DE102008043593A1

DE102008043593A1 - Angleichen elektrischer Spannungen von Gruppen elektrischer Speichereinheiten

Info

Publication number: DE102008043593A1
Application number: DE102008043593A
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann; Holger Fink
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-12

Abstract

Verfahren zum Angleichen der elektrischen Gruppenspannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, jeweils mehrere Speichereinheiten (303) aufweisenden Speichergruppen (302). Es ist vorgesehen, dass eine Speichergruppe (302) mit der Wicklung (370) einer Spule (370') zu deren Erregung verbunden wird und dass anschließend mittels der erregten Spule (370') durch Anschließen der Wicklung (370) an die andere Speichergruppe (302) diese geladen wird. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden elektrischen Speicher (301).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angleichen der elektrischen Gruppenspannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, jeweils mehrere Speichereinheiten aufweisende Speichergruppen. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden elektrischen Speicher.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen wie bei Windkraftanlagen als auch in instationären Anwendungen wie bei Fahrzeugen, beispielsweise bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund für diese hohen Anforderungen ist, dass ein Ausfall der Batteriesysteme zu einem Ausfall eines die Anwendung betreffenden Gesamtsystems oder zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Als Beispiel für einen Ausfall ist ein Elektrofahrzeug denkbar, das bei dem Ausfall seiner Traktionsbatterie zu einem sogenannten „Liegenbleiber” wird, da es nicht mehr in der Lage ist, sich weiter fortzubewegen. Als Beispiel für ein sicherheitsrelevantes Problem ist eine Windkraftanlage denkbar, in der elektrische Speicher eingesetzt werden, um bei starkem Wind die Anlage durch eine Rotorblattverstellung vor unzulässigen Betriebszuständen zu schützen. Ein Ausfall dieser elektrischen Speicher kann dann zu sicherheitsrelevanten Problemen führen.
Bei einem Einsatz vieler einzelner in Reihe geschalteter Speichereinheiten, wie beispielsweise Batteriezellen, liegt nicht automatisch eine Gleichheit der einzelnen Speichereinheiten vor. Insbesondere über die Lebensdauer der Speichereinheiten führt dies ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu ungleichen elektrischen Spannungen der einzelnen Speichereinheiten untereinander. Insbesondere bei Lithium-Ionen- Batterien führt ein Überladen oder ein Tiefentladen einzelner Speichereinheiten zu irreversiblen Schäden. Ein derartiges Überladen oder Tiefentladen kann daraus resultieren, dass ein Batteriemanagementsystem einen Lade- oder Entladevorgang anhand einer der Speichereinheiten regelt, die nicht repräsentativ für alle Speichereinheiten ist. Aus diesem Grund muss in regelmäßigen Zeitabständen ein Angleichen der elektrischen Spannungen der elektrischen Speichereinheiten untereinander erfolgen. Dieses Angleichen wird als „Zell-Balancing” bezeichnet. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Speichereinheiten durch externe Beschaltungsmaßnahmen so entladen, dass sie nach dem Angleichen alle die gleiche elektrische Spannung aufweisen.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck ein sogenanntes Widerstandsbalancing durchzuführen. Zu diesem Zweck ist jeder Speichereinheit ein Ohmscher Widerstand oder eine Widerstandskombination über Schalter zugeordnet. Die Speichereinheiten werden solange mittels der Widerstände entladen, bis die Speichereinheiten die elektrische Spannung aufweisen. Es ist dabei von Nachteil, dass in dem elektrischen Speicher gespeicherte Energie durch die Widerstände in Wärme umgewandelt und ungenutzt abgeführt wird, um den gewünschten Ladungsausgleich zu erreichen. Somit wird eine Möglichkeit benötigt, bei der ein Angleichen der elektrischen Spannungen mehrerer Speichereinheiten untereinander mit geringem Energieverlust erreicht wird und eine wesentliche Verbesserung der Effizienz eines gesamten elektrischen Speichersystems herbeigeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Speichergruppe mit der Wicklung einer Spule zu deren Erregung verbunden wird und dass anschließend mittels der erregten Spule durch Anschließen der Wicklung an die andere Speichergruppe diese geladen wird. Es ist vorgesehen, die Wicklung einer Spule mit einer der Speichergruppen zu verbinden und anschließend dieselbe Wicklung derselben Spule mit einer anderen der Speichergruppen zu verbinden. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die in den Speichergruppen gespeicherte Energie nicht nur in Wärme umgewandelt, sondern von der einen Speichergruppe zu der anderen Speichergruppe umgeladen wird, sodass die elektrischen Spannungen der Speichergruppen untereinander angeglichen werden. Die in Reihe geschalteten Speichergruppen weisen Speichereinheiten auf, die vorzugsweise ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Darunter wird verstanden, dass jeweils ein Pluspol einer Speichereinheit mit einem Minuspol einer folgenden Speichereinheit direkt über eine Leitung verbunden ist. Dies gilt entsprechend auch für Verbindungen zwischen den Speichergruppen. Ein Laden der anderen Speichergruppe ist so zu verstehen, dass die Spule entregt und durch die auf diese Weise verfügbare elektrische Energie die andere Speichergruppe weiter geladen wird. Unter dem Laden ist also nicht ein vollständiges Aufladen des gesamten elektrischen Speichers zu verstehen, sondern ein Transport von elektrischer Ladung zum Zwecke des Angleichens der elektrischen Spannungen zwischen den Speichergruppen und der Wicklung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Speichereinheit über einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen ohmschen Widerstand, zur Einzelspannungsangleichung entladen wird. Es handelt sich bei dem Entladen um ein teilweises Entladen. Ein Tiefentladen beziehungsweise ein vollständiges Entladen einer Speichereinheit ist nicht vorgesehen. Es ist insbesondere vorgesehen, die Speichereinheit zu entladen, die eine höhere Spannung aufweist als die anderen Speichereinheiten innerhalb einer Speichergruppe. Insbesondere eine Kombination des Angleichens mittels der Spule und des weiteren Angleichens mittels der elektrischen Verbraucher ist denkbar. Vorzugsweise werden zunächst die Speichergruppen untereinander angeglichen. Anschließend werden innerhalb jeder Speichergruppe die Speichereinheiten über die elektrischen Verbraucher untereinander angeglichen. Auf diese Weise wird ein hybrides Verfahren ermöglicht, welches auf wirtschaftliche Weise umsetzbar ist und gleichzeitig die erfindungsgemäßen Vorteile herbeiführt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die höchste Gruppenspannung aufweisende Speichergruppe mit der Wicklung der Spule zu deren Erregung verbunden wird. Durch dieses Vorgehen kann eine Annäherung der Gruppenspannungen von der einen und der anderen Speichergruppe erreicht werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Speichereinheit mit der höchsten elektrischen Spannung innerhalb ihrer Speichergruppe über den elektrischen Verbraucher zur Einzelspannungsangleichung entladen wird. Auf diese Weise können sehr schnell und einfach innerhalb einer Speichergruppe die Spannungen, also die Einzelspannungen der einzelnen Speichereinheiten, aneinander angeglichen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Speichereinheiten jeweils eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle, verwendet wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wicklung durch Schließen mindestens eines Schalters mit der Speichergruppe zur Erregung der Spule verbunden wird. Die Verwendung des Schalters ermöglicht das gezielte Erregen mindestens einer Spule, also das Verbinden der Wicklung. Auf diese Weise kann gezielt das Verfahren auf einzelne Speichergruppen angewendet werden, ohne dass stets sämtliche Speichergruppen in das Verfahren einbezogen werden müssen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wicklung durch Öffnen des Schalters an die andere Speichergruppe angeschlossen wird. Durch entsprechende Verschaltung besteht die Möglichkeit, dass durch Öffnen des Schalters das Erregen der Spule beendet wird und die Spule durch Rückinduktion, also Entregung, die in ihr gespeicherte Energie zur Verfügung stellt. In diesem Fall versucht die Spule die gespeicherte elektrische Energie abzugeben, welche von der anderen Speichergruppe die geladen werden soll aufgenommen wird. Vorteilhaft hierbei ist insbesondere die Kombination aus Schließen des Schalters zum Erregen der Spule und Öffnen des Schalters zum Laden der Speichergruppe, da durch nur zwei Schaltstellungen des Schalters sowohl das Erregen als auch das Laden der Speichergruppe in einfacher Weise herbeigeführt werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die andere Speichergruppe von der Spule über mindestens eine Diode aufgeladen wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dadurch der Effekt ausgenutzt wird, dass ein Stromfluss der beim Erregen der Spule in die Wicklung hineinfließt zum Laden der Speichergruppe in umgekehrter Weise aus der Wicklung wieder herausfließt. Somit kann die Wicklung in Abhängigkeit davon ob die Spule erregt wird oder sich entlädt mit der jeweils zugehörigen Speichergruppe automatisch verbunden sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere aufgeladene Speichergruppen und mehrere Schalter verwendet werden und dass die erregte Spule durch ein Öffnen mindestens eines entsprechenden Schalters, mindestens eine zugehörige Speichergruppe auflädt. Die Zuordnung von Schaltern zu einzelnen Speichergruppen ermöglicht es, auf einfache schaltungstechnische Weise, ausgehend von einer Speichergruppe, diese mit mehreren anderen Speichergruppen anzugleichen. Dies kann insbesondere in Form einer Kette erfolgen, sodass zwei Speichergruppen, eine zu Beginn und eine zum Abschluss der Kette, jeweils nur eine benachbarte Speicher gruppe über eine Spule laden können und alle weiteren Speichergruppen jeweils zwei benachbarte Speichergruppen laden können.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Speicher mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, jeweils mehrere Speichereinheiten aufweisenden elektrischen Speichergruppen und einer elektrischen Angleichschaltung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Angleichschaltung mindestens eine eine eine Wicklung aufweisende Spule besitzt, deren Wicklung zum Erregen der Spule mit einer der Speichergruppen verbindbar ist und die Wicklung zum Laden der anderen Speichergruppe an diese anschließbar ist.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Speichers ist vorgesehen, dass die Angleichschaltung mindestens eine Diode und/oder mindestens einen Schalter aufweist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schalter als Halbleiterschalter, insbesondere Transistor, Thyristor oder dergleichen ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Halbleiterelementen wird eine sehr einfache Automatisierung mittels elektronischer Komponenten, wie beispielsweise integrierten Schaltkreisen, ermöglicht. Zudem kann auf diese Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung platzsparend ausgeführt und auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Angleichschaltung mindestens einen ohmschen Widerstand zur Entladung mindestens einer der Speichereinheiten aufweist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Speichereinheiten eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle, ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und zwar zeigt:
1 einen elektrischen Speicher mit einer Angleichschaltung,
2 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der 1 in einem ersten Verfahrensschritt,
3 den Speicher mit der Angleichschaltung aus 1 in einem zweiten Verfahrensschritt,
4 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der 1 in einem weiteren, ersten Verfahrensschritt,
5 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der 1 in einem weiteren, zweiten Verfahrensschritt und
6 den Speicher mit der Angleichschaltung in einem weiteren, zweiten Verfahrensschritt.
Die 1 zeigt einen elektrischen Speicher 301, welcher aus mehreren benachbarten Speichergruppen 302 besteht. Jede der Speichergruppen 302 besitzt Speichereinheiten 303, die in Reihe zueinander geschaltet sind und somit die Speichergruppen 302 bilden. Der Speicher 301 ist als Batterie 304 ausgeführt und die Speichereinheiten 303 sind als Speicherzellen in Form von Batteriezellen 305 ausgeführt. Eine erste Speichergruppe 306 weist einen Knotenpunkt 307 auf, welcher über eine Leitung 308 an einen Pluspol 309' einer ersten Speichereinheit 309 angeschlossen ist. Ausgehend von einem Minuspol 309'' der ersten Speichereinheit 309 verläuft eine weitere Leitung 310 zu einem Knotenpunkt 311. Der Knotenpunkt 311 ist über eine Leitung 312 mit einem Pluspol 313' einer zweiten Speichereinheit 313 verbunden, die ihrerseits über einen Minuspol 313'' und einer Leitung 314 mit einem Knotenpunkt 315 verbunden ist. Der Knotenpunkt 315 ist über eine Leitung 316 mit einem Pluspol 317' einer dritten Speichereinheit 317 verbunden, welche über einen Minuspol 317'' und über eine Leitung 318 mit einem Knotenpunkt 319 verbunden ist. Der Knotenpunkt 319 bildet den Abschluss der ersten Speichergruppe 306 und gleichzeitig einen Beginn einer zweiten Speichergruppe 320. Die zweite Speichergruppe 320 geht von dem Knotenpunkt 319 aus und verläuft über eine Leitung 321 zu einem Pluspol 322' einer vierten Speichereinheit 322, welche über einen Minuspol 322'' und eine Leitung 323 mit einem Knotenpunkt 324 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 324 verläuft eine Leitung 325 zu einem Pluspol 326' einer fünften Speichereinheit 326, welche über einen Minuspol 326'' und eine Leitung 327 mit einem Knotenpunkt 328 verbunden ist. Aus gehend vom Knotenpunkt 328 verläuft eine Leitung 329 zu einem Pluspol 330' einer sechsten Speichereinheit 330, welche über einen Minuspol 330'' und eine Leitung 331 mit einem Knotenpunkt 332 verbunden ist. Im Knotenpunkt 332 endet die zweite Speichergruppe 320 und es beginnt eine dritte Speichergruppe 333. Ausgehend vom Knotenpunkt 332 enthält die dritte Speichergruppe 333 eine Leitung 334, welche zu einem Pluspol 335' einer siebten Speichereinheit 335 verläuft, die ihrerseits über einen Minuspol 335'' und eine Leitung 336 mit einem Knotenpunkt 337 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 337 verläuft eine weitere Leitung 338 zu einem Pluspol 339' einer achten Speichereinheit 339, welche über einen Minuspol 339'' und eine Leitung 340 mit einem Knotenpunkt 341 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 341 verläuft eine Leitung 342 zu einem Pluspol 343' einer neunten Speichereinheit 343, welche über einen Minuspol 343'' und eine Leitung 344 mit einem Knotenpunkt 345 verbunden ist, der einen Abschluss der dritten Speichergruppe 333 bildet. Gleichzeitig bildet der Knotenpunkt 345 einen Beginn einer vierten Speichergruppe 346. Ausgehend vom Knotenpunkt 345 verläuft eine Leitung 347 zu einem Pluspol 348' einer zehnten Speichereinheit 348, welche über einen Minuspol 348'' und einer Leitung 349 mit einem Knotenpunkt 350 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 350 verläuft eine Leitung 351 zu einem Pluspol 352' einer elften Speichereinheit 352, welche über einen Minuspol 352'' und einer Leitung 353 mit einem Knotenpunkt 354 verbunden ist. Der Knotenpunkt 354 ist seinerseits über eine Leitung 355 mit einem Pluspol 356' einer zwölften Speichereinheit 356 verbunden. Die Speichereinheit 356 ist über einen Minuspol 356'' und eine Leitung 357 mit einem Knotenpunkt 358 verbunden, der die vierte Speichergruppe 346 abschließt. Jeder der Speichereinheit 303 sind elektrische Verbraucher 359 zugeordnet, welche als Ohmsche Widerstände 360 ausgebildet sind. An jedem Knotenpunkt des elektrischen Speichers 301 ist ein elektrischer Verbraucher 359 mittels einer Leitung 361 verbunden. Ausgehend von jedem elektrischen Verbraucher 359 verläuft jeweils eine Leitung 362 zu Knotenpunkten 363. Zwischen zwei nebeneinander angeordneten Knotenpunkten 363 sind jeweils eine Leitung 364 und eine davon getrennte Leitung 365 angeordnet, die über einen Schalter 366 in Form eines Halbleiterschalters 367, eines Transistors 368, verbindbar sind. Durch die Verbindung der Leitungen 364 und 365 werden jeweils zwei Knotenpunkte 363 miteinander verbunden. Die elektrischen Verbraucher 359 sowie die dazugehörigen Schalter 366 sind Teil einer Angleichschaltung 369. Die Angleichschaltung 369 besitzt zudem Wicklungen 370 von elektrischen Spulen 370'. Ferner weist die Angleichschaltung 369 Dioden 372 und Schalter 373 auf. Ausgehend vom Knotenpunkt 307 verläuft eine weitere Leitung 374 zum Knotenpunkt 375, welche über eine Leitung 376 mit einem ersten Schal ter 377 verbunden ist. Der Schalter 377 ist über eine Leitung 378 mit einem weiteren Knotenpunkt 379 verbunden. Der Knotenpunkt 379 ist zusätzlich über eine Leitung 380 mit einer ersten Wicklung 381 verbunden, welche weiter über eine Leitung 382 mit einem Knotenpunkt 385'. Der Knotenpunkt 385' ist über eine Leitung 382' mit einem zweiten Schalter 383 verbunden. Der zweite Schalter 383 ist über eine Leitung 384 an einen Knotenpunkt 385 angeschlossen, welcher über eine Leitung 386 zu einer zweiten Wicklung 387 führt. Die zweite Wicklung 387 weist einen weiteren Knotenpunkt 388 auf, welcher über eine Leitung 389 mit einem dritten Schalter 390 verbunden ist. Der dritte Schalter 390 ist zusätzlich über eine Leitung 391 mit einem Knotenpunkt 392 verbunden. Ausgehend vom Knotenpunkt 392 verläuft eine Leitung 393 zu einem vierten Schalter 394, welcher über eine Leitung 395 mit einem Knotenpunkt 396 verbunden ist. Der Knotenpunkt 396 ist seinerseits über eine zusätzliche Leitung 397 mit einer dritten Wicklung 398 verbunden. Ausgehend von der dritten Wicklung 398 verläuft eine weitere Leitung 399 zu einem Knotenpunkt 400. Der Knotenpunkt 400 ist über eine Leitung 401 mit einem fünften Schalter 402 verbunden, welcher über eine Leitung 403 zu einem Knotenpunkt 404 führt. Ausgehend vom Knotenpunkt 404 verläuft eine Leitung 405 zu einer vierten Wicklung 406, die in eine Leitung 407 übergeht und mit einem Knotenpunkt 408 verbunden ist. Der Knotenpunkt 408 ist über eine Leitung 409 mit einem sechsten Schalter 410 verbunden. Dieser ist über eine weitere Leitung 411 mit einem Knotenpunkt 412 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 413 mit dem Knotenpunkt 358 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 392 verläuft eine weitere Leitung 414, welcher die Knotenpunkte 392 und 323 miteinander verbindet. Ferner sind die Knotenpunkte 404 und 345 über eine Leitung 415 miteinander verbunden. Ausgehend vom Knotenpunkt 375 verläuft eine weitere Leitung 416 zu einer ersten Diode 417, welche über eine Leitung 418 mit dem Knotenpunkt 388 verbunden ist. Die Diode 417 ist dabei mit einer Durchlaufrichtung von der Leitung 418 zu der Leitung 416 angeordnet. Ausgehend vom Knotenpunkt 379 ist eine Leitung 419 mit einer zweiten Diode 420 verbunden, welche über eine weitere Leitung 421 mit einem Knotenpunkt 422 verbunden ist. Der Knotenpunkt 422 ist über eine zusätzliche Leitung 423 mit dem Knotenpunkt 392 verbunden. Die zweite Diode 420 ist derart angeordnet, dass ihre Durchlaufrichtung von der Leitung 421 zu der Leitung 419 verläuft. Ausgehend vom Knotenpunkt 319 verläuft eine weitere Leitung 424' zu dem Knotenpunkt 385' und weiter über eine Leitung 424 zu einer dritten Diode 425, die ihrerseits über eine Leitung 426 mit dem Knotenpunkt 400 verbunden ist. Die Durchlaufrichtung der dritten Diode 425 ist dabei von der Leitung 426 zu der Leitung 424 gerichtet. Ausgehend vom Knotenpunkt 385 verläuft eine weitere Leitung 427 zu einer vierten Diode 428, welche ihrerseits über eine Leitung 429 mit dem Knotenpunkt 404 verbunden ist. Die Durchflussrichtung der vierten Diode 428 ist dabei von der Leitung 429 zu der Leitung 427 gerichtet. Ausgehend von dem Knotenpunkt 422 verläuft eine Leitung 430 zu einer fünften Diode 431, die ihrerseits über eine Leitung 432 mit dem Knotenpunkt 408 verbunden ist. Die fünfte Diode 431 besitzt dabei eine Durchflussrichtung, die von der Leitung 432 zu der Leitung 430 führt. Ausgehend vom Knotenpunkt 396 verläuft eine weitere Leitung 433 zu einer sechsten Diode 434, welche ihrerseits über eine Leitung 435 mit dem Knotenpunkt 412 verbunden ist. Die sechste Diode 434 weist dabei eine Durchlassrichtung auf, welche von der Leitung 435 zu der Leitung 433 verläuft. Somit ist die Angleichschaltung 369 vollständig.
Die 2 zeigt den elektrischen Speicher 301 sowie die Angleichschaltung 369 der 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zur 1 ist der sechste Schalter 410 für einen ersten Verfahrensschritt geschlossen und die Speichergruppe 346 weist eine höhere Gruppenspannung auf als die andere Speichergruppe 333. Dadurch ergibt sich ein Stromkreis 437, welcher mit Stromrichtungspfeilen 438 versehen ist und in der 2 fett dargestellt ist. Der Stromkreis 437 umfasst somit die vierte Speichergruppe 346 und verläuft ausgehend vom Knotenpunkt 345 über die Leitungen 415 und 405 zur vierten Wicklung 406, wodurch die entsprechende Spule 370' mittels des ankommenden Stroms erregt wird. Ausgehend von der Wicklung 406 verläuft der Stromkreis 437 weiter über die Leitungen 407, 409, 411 und 413 zum Knotenpunkt 358, wodurch der Stromkreis 437 mit der vierten Speichergruppe 346 geschlossen ist. Nach dem Schließen des Schalters 410 erfolgt ein Öffnen des Schalters 410, sobald die Wicklung 406 ausreichend erregt ist. Dieses Öffnen des Schalters 410 kann nach einer bestimmten Zeitspanne erfolgen oder dann erfolgen, wenn eine bestimmte Strommenge durch die Wicklung 406 geflossen ist.
Die 3 zeigt den elektrischen Speicher 301 sowie die Angleichschaltung 369 aus 1 mit all ihren Merkmalen. Sämtliche Schalter 373 sind für einen zweiten Verfahrensschritt geöffnet. Im Gegensatz zu 1 liegt eine Situation vor, in der die der vierten Wicklung 406 zugehörige Spule 370' erregt ist. Aufgrund der Erregung erfolgt eine Rückinduktion, die einen Stromfluss in der Angleichschaltung 369 bewirkt. Dieser Stromfluss führt zu einem Stromkreis 439, welcher in 3 fett dargestellt ist und mit Stromrichtungspfeilen 438 versehen ist. Somit beinhaltet der Stromkreis 439 die dritte Speichergruppe 333, welche von der erregten Spule 370' über den Stromkreis 439 aufgeladen wird. Der Stromkreis 439 beinhaltet ausgehend von der Wicklung 406 die Leitungen 407 und 432, welche zur Diode 431 führen. Ausgehend von der Diode 431 verläuft der Stromkreis 439 über die Leitungen 430, 423 und 414 zum Knotenpunkt 332 über die Speichergruppe 333 hinweg und vom Knotenpunkt 345 über die Leitungen 415 und 405 zurück zur Wicklung 406.
Die 4 zeigt den elektrischen Speicher 301 sowie die Angleichschaltung 369 der 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zur 1 sind der vierte Schalter 394 und der fünfte Schalter 402 für einen weiteren, ersten Verfahrensschritt geschlossen und die Speichergruppe 333 weist eine höhere Gruppenspannung auf als die anderen Speichergruppe 320 und/oder 346. Somit ergibt sich ein Stromkreis, welcher sowohl die dritte Speichergruppe 333 als auch die dritte Wicklung 398 beinhaltet. Der Stromkreis 440 ist in 4 fett dargestellt und mit Stromrichtungspfeilen 438 versehen. Somit enthält der Stromkreis 440 die dritte Speichergruppe 333 und verläuft ausgehend vom Knotenpunkt 332 über die Leitungen 414, 493 und 395 sowie der Leitung 397 zur dritten Wicklung 398. Die der dritten Wicklung 398 zugehörige Spule 370' wird durch den durchfließenden Strom erregt und leitet diesen anschließend weiter über die Leitungen 399, 401, 403 und 415 zum Knotenpunkt 345, wodurch sich der Stromkreis 140 zur dritten Speichergruppe 333 schließt.
Die 5 zeigt den elektrischen Speicher 301 sowie die Angleichschaltung 369 der 1 mit all ihren Merkmalen. Im Gegensatz zur 1 liegt eine Situation vor, in der die der dritten Wicklung 395 zugehörigen Spule 370' erregt ist. Ferner ist der fünfte Schalter 402 für einen weiteren, zweiten Verfahrensschritt geschlossen, wohingegen der vierte Schalter 394 geöffnet ist. Aufgrund der Rückinduktion der erregten Wicklung 398 ergibt sich ein Stromfluss, woraus sich ein Stromkreis 441 bildet, welcher in 5 fett dargestellt ist. Die Richtung des Stromverlaufs ist mittels Stromrichtungspfeilen 438 gekennzeichnet. Es wird deutlich, dass die in der Wicklung 398 gespeicherte Ladung über den Stromkreis in die vierte Speichergruppe 346 geladen wird. Der Stromkreis 441 umfasst ausgehend von der dritten Wicklung 398 die Leitungen 401, 403 und 415, welche zum Knotenpunkt 345 der vierten Speichergruppe 346 führt. Die vierte Speichergruppe 346 führt den Stromkreis 441 weiter zum Knotenpunkt 358, welcher über die Leitungen 413 und 435 zur sechsten Diode 434, die den Stromkreis 441 über die Leitung 427 und 386 zur dritten Wicklung 398 schließt.
Die 6 zeigt den elektrischen Speicher 301 sowie die Angleichschaltung 369 der 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zu 1 ist der vierte Schalter 394 geschlossen und die der dritten Wicklung 398 zugeordneten Spule 370' für einen weiteren, zweiten Verfahrensschritt erregt. Aufgrund der Erregung und der damit verbundenen Rückerregung ergibt sich ein Stromkreis 442, welcher die Ladung, die in der Spule 370' gespeichert ist, in die zweite Speichergruppe 320 lädt. Der Stromkreis 442 ist in 6 fett dargestellt und mit Stromrichtungspfeilen 438 versehen. Ausgehend von der dritten Wicklung 398 enthält der Stromkreis 442 die Leitungen 399 und 426, welche die dritte Wicklung 398 mit der dritten Diode 425 verbinden. Ausgehend von der dritten Diode 425 verläuft der Stromkreis 442 über die Leitungen 424 und 424' zum Knotenpunkt 319 der zweiten Speichergruppe 390. Die zweite Speichergruppe 390 führt den Stromkreis 442 fort und ist über den Knotenpunkt 332 mit der Leitung 414 verbunden, die zusammen mit den Leitungen 393, 395 und 397 den Stromkreis 442 schließen.
Die 4, 5 und 6 zeigen zusammen die Möglichkeit auf, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst durch das Schließen zweier Schalter 373 eine der Wicklungen 370 mit der Speichergruppe 390 verbunden, d. h. aufgeladen werden kann und durch Öffnen eines der Schalter 373 eine weitere dem entsprechenden Schalter 373 zugeordnete Speichergruppe 320 oder 346 geladen werden kann. Somit ergibt sich eine einfach Möglichkeit, mit der selektiv eine Spule 370' von einer Speichereinheit 302 geladen und eine bestimmte andere Speichergruppe 302 beladen werden kann.

Claims

Verfahren zum Angleichen der elektrischen Gruppenspannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, jeweils mehrere Speichereinheiten (303) aufweisenden Speichergruppen (302), dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichergruppe (302) mit der Wicklung (370) einer Spule (370') zu deren Erregung verbunden wird und dass anschließend mittels der erregten Spule (370') durch Anschließen der Wicklung (370) an die andere Speichergruppe (302) diese geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Speichereinheiten (303) über einen elektrischen Verbraucher (359), insbesondere einen ohmschen Widerstand (360), zur Einzelspannungsangleichung entladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die höchste Gruppenspannung aufweisende Speichergruppe (302) mit der Wicklung (370) der Spule (370') zu deren Erregung verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (303) mit der höchsten elektrischen Spannung innerhalb ihrer Speichergruppe (302) über den elektrischen Verbraucher (359) zur Einzelspannungsangleichung entladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichereinheiten (303) jeweils eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle (305), verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (370) durch Schließen mindestens eines Schal ters (373) mit der Speichergruppe (302) zur Erregung der Spule (370') verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (370) durch Öffnen des Schalters (373) an die andere Speichergruppe (302) angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Speichergruppe (302) von der Spule (370') über mindestens eine Diode (372) aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufgeladene Speichergruppen (302) und mehrere Schalter (373) verwendet werden und dass die erregte Spule (370') durch ein Öffnen mindestens eines entsprechenden Schalters (373), mindestens eine zugehörige Speichergruppe (302) auflädt.
Elektrischer Speicher (301) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, jeweils mehrere Speichereinheiten (303) aufweisenden elektrischen Speichergruppen (302) und einer elektrischen Angleichschaltung (369), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichschaltung (369) mindestens eine eine Wicklung (370) aufweisende Spule (370') besitzt, deren Wicklung (370) zum Erregen der Spule (370') mit einer der Speichergruppen (302) verbindbar ist und die Wicklung (370) zum Laden der anderen Speichergruppe (302) an diese anschließbar ist.
Speicher (301) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichschaltung (369) mindestens eine Diode (372) und/oder mindestens einen Schalter (373) aufweist.
Speicher (301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (373) als Halbleiterschalter (367), insbesondere Transistor (368), Thyristor oder dergleichen, ausgebildet ist.
Speicher (301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichschaltung (369) mindestens einen ohmschen Widerstand (360) zur Entladung mindestens einer der Speichereinheiten (303) aufweist.
Speicher (301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speichereinheiten (303) eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle (305), ist.