der Doppelschalter N wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen. Es erfolgt der Rücksprung zum Schritt 41 zur Wiederho lung.
Schritt 41: Der Doppelschalter 1 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator mit der ersten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Span nungsabgleich auszuführen;
Schritt 42: Der Doppelschalter 1 wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen;
Schritt 43: Der Doppelschalter 2 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator mit der zweiten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Spannungsabgleich auszuführen;
Schritt 44: Der Doppelschalter 2 wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen;
Schritt 45: Die Doppelschalter werden nacheinander geschlossen und geöffnet bis der Doppelschalter N geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kon densator mit der N-ten Batterie im Nebenschluß, um für sie den Spannungsab gleich auszuführen; und
Schritt 46: Der Doppelschalter N wird geöffnet, um den Stromkreis des Kon densators zu öffnen. Es erfolgt der Rücksprung zum Schritt 41 zur Wiederho lung.
Da die gemessene Spannung jedes Akkumulators unterschiedlich ist, werden
dann, wenn die Erfindung betrieben wird, die jeweiligen Zeiten des variablen
Schalters im leitfähigen Zustand für jeden Akkumulator unterschiedlich sein
und die jeweilige über den variablen Schalter zu jedem Akkumulator übertra
gene Menge an elektrischer Energie variiert. Deswegen kann die Aufgabe,
jeden Akkumulator auf der gleichen Speicherkapazität zu halten, durch die
ständige Änderung der leitenden Stellung des variablen Schalters erreicht
werden. Überdies kann die Leistungsversorgung mit dem Regelakkumulator
verbunden sein, um jeden Akkumulator bei einer konstanten Spannung aufzu
laden, wenn der Regelakkumulator nacheinander mit den Akkumulatoren ver
bunden wird.
Zusammenfassend schafft die Erfindung nicht nur eine Vorrichtung zum
Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung, die
aufgeladen wird, sondern führt außerdem die Spannungsregelung an der in
Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung aus, die entladen wird und deren
Stromkreis geöffnet wird, so daß jeder Akkumulator vollständig entladen wer
den kann. Überdies kann die Geschwindigkeit des Spannungsabgleichs gemäß
dem Bedarf des Benutzers verändert werden, wobei die Leistungsfähigkeit und
die Lebensdauer jedes Akkumulators nicht beeinträchtigt werden.
Obwohl die Erfindung mit bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf deren
Einzelheiten beschränkt ist. In der vorangehenden Beschreibung wurden zahl
reiche Ersetzungen und Modifikationen vorgeschlagen und weitere werden
Fachmännern in der Technik erscheinen. Es ist deshalb beabsichtigt, daß alle
derartigen Ersetzungen und Modifikationen im Umfang der Erfindung, der in
den angefügten Ansprüchen definiert ist, eingeschlossen sind.
Claims (25)
1. Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten
Akkumulatoranordnung (30),
gekennzeichnet durch
einen variablen Schalter (32), der mit jedem Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) in Nebenschluß geschaltet ist, und
einen Regelakkumulator (34), dessen beide Enden mit dem variablen Schalter (32) verbunden sind und der durch Öffnen und Schließen des varia blen Schalters (32) mit jedem einzelnen Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) in Nebenschluß geschaltet werden kann,
wobei der Regelakkumulator (34) durch das nacheinander erfolgende Öffnen und Schließen des variablen Schalters (32) jedesmal mit lediglich ei nem Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoran ordnung (30) in Nebenschluß geschaltet wird, um eine Teilmenge der elektri schen Energie von dem Akkumulator (300, 302, 304) zu absorbieren und sie diesem zuzuführen, und wobei der Regelakkumulator (34) anschließend mit einem anderen Akkumulator (300, 302, 304) in Nebenschluß geschaltet wird, um den Vorgang zu wiederholen, so daß jeder Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) zu jedem Zeitpunkt durch die Hin- und Her-Übertragung von elektrischer Energie des Regelak kumulators (34) auf einer sehr ähnlichen Spannung gehalten werden kann.
einen variablen Schalter (32), der mit jedem Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) in Nebenschluß geschaltet ist, und
einen Regelakkumulator (34), dessen beide Enden mit dem variablen Schalter (32) verbunden sind und der durch Öffnen und Schließen des varia blen Schalters (32) mit jedem einzelnen Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) in Nebenschluß geschaltet werden kann,
wobei der Regelakkumulator (34) durch das nacheinander erfolgende Öffnen und Schließen des variablen Schalters (32) jedesmal mit lediglich ei nem Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoran ordnung (30) in Nebenschluß geschaltet wird, um eine Teilmenge der elektri schen Energie von dem Akkumulator (300, 302, 304) zu absorbieren und sie diesem zuzuführen, und wobei der Regelakkumulator (34) anschließend mit einem anderen Akkumulator (300, 302, 304) in Nebenschluß geschaltet wird, um den Vorgang zu wiederholen, so daß jeder Akkumulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) zu jedem Zeitpunkt durch die Hin- und Her-Übertragung von elektrischer Energie des Regelak kumulators (34) auf einer sehr ähnlichen Spannung gehalten werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelak
kumulator (24) außerdem mit einem Widerstand (26) in Reihe geschaltet sein
kann, um die Geschwindigkeit des Spannungsabgleichs zu ändern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Akku
mulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
(30) eine Primärbatterie ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Akku
mulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
(30) eine Sekundärbatterie ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Akku
mulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
(30) ein Kondensator ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Akku
mulator (300, 302, 304) der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung
(30) ein Superkondensator ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable
Schalter (32) ein elektronischer Schalter ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable
Schalter (32) ein mechanischer Schalter ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelak
kumulator (34) eine Vorrichtung ist, die elektrische Energie speichern kann.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelak
kumulator (34) eine Vorrichtung ist, die elektrische Energie abgeben kann.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Vorrichtungen zum Spannungsabgleich parallelgeschaltet werden können, um
die Geschwindigkeit des Spannungsabgleichs zu erhöhen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Vorrichtungen zum Spannungsabgleich in Reihe geschaltet werden können,
um die Spannung der in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung (30) zu
erhöhen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti
gungsdauer des variablen Schalters (32) entsprechend der gemessenen Span
nung jedes Akkumulators (300, 302, 304) geändert werden kann.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem
Regelakkumulator (34) eine Leistungsversorgung verbunden sein kann, um
jeden Akkumulator (300, 302, 304) mit einer konstanten Spannung zu laden,
wenn der Regelakkumulator (34) nacheinander mit jedem Akkumulator (300,
302, 304) verbunden wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf elek
tronische Erzeugnisse angewendet werden kann.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf elek
tromechanische Erzeugnisse angewendet werden kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf
mechanische Erzeugnisse angewendet werden kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf
Batterieschutzvorrichtungen angewendet werden kann.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf
Ladevorrichtungen und Entladevorrichtungen angewendet werden kann.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf in
Reihe geschaltete Akkumulatoranordnungen angewendet werden kann.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf in
Reihe geschaltete Superkondensatoranordnungen angewendet werden kann.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf in
Reihe geschaltete Solarzellenanordnungen angewendet werden kann.
23. Verfahren zum Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akku
mulatoranordnung (30),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- a) Schließen eines ersten Doppelschalters, um einen Regelakkumula tor (34) zu einem ersten Akkumulator (300, 302, 304) in Nebenschluß zu brin gen;
- b) Öffnen des ersten Doppelschalters, um den Stromkreis des Regelakkumulators (34) zu öffnen;
- c) Schließen eines zweiten Doppelschalters, um einen Regelakkumulator (34) zu einem zweiten Akkumulator (300, 302, 304) in Ne benschluß zu bringen;
- d) Öffnen des zweiten Doppelschalters, um den Stromkreis des Regelakkumulators (34) zu öffnen;
- e) Schließen und Öffnen der Doppelschalter bis ein N-ter Doppelschalter geschlossen wird, um den Regelakkumulator (34) zu einem N- ten Akkumulator (300, 302, 304) in Nebenschluß zu bringen;
- f) Öffnen des N-ten Doppelschalters, um den Stromkreis des Regelak kumulators (34) zu öffnen; und
- g) Zurückspringen zum Schritt (a), um ihn zu wiederholen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N
im Schritt (e) die Anzahl der Akkumulatoren (300, 302, 304) in der in Reihe
geschalteten Akkumulatoranordnung (30) ist.
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N
größer oder gleich zwei ist.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1646104A1 (de) * | 2004-09-17 | 2006-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Energieversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs |
| WO2010070423A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Voltage balancing device for secondary battery system |
| CN102074991A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-05-25 | 启明信息技术股份有限公司 | 电动汽车的动力电池全均衡控制方法及装置 |
| WO2012146365A1 (de) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren zum abgleichen wenigstens zweier elektrischer energiespeicherzellen und abgleichvorrichtung |
| WO2013115947A3 (en) * | 2012-01-30 | 2014-04-17 | Apple Inc. | Balancing voltages between battery banks |
| DE102013215410A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Cell-Balancing eines elektrischen Energiespeichers |
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| US9647467B2 (en) | 2009-10-19 | 2017-05-09 | 4Esys Nv | System and method for balancing energy storage devices |
Families Citing this family (6)
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| KR101011235B1 (ko) * | 2008-10-27 | 2011-01-26 | 킴스테크날리지 주식회사 | 전기에너지 저장장치의 전압균등화회로 |
| KR101093597B1 (ko) | 2009-01-30 | 2011-12-15 | 한국과학기술원 | 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치 |
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| CN104882642B (zh) * | 2015-05-22 | 2017-08-22 | 武汉巨能集群科技有限公司 | 有利于实现非能耗式电量均衡的车用锂电池模块 |
| CN106230067A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-14 | 宋利军 | 一种电池组均衡充电电路及均衡充电方法 |
-
2001
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- 2001-04-24 JP JP2001125857A patent/JP2002159146A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1646104A1 (de) * | 2004-09-17 | 2006-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Energieversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs |
| WO2010070423A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Voltage balancing device for secondary battery system |
| US8456132B2 (en) | 2008-12-19 | 2013-06-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Secondary battery system |
| RU2516297C2 (ru) * | 2008-12-19 | 2014-05-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Устройство уравновешивания напряжения для системы аккумуляторных батарей |
| US9601932B2 (en) | 2009-08-05 | 2017-03-21 | Apple Inc. | Balancing voltages between battery banks |
| US9647467B2 (en) | 2009-10-19 | 2017-05-09 | 4Esys Nv | System and method for balancing energy storage devices |
| CN102074991A (zh) * | 2011-01-24 | 2011-05-25 | 启明信息技术股份有限公司 | 电动汽车的动力电池全均衡控制方法及装置 |
| CN102074991B (zh) * | 2011-01-24 | 2013-01-09 | 启明信息技术股份有限公司 | 电动汽车的动力电池全均衡控制方法及装置 |
| WO2012146365A1 (de) * | 2011-04-29 | 2012-11-01 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren zum abgleichen wenigstens zweier elektrischer energiespeicherzellen und abgleichvorrichtung |
| WO2013115947A3 (en) * | 2012-01-30 | 2014-04-17 | Apple Inc. | Balancing voltages between battery banks |
| DE102013215410A1 (de) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Cell-Balancing eines elektrischen Energiespeichers |
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