DE102009030805A1

DE102009030805A1 - Method for optimizing lithium-ion, involves adjusting voltage or temperature of cells, and redistributing energy from cells to condenser as transport medium when reaching maximum value of cells

Info

Publication number: DE102009030805A1
Application number: DE200910030805
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beck
Original assignee: Adensis GmbH
Current assignee: Belectric GmbH
Priority date: 2009-06-27
Filing date: 2009-06-27
Publication date: 2010-12-30

Abstract

The method involves adjusting voltage or temperature of cells, where the cells are connected with each other. Temperature of the cells is not exceeded when charging in a specific maximum value. A part of charging energy is redistributed with lower temperature than the maximum value to a condenser as a transport medium. The temperature of the cells is not exceeded when discharging in the specific maximum value, and the energy from the cells is redistributed to the condenser as the transport medium when reaching the maximum value of the cells.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung von individuellen Zellen eines mehrere Zellen aufweisenden elektrischen Energiespeichers bezüglich ihrer Lebensdauer, ihres Speicherinhalts und/oder ihres Speichervermögens an elektrischer Energie mit Hilfe eines Kondensators, der mittels elektronischer Schaltelemente auf jeweils eine Zelle zuschaltbar ist.The The invention relates to a method for optimizing individual Cells of a multi-cell electrical energy storage in terms of their life, their memory content and / or their storage capacity electrical energy by means of a capacitor, by means of electronic Switching elements on each cell is switchable.

Es ist bekannt, dass Batteriezellen unterschiedlich altern, was zum Teil auf Fertigungsungenauigkeiten, Materialvariationen etc. beruht. Beim Ladevorgang von mehreren in Reihe geschalteten Zellen fließt zwar durch jede Zelle derselbe Strom, welcher aber von den leicht unterschiedlichen Zellen zu unterschiedlichem Ladeverhalten führt. Dieser Effekt ist bei neuen Zellen nur schwach ausgeprägt, verstärkt sich aber mit der Zeit und der Anzahl der Lade-/Entladezyklen. Dieses ist insbesondere bei Bleiakkumulatoren zu beobachten, bei denen es über die Jahre zu unterschiedlicher Verschlackung des Elektrolyts kommt. Dieses kann soweit führen, dass eine einzelne defekte Zelle einen so hohen elektrischen Widerstand bildet, dass es zu einem Ausfall der gesamten Batterie führt.It It is known that battery cells age differently, leading to Part based on manufacturing inaccuracies, material variations, etc. While charging of several cells connected in series flows though the same current through each cell, but which of the slightly different ones Cells leads to different charging behavior. This effect is at new cells only weak, amplifies but with the time and number of charge / discharge cycles. This is particularly observed in lead-acid batteries in which it over The years come to different slagging of the electrolyte. This can lead so far that a single defective cell has such a high electrical resistance forms that it leads to a failure of the entire battery.

In der 1 sind beispielhaft zwei verschiedene Spannungsverläufe U über die Zeit t für einen vorgegebenen Entladestrom 1 dargestellt. Die gesunde Zelle in der 1a zeigt über einen Zeitraum von 3 Stunden ein stabiles Entladeverhalten, wohingegen die Spannung der schwachen Zelle bereits nach 1,5 Stunden zusammenbricht, wie es die 1b verdeutlicht. Die Zelle wird dann nichtleitend und verursacht den Ausfall des gesamten Ladungsspeichers. Beim Laden der Batterie erreicht die schwache Zelle entsprechend früher ihre maximale Spannung als die gesunde Zelle und nimmt keine weitere Ladung mehr an.In the 1 are two different voltage waveforms U over the time t for a given discharge current 1 shown. The healthy cell in the 1a shows a stable discharging behavior over a period of 3 hours, whereas the voltage of the weak cell collapses after only 1.5 hours, like the 1b clarified. The cell then becomes nonconductive and causes the failure of the entire charge storage. When charging the battery, the weak cell reaches its maximum voltage earlier than the healthy cell and does not accept any further charge.

Um diesen Effekt zu mildern ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Reihe nach Zelle für Zelle mit einem Kondensator verbunden wird und jeweils ein Ladungsaustausch zwischen zwei benachbarten Zellen stattfindet. Sind zwei relativ gesunde oder zwei degradierte Zellen nebeneinander, so wird nur eine geringe Ladungsumverteilung erfolgen, da die Differenz der jeweiligen Leerlauf spannungen der Zellen klein ist. Liegen dagegen eine gesunde und eine schwache Zelle nebeneinander ist die Spannungsdifferenz ihrer Leerlaufspannungen relativ hoch und der Kondensator kann die schwache Zelle zu Lasten der gesunden Zelle mit mehr Ladung versehen, was deren Leerlaufspannung wieder anhebt. Dieser Effekt tritt ein, sobald die Batterie vom Ladegerät abgekoppelt ist und in ihrem Ruhezustand oder beim Entladen ist. Wenn genug Durchläufe (sequentielles Verbinden des Kondensators mit jeder Zelle) absolviert werden, sind irgendwann alle Zellen auf demselben Niveau der Leerlaufspannung. Dieses dauert relativ lange, da es Zufall ist, welche Zellen mit welchem Alterungszustand nebeneinander liegen und entsprechend viele Durchläufe an Ladungsausgleich zu absolvieren sind.Around To mitigate this effect is a method of the aforementioned Art known in which connected in order cell by cell with a capacitor and in each case a charge exchange between two adjacent Cells takes place. Are two relatively healthy or two demoted Cells next to each other, so only a small charge redistribution done, since the difference of the respective idle voltages of Cells is small. Lying on the other hand, a healthy and a weak Cell next to each other is the voltage difference of their open circuit voltages relatively high and the capacitor can be the weak cell at the expense provide the healthy cell with more charge what its open circuit voltage lift again. This effect occurs as soon as the battery is removed charger is disconnected and is in its idle state or when unloading. If enough runs (connecting the capacitor sequentially with each cell) At some point, all cells will be at the same level of open circuit voltage. This takes a relatively long time, as it is a coincidence which cells with which aging condition lie next to each other and accordingly many runs to be compensated for charge compensation.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ausbalancierten Zustand des Energiespeichers früher und effektiver als bei der genannten Vorgehensweise zu erreichen.present Invention is based on the object, a balanced state the energy store earlier and more effective than the above procedure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrens-Abtastschritt die Spannung oder die Temperatur von zumindest einem Teil der Zellen des Energiespeichers gemessen wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt die gemessenen Spannungs- oder Temperaturwerte in einem Speicherelement als Datenpaar zusammen mit einer Identifikation der Zelle abgelegt werden, in einem dritten Verfahrensschritt die gemessenen Spannungs- oder Temperaturwerte einer Recheneinheit zugeführt werden, an dessen Ausgang in einem vierten Verfahrensschritt Steuersignale anliegen, die die Schalterstellung der elektronischen Schaltelemente derart steuern, dass mindestens eines der folgenden Kriterien optimiert wird:

I) Die Spannung aller Zellen wird einander angeglichen, indem eine Verbindung von Zellen oder Gruppen von Zellen zum Kondensator derart erfolgt, dass Zellen oder Gruppen von Zellen hoher Spannung mit Zellen oder Gruppen von Zellen niedriger Spannung im Wechsel an den Kondensator angeschlossen werden, so dass eine Umverteilung elektrischer Energie von Zellen hoher Spannung hin zu Zellen niedriger Spannung mit dem Kondensator als Transportmedium erfolgt;
II) Die Spannung einer Zelle darf einen vorgebbaren, zulässigen Maximalwert nicht überschreiten und ein Teil ihrer elektrischen Energie wird bei Erreichen des Maximalwerts durch Umverteilung auf Zellen mit niedrigerer Spannung als den Maximalwert mit dem Kondensator als Transportmittel umverteilt;
III) Die Spannung einer Zelle darf einen vorgebbaren Mindestwert nicht unterschreiten und bei Erreichen des Mindestwerts wird durch Umverteilung von Zellen höherer Spannung mit dem Kondensator als Transportmittel Energie auf die den Mindestwert unterschreitende Zelle umverteilt;
IV) Der Energieinhalt aller Zellen wird einander angeglichen, indem eine Verbindung von Zellen oder Gruppen von Zellen zum Kondensator derart erfolgt, dass Zellen oder Gruppen von Zellen hohen Energieinhalts mit Zellen oder Gruppen von Zellen niedrigen Energieinhalts im Wechsel an den Kondensator angeschlossen werden, so dass eine Umverteilung elektrischer Energie von Zellen hohen Energieinhalts hin zu Zellen niedrigen Energieinhalts mit dem Kondensator als Transportmedium erfolgt,
V) Die Temperatur einer Zelle darf beim Ladevorgang einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten und ein Teil der Ladungsenergie wird bei Erreichen des Maximalwerts durch Umverteilung auf Zellen mit niedrigerer Temperatur als den Maximalwert mit dem Kondensator als Transportmittel umverteilt;
VI) Die Temperatur einer Zelle darf beim Entladevorgang einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten und bei Erreichen des Maximalwerts wird Energie von Zellen niedrigerer Temperatur auf die den Maximalwert überschreitende Zelle mit dem Kondensator als Transportmittel umverteilt.

This object is achieved according to the invention in that in a first method scanning step the voltage or the temperature of at least part of the cells of the energy store is measured, that in a second method step the measured voltage or temperature values in a memory element as data pair together with an identification stored in a third step, the measured voltage or temperature values of a computing unit are applied to the output in a fourth process step control signals that control the switch position of the electronic switching elements such that at least one of the following criteria is optimized:

I) The voltage of all cells is equalized by connecting cells or groups of cells to the capacitor such that cells or groups of high voltage cells are alternately connected to cells or groups of low voltage cells to the capacitor, so that a redistribution of electrical energy from high voltage cells to low voltage cells occurs with the capacitor as the transport medium;
II) The voltage of a cell must not exceed a predefinable, permissible maximum value and a part of its electrical energy is redistributed by reaching the maximum value by redistribution to cells with lower voltage than the maximum value with the capacitor as a means of transport;
III) The voltage of a cell must not fall below a predeterminable minimum value and on reaching the minimum value is redistributed by redistribution of cells of higher voltage with the capacitor as a transport energy to the minimum value below cell;
IV) The energy content of all cells is equalized by connecting cells or groups of cells to the capacitor such that cells or groups of high energy content cells are alternately connected to cells or groups of low energy content cells to the capacitor such that a redistribution of electrical energy from cells of high energy content to cells of low energy content with the condenser as a transport medium,
V) The temperature of a cell during charging must not exceed a predeterminable maximum value and a part of the charge energy is redistributed by redistribution to cells with lower temperature than the maximum value with the capacitor as a means of transport when reaching the maximum value;
VI) The temperature of a cell may not exceed a predefinable maximum value during the discharge process, and when the maximum value is reached, energy from cells of lower temperature is redistributed to the cell exceeding the maximum value with the capacitor as the means of transport.

Es soll an dieser Stelle klargestellt werden, dass die vier Verfahrensschritte nicht immer alle gemeinsam als Paket durchgeführt werden müssen, wohl aber bei der Realisierung des Verfahrens irgendwann mal durchgeführt worden sein müssen. So zum Beispiel ist die Spannungsmessung jeder individuellen Zelle zumindest einmal nötig, um sich einen Überblick über den Zustand des Energiespeichers zu verschaffen. Dieser Schritt kann aber in der weiteren Durchführung des Verfahrens modifiziert werden. Dann kann es sinnvoll sein, dass zunächst nur noch die Spannung über einen Teil der Zellen, nämlich denjenigen, der unter besonderer Beobachtung und Fürsorge bezüglich seines Ladungszustands steht, gemessen wird. Ähnlich verhält es sich mit der paarweisen Zuordnung von Identifikation der Zelle und der gemessenen Leerlaufspannung. Diese Datenpaarbildung muss im Grunde genommen nur ein einziges Mal erfolgen, so z. B. zu Anfang des Verfahrens. Danach ist es nur noch erforderlich, den in den Speicher eingeschriebenen Spannungswert gegen einen aktuellen Wert auszutauschen, was zwar wiederum Datenpaare bildet, ohne aber jeweils eine neue Identifikation zu erstellen und zu vergeben. Es soll also festgehalten werden, dass die beanspruchten Verfahrensschritte nicht notwendiger Weise an ihre Reihenfolge oder an ihre Häufigkeit der Durchführung in Verbindung mit anderen Verfahrensschritten gekoppelt sind. Die zuvor genannten und auch im folgenden zur Spannung gemachten Ausführungen sollen immer auch analog für die Temperatur als zu regelnder Parameter gültig sein.It It should be made clear at this point that the four procedural steps not always have to be done together as a package, well but in the realization of the procedure sometime been done have to be. So, for example, is the voltage measurement of each individual cell at least once needed, to get an overview of the To provide state of energy storage. This step can but in the further implementation of the method are modified. Then it may make sense that first only the voltage over some of the cells, namely those the under special observation and care with respect to its state of charge stands, is measured. Similar behave It deals with the pairwise assignment of identification of the cell and the measured open circuit voltage. This data pairing must basically done only once, so z. B. at the beginning of the procedure. After that, it is only necessary that in the memory to exchange the registered voltage value for a current value, which in turn forms pairs of data, but without a new one Create and assign identification. It should be held be that the claimed process steps are not necessary According to their order or frequency of execution Connection with other steps are coupled. The before mentioned and also made in the following to the voltage embodiments always synonymous for the temperature is valid as the parameter to be controlled.

Zur Begriffsbildung soll weiterhin ausgeführt werden, dass unter Zelle im Sinne vorliegender Erfindung eine Energiespeichereinheit zu verstehen ist, die zum Beispiel auch eine herkömmliche 12 Volt Autobatterie sein kann, die sich wiederum aus 6 einzelnen Zellen zu je 2 Volt zusammensetzt. Eine Gruppe von Zellen ist dann zum Beispiel eine Verschaltung von mehreren Batterien, die dann zusammen als die eine Speichereinheit gesehen werden. Die Energiespeichereinheit oder Zelle kann ebenso ein in sich abgeschlossener einzelner wieder aufladbarer Akkumulator sein, wie z. B. eine Lithium-Ionen Folienakkumulator oder ein Metallhydrit-Akkumulator. Werden die Lithium-Ionen Folienzellen zu Paketen von jeweils mehreren Lithium-Ionen Folienzellen gebündelt, gelten dann diese Pakete als Zelle oder Energiespeichereinheit. Schließlich soll noch Erwähnung finden, dass, wenn von Laden oder Entladen die Rede ist, dies immer aus der Sicht der Zelle zu verstehen ist.to Conceptualization should continue to be performed under cell to understand an energy storage unit in the context of the present invention is, for example, a conventional 12 volt car battery can be, which in turn consists of 6 individual cells of 2 volts each composed. A group of cells is then one, for example Interconnection of several batteries, which then together as the one Storage unit can be seen. The energy storage unit or Cell can also be a self-contained single rechargeable Be accumulator, such as. As a lithium-ion film accumulator or a metal hydride accumulator. Will the lithium-ion foil cells bundled into packages of a plurality of lithium-ion film cells, apply then these packets as a cell or energy storage unit. Finally, should still mention find that when talking about loading or unloading, this is always from the point of view of the cell.

Auf die genannten sechs Kriterien soll im folgenden näher eingegangen werden. Bezüglich des zweiten Kriteriums II) ist anzumerken, das dieses immer dann vorrangig ist, wenn der Energiespeicher mit einem Ladevorgang beaufschlagt ist. Der Vorteil des Umverteilens von Ladung während des Ladevorgangs führt zu einem höheren Gesamtladezustand des Energiespeichers. Je langsamer die Ladung erfolgt, desto mehr Ladung kann aufgenommen werden. Durch das stetige Umverteilen weg von den kranken Zellen kommen diese später an ihre maximale Spannung und haben mehr Ladung gespeichert als ohne Umverteilung. Die vorgeschädigte Zelle mit ihrem Spannungsverlauf nach 1b würde sehr früh ihre maximale Leerlaufspannung erreichen und einen hohen Widerstand für den Ladestrom darstellen, welcher dann drastisch abnimmt. Werden während des Ladevorgangs mittels des Kondensators Ladungen von der geschädigten Zelle weggenommen, setzt dieser Effekt entsprechend später ein. Die Schalterstellungen wären also über die Recheneinheit so zu steuern, dass die schwächste Zelle, die den höchsten Widerstand für den Ladestrom einbringt, laufend wieder mittels des Kondensators entladen wird, der dafür gesunde Zellen entsprechend zügiger auflädt. So können, insbesondere auch unter dem Einsatz mehrerer Kondensatoren, die 1 bis 5 schwächsten Zellen langsamer geladen werden als der Rest der Zellen.The above six criteria will be discussed in more detail below. With regard to the second criterion II), it should be noted that this is always given priority when the energy store is charged with a charge. The advantage of redistributing charge during charging results in a higher overall state of charge of the energy storage. The slower the charge, the more charge can be absorbed. Due to the constant redistribution away from the diseased cells, they later reach their maximum voltage and have more charge stored than without redistribution. The pre-damaged cell with its voltage curve after 1b would reach its maximum open circuit voltage very early and present a high resistance to the charging current, which then drastically decreases. If charges are taken away from the damaged cell during the charging process by means of the capacitor, this effect commences later. The switch positions would therefore have to be controlled via the arithmetic unit so that the weakest cell, which introduces the highest resistance for the charging current, is continuously discharged again by means of the capacitor, which charges healthy cells accordingly more quickly. Thus, especially with the use of several capacitors, the 1 to 5 weakest cells can be charged more slowly than the rest of the cells.

Beim Entladevorgang des Energiespeichers ist es vorteilhaft, wenn das Kriterium III) vorrangig erfüllt wird. Wird die Zelle mit der schwächsten Strom/Spannungscharakteristik nach 1b (entsprechend der niedrigsten Kapazität oder der höchsten Alterung oder des höchsten Verschleiß) durch Umverteilung von elektrischer Energie möglichst lange nahe an dem maximal zulässigen Spannungswert gehalten, so kann die reduzierte Leistung dieser Zelle möglichst lange konserviert werden, ohne dass ein Spannungsverlust auftritt, oder gar eine vollständige Entleerung der Zelle eintritt, was die Batterie als ganzes ausfallen ließe. Die Ladung wird dabei nicht im klassischen Sinne konserviert, sondern die abfließende Ladung wird auch beim Entladen laufend durch zufließende Ladung ersetzt, so dass die Zelle, obwohl sie geschwächt ist, sich von außen gesehen wie eine gesunde Zelle verhält, die ihre Ladung entsprechend einer gesunden Zelle abgibt.When discharging the energy storage device, it is advantageous if criterion III) is met with priority. Will the cell with the weakest current / voltage characteristic become weaker 1b (According to the lowest capacity or the highest aging or wear) held by redistribution of electrical energy as long as possible close to the maximum allowable voltage value, the reduced power of this cell can be preserved as long as possible without a loss of voltage occurs, or even one complete emptying of the cell occurs, causing the battery to fail as a whole. The charge is not conserved in the classical sense, but the discharged charge is constantly replaced by discharging charge during unloading, so that the cell, although weakened, behaves from the outside like a healthy cell, their charge corresponding to a healthy Cell gives off.

Das zuerst genannte Kriterium I) ist für den Ruhezustand des Energiespeichers vorgesehen, wenn weder geladen noch entladen wird. Die Spannung aller Zellen wird nach einiger Zeit einander angeglichen sein, weil eine Verbindung von Zellen zum Kondensator derart erfolgt, dass gesunde Zellen hoher Leerlaufspannung an vorgeschädigte Zellen niedriger Leerlaufspannung alternierend an den Kondensator angeschlossen werden. Es wird also portionsweise eine gewisse Ladungsmenge von den gut geladenen zu den schlechter geladenen Zellen umverteilt.The first mentioned criterion I) is for the idle state of the energy storage provided when neither loaded nor unloaded. The voltage all cells will be aligned after some time, because a connection of cells to the capacitor is such that healthy cells of high no-load voltage lower on pre-damaged cells Open circuit voltage to be connected alternately to the capacitor. So it is in portions a certain amount of charge from the well-charged redistributed to the less charged cells.

Kommen andere Energiespeicher, insbesondere wieder aufladbare Ionen-Lithium basierte Energiespeicher zum Einsatz, sind die Kriterien I) bis IV) zwar ebenfalls wichtig, nicht aber so bedeutend, wie die Kriterien V) und VI). Das Kriterium V) optimiert die Temperatur einer solchen Zelle, die im Betrieb des Energiespeichers so hoch werden kann, dass der Energiespeicher zerstört wird. Die Beherrschung der Temperatur von Lithiumfolienakkumulatoren ist im Automobilbau eines der Kernthemen und wird zur Zeit mit eigens für die Kühlung des Energiespeichers vorgesehenen Kühlkanälen und -aggregaten angegangen. Für diese Art von Energiespeicher darf die Temperatur einer Zelle beim Ladevorgang einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten und die Steuer- und Regeleinheit ist so ausgeführt, dass ein Teil der Ladungsenergie beim Erreichen des Maximalwerts durch Umverteilung auf Zellen mit niedrigerer Temperatur als den Maximalwert mit dem Kondensator als Transportmittel umverteilt wird. Entsprechend wird beim Entladevorgang bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur Energie von Zellen niedrigerer Temperatur auf die den Maximalwert überschreitende Zelle mit dem Kondensator als Transportmittel umverteilt. Zu obiger Betrachtung ist anzumerken, dass dieser Maximalwert ein vorgegebener Wert unterhalb der Zerstörungstemperatur der Zelle ist, also die Umverteilung an Energie einsetzt, wenn sich die Temperatur der Zelle der zulässigen Höchsttemperatur nähert und nicht erst, wenn sie erreicht ist.Come other energy storage, in particular rechargeable ion-lithium based energy storage are the criteria I) to IV) is also important, but not as significant as the criteria V) and VI). The criterion V) optimizes the temperature of such Cell that can become so high during operation of the energy store that destroys the energy storage becomes. Mastering the temperature of lithium foil batteries is one of the core topics in the automotive industry and is currently being developed with specials for the cooling addressed to the energy storage cooling channels and aggregates. For this Type of energy storage allows the temperature of a cell during charging do not exceed a predefinable maximum value and the tax and control unit is designed so that part of the charge energy when reaching the maximum value by redistribution to lower temperature cells than that Maximum value is redistributed with the capacitor as a means of transport. Accordingly, the discharge process when reaching the maximum permissible Temperature energy of cells of lower temperature on the Maximum value exceeding Cell with the condenser redistributed as a means of transport. To the above It should be noted that this maximum value is a given Value below the destruction temperature is the cell, so the redistribution of energy sets in when the temperature of the cell of the maximum permissible temperature approaches and not until it is reached.

Es ist vorteilhaft, wenn die Verfahrenschritte I bis III unabhängig von dem permanent durchgeführten Verfahrensschritt VI in Zeitabständen von fünf bis sechzig Sekunden periodisch wiederholt werden. Je nach eingesetztem Kondensator und dem Leitungswiderstand, eventuell ergänzt um einen Vorwiderstand, sind Entladezeiten Tau in der Größenordnung von einigen Millisekunden wünschenswert. Wenn man für jeden einzelnen Umladevorgang insgesamt sechs Tau annimmt, sind nach einigen Sekunden mehrere Hundert „Portionen” an Ladung umverteilt worden und das Zustandsbild der Zellen hat sich so verändert, dass eine neue Bestandsaufnahme sinnvoll ist. Die Schalterstellung im vierten Verfahrensschritt sollte über einen Zeitraum von ein bis drei Tau der dem R/C-Kreis inhärenten Zeitkonstante Tau unverändert bleiben, bevor eine folgende von der Recheneinheit vorgegebene Schalterstellung eingenommen wird. Dies läßt genügend Zeit, um mehr als zwei Drittel Ladungsdifferenz zwischen den bearbeiteten Zellen abzubauen.It is advantageous if the process steps I to III are independent of the permanently performed Step VI at intervals of five be repeated periodically for sixty seconds. Depending on the used Capacitor and the line resistance, possibly supplemented by one Series resistor, discharge times Tau are on the order of a few milliseconds desirable. If you are for each individual transshipment takes a total of six dew are after a few seconds several hundred "portions" of cargo have been redistributed and the condition of the cells has changed so that a new inventory makes sense. The switch position in the fourth step should over a period of one to three tau of the time constant inherent in the R / C circle Dew unchanged remain before a following predetermined by the arithmetic unit switch position is taken. This leaves enough time by more than two-thirds charge difference between the processed To break down cells.

Arbeitet das Verfahren im Modus des Kriteriums I), so ist es vorteilhaft, wenn die Recheneinheit zunächst eine Schalterstellung vorgibt, die einen Umverteilungszyklus bewirkt, bei dem zuerst die Zelle mit der höchsten gemessenen Leerlaufspannung mit dem Kondensator verbunden wird und anschließend der Kondensator mit der Zelle des am niedrigsten gemessenen Leerlaufspannungswertes verbunden wird. Es wird also bei der Umverteilung mit der geschwächtesten Zelle angefangen, die entsprechend den dringendsten Ladungszuwachs gebrauchen kann. Als Geberzelle wird die gesündeste Zelle herangezogen. Dieser vierte Schritt kann dann nach und nach in der Reihenfolge der schwächsten oder stärksten Empfängerzelle bzw. Geberzelle wiederholt werden. Es können also prinzipiell sukzessive aufeinanderfolgende Umverteilungszyklen unter Beteiligung beliebig vorgebbarer Zellen, wie z. B. von den Zellen mit den zwei bis fünf höchsten gemessenen Leerlaufspannungen hin zu den z. B. eins bis drei Zellen mit der geringsten gemessenen Leerlaufspannung erfolgen.Is working the method in the mode of the criterion I), it is advantageous if the arithmetic unit first specifies a switch position that causes a redistribution cycle, at the first the cell with the highest measured open circuit voltage is connected to the capacitor and then the capacitor with the Cell of the lowest measured open circuit voltage value is connected. It starts with the redistribution with the weakest cell, which can use the most urgent charge increase. As a donor cell is the healthiest Cell used. This fourth step can then gradually in the order of the weakest or strongest recipient cell or donor cell are repeated. So basically it can be successive successive redistribution cycles with participation arbitrary predeterminable cells, such as. B. from the cells with the two to five highest measured open circuit voltages towards the z. B. One to three cells with the lowest measured Open circuit voltage.

Um das Umverteilen der Ladungen zu beschleunigen, ist es vorgesehen, dass mehrere Kondensatoren vorhanden sind, die unabhängig voneinander von der Recheneinheit gesteuert werden, um eines der drei Kriterien effektiver zu erfüllen oder um an der Erfüllung von zwei der drei Kriterien gleichzeitig zu arbeiten. So zum Beispiel ist das Kriterium I) immer erstrebenswert und kann während des Lade- oder Entladevorgangs abgearbeitet werden, wenn für diese aufgrund der Spannungsmessungen von der Recheneinheit momentan kein Handlungsbedarf nach den Kriterien II) bzw. III) errechnet wurde.Around accelerate the redistribution of the charges, it is intended that there are several capacitors that are independent of each other be controlled by the arithmetic unit to one of the three criteria to fulfill more effectively or to fulfillment to work on two of the three criteria simultaneously. For example criterion I) is always desirable and can be used during the Charging or unloading be processed, if for this due to the voltage measurements from the arithmetic unit currently no Action required according to the criteria II) or III) was calculated.

Es ist auch sinnvoll, insbesondere, wenn eine Bildung von Gruppen bestehend aus mehreren Zellen erfolgt ist, zwei Kondensatoren unterschiedlich großer Kapazität einzusetzen, wobei der Kondensator mit größerer Kapazität den Umverteilungszyklus von elektrischer Energie mit einer Gruppe von Zellen gleichzeitig vornimmt. Die unterschiedlich großen Kondensatoren können auch anders zum Einsatz kommen, z. B. der Art, dass der große Kondensator bei Zellen mit Differenzen in der gemessenen Leerlaufspannung oberhalb eines vorgebbaren Grenzwertes (e. g. 0,3 Volt) eingesetzt wird und der kleine Kondensator für die Umverteilung von Ladung bei Zellen mit einer gemessenen Leerlaufspannung unterhalb des vorgegebenen Wertes.It is also useful, especially if there is a formation of groups is made of several cells, two capacitors different greater capacity use, with the larger capacity capacitor the redistribution cycle of electrical energy with a group of cells at the same time performs. The different sized capacitors can also used differently, z. B. the kind that the large capacitor for cells with differences in measured open circuit voltage above a predeterminable limit value (e g of 0.3 volts) is used and the small capacitor for the redistribution of charge in cells with a measured open circuit voltage below the predetermined value.

Zur Glättung der Lastkurve kann für jede Zelle ein eigener, zugeordneter Kondensator vorgesehen sein, der mit der eigentlichen Umverteilung nichts zu tun hat, aber Stromspitzen und Schwingungsbildung verhindert.To smooth the load curve, for each cell le be provided with its own associated capacitor, which has nothing to do with the actual redistribution, but prevents current spikes and vibration.

Zu ähnlichen Zwecken dient der Einsatz von Kondensatoren unterschiedlicher Nennspannung. Der Kondensator höherer Nennspannung wird über, mit Hilfe der Schaltelemente, in Reihe geschaltete Zellen angelegt. Dabei muss nicht immer eine gleich große Zellenanzahl für das Laden und das Entladen gefordert werden. Der Kondensator kann zum Beispiel beim Laden über fünf Zellen in Reihe geschaltet sein, was bei einem Bleiakkumulator ca. 10 Volt entspricht, aber nur über eine Reihe von vier Zellen, entsprechend einer Nennspannung von ca. acht Volt entladen werden.To similar For the purpose of using capacitors of different nominal voltage. Of the Capacitor higher Rated voltage is over, with Help of the switching elements, cells connected in series. It does not always have the same number of cells for loading and unloading are required. The capacitor can, for example when loading over five cells be connected in series, which is approximately 10 volts for a lead-acid battery matches, but only about a series of four cells, corresponding to a nominal voltage of about eight volts are discharged.

Wie es bereits zuvor erwähnt wurde, ist die Handhabung der Kriterien I) bis III) nicht an einen bestimmten Betriebsmodus des Ladungsspeichers gebunden. So kann es beim Ladevorgang vorteilhaft sein, zunächst das Kriterium I) zu verfolgen, um ein langsames, gleichmäßiges Laden aller Zellen zu fördern, bevor das Kriterium II) beim Erreichen der maximal zulässigen Spannung einer der Zellen Vorrang hat.As it already mentioned before was the handling of criteria I) to III) is not to a specific operating mode of the charge storage bound. So can it may be advantageous during the charging process to first follow criterion I), a slow, even load to promote all cells, before the criterion II) when reaching the maximum allowable voltage one of the cells has priority.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Ladestrom des vorhandenen Ladegeräts von der Recheneinheit gesteuert wird. Dann kann der Ladestrom auf die Umverteilung der Ladungen mit Hilfe des Verfahrens abgestimmt werden. In der Anfangsphase des Ladens kann ein hoher Ladestrom freigegeben werden, da lange Zeit der Kondensator die zur Verfügung stehende Ladungsmenge gleichmäßig auf alle Zellen verteilt. Werden im Laufe des Ladens die ersten Zellen trotz Umverteilung an ihre maximale Spannung heranreichen, kann der Ladestrom von der Recheneinheit so weit verringert werden, dass er mit dem Umverteilen mittels des Kondensators Schritt hält. So wird immer der optimale Ladestrom an den Energiespeicher abgegeben, bis alle Zellen voll sind und der Ladestrom auf Null oder auf eine Erhaltungsladung zum Ausgleich des Selbstentladungsstroms geregelt wird.A particularly advantageous embodiment The invention provides that the charging current of the existing charger of the Arithmetic unit is controlled. Then the charging current on the redistribution the charges are matched by means of the method. In the Initial charging phase, a high charge current can be released, since for a long time the capacitor the available amount of charge evenly all cells are distributed. Become the first cells in the course of loading despite redistribution reach their maximum voltage can the charging current of the arithmetic unit are reduced so far that he keeps pace with the redistribution by means of the capacitor. So will always the optimal charging current is delivered to the energy storage until all cells are full and the charging current to zero or to a trickle charge to Balancing the self-discharge current is regulated.

Die Messung der Leerlaufspannung der Zellen geschieht vorteilhafter Weise mit einem Spannungsmessgerät, welches parallel zu dem Kondensator geschaltet ist. So können die für die Schaltvorgänge benötigten elektrischen Verbindungen und Schalter für die Messung mit benutzt werden. Um den Einfluss des Kondensators beim Messvorgang auszublenden, ist ein Unterbrecher oder Schalter vorgesehen, der den Kondensator vom Spannungsmessgerät elektrisch trennt, während der erste Verfahrensschritt abläuft. Um den Einfluss eventueller Streukapazitäten zu vermeiden, ist der Kondensator mit je einem Schalter an seinen beiden Anschlüssen vom Messgerät trennbar.The Measurement of the open circuit voltage of the cells is more advantageous Way with a voltmeter, which is connected in parallel with the capacitor. So can the for the switching operations required electrical connections and switches are used for the measurement. To hide the influence of the capacitor during the measuring process, a breaker or switch is provided, which is the capacitor from the voltmeter electrically disconnects while the first process step expires. To avoid the influence of possible stray capacitances, the capacitor is with one switch at each of its two connections can be separated from the measuring device.

Während des vierten Verfahrensschritts bleiben der oder die Unterbrecher geschlossen und die gemessene Spannung wird der Recheneinheit zugeführt. Diese steuert in Abhängigkeit der gemessenen Spannung die Verbindungszeit des Kondensators oder der Gruppe von Kondensatoren mit der oder den Zellen. Anstelle einer fest vorgegebenen Verbindungszeit von z. B. drei Tau kann dann eine variable Verbindungszeit errechnet werden, bei der der Ladungsübergang pro Zeiteinheit über alle Zellen gesehen optimiert ist.During the fourth step of the process or breakers remain closed and the measured voltage is supplied to the arithmetic unit. These controls in dependence the measured voltage is the connection time of the capacitor or the group of capacitors with the cell or cells. Instead of a fixed predetermined connection time of z. B. three dew can then one variable connection time are calculated at which the charge transfer per unit of time over all cells seen is optimized.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description of an embodiment based on the figures. Show it:

1a, 1b einen Strom/Spannungsverlauf einer bleibasierten Energiezelle, und 1a . 1b a current / voltage curve of a lead-based energy cell, and

2 ein Prinzipschaltbild zum Verfahren. 2 a schematic diagram of the process.

3 eine beispielhafte Umverteilung zwischen einzelnen Zellen 3 an exemplary redistribution between individual cells

In den 1a und 1b ist je ein typischer Verlauf einer Batteriespannung U, z. B. der Spannungsverlauf einer einzigen der sechs Zellen einer 12 Volt-Autobatterie von 2 Volt Nennspannung, über die Zeit t bei einem vorgegebenen Strom I aufgetragen. Zu Anfang des Spannungsverlaufs bei einer entladenen Akkumulatorzelle steigt die Spannung U sehr schnell an, um dann in einen flachen Bereich überzugehen, der während einer Zeitspanne Δt beibehalten wird, um gegen Ende des Ladevorgangs relativ steil der von einem Ladegerät bereitgestellten Spannung von z. B. 13,8 Volt entgegenzustreben. Im Falle der Energieentladung aus der Akkumulatorzelle heraus dreht sich die Spannungskurve um und wird quasi von dem hohen Spannungswert hinten über den konstanten Bereich hinweg bis zur gänzlichen Entladung hin zu einer minimalen Restspannung durchlaufen. In dem steilen Anfangsbereich der Spannungskurve besitzt die Akkumulatorzelle, einen hohen Widerstand, so dass sie, da sie in Reihe mit den fünf übrigen Zellen der 12 Volt Batterie geschaltet ist, zum Versagen der gesamten Batterie führen kann.In the 1a and 1b is ever a typical course of a battery voltage U, z. Example, the voltage curve of a single one of the six cells of a 12 volt car battery of 2 volts nominal voltage, applied over time t at a predetermined current I. At the beginning of the voltage curve in a discharged battery cell, the voltage U rises very quickly, and then to go into a shallow region, which is maintained during a period .DELTA.t to end of the charging process relatively steeply provided by a charger voltage of z. B. 13.8 volts. In the case of the energy discharge from the accumulator cell, the voltage curve rotates and is virtually passed through from the high voltage value behind the constant range to the complete discharge towards a minimum residual voltage. In the steep initial region of the voltage curve, the accumulator cell has a high resistance so that, being connected in series with the five remaining cells of the 12 volt battery, it can result in the failure of the entire battery.

Die 1a zeigt den Spannungsverlauf einer gesunden Zelle, bei der die Zeitspanne Δt mit konstanter Lastkurve erheblich größer ist als bei der 1b, die den Spannungsverlauf einer defekten oder schwachen Zelle wiedergibt. In der 1 ist noch eine maximal zulässige Spannung der Zelle von ca. 13,8 Volt gezeigt, die nicht überschritten werden darf, um ein Ausgasen des Elektrolyts und eine Zerstörung der Zelle zu vermeiden.The 1a shows the voltage curve of a healthy cell, in which the period .DELTA.t with a constant load curve is considerably larger than in the 1b , which represents the voltage curve of a defective or weak cell. In the 1 is still a maximum allowable voltage of the cell of about 13.8 volts shown, which must not be exceeded in order to avoid outgassing of the electrolyte and destruction of the cell.

Es besteht also der Wunsch, jede Zelle eines wiederaufladbaren Energiespeichers über ihre Lebensdauer hinweg möglichst nah an ihrer ursprünglichen Breite des Δt zu halten. Dies geschieht durch eine zellenindividuelle Beeinflussung, insbesondere beim Lade- und/oder Entladevorgang, nach der Erfindung.It So there is a desire, each cell of a rechargeable energy storage on their Lifespan as possible close to their original one Width of the Δt to keep. This happens through a cell-individual influencing, in particular during loading and / or unloading, according to the invention.

In der 2 ist ein Energiespeicher 1 gezeigt, der vier herkömmliche Autobatterien 3a bis 3d zu 12 Volt aufweist, die jeweils aus sechs Zellen 5 zu 2 Volt bestehen. Im gezeigten Fall wird das Verfahren also nicht auf jede einzelne Zelle 5 des Energiespeichers 1 angewendet, sondern auf die größere Einheit Batterie 3a bis 3d. Die vier Batterien 3a bis 3d sind in Reihe geschaltet und mit einem positiven Pol oder Ausgangsklemme 7 und einem negativen Pol oder Ausgangsklemme 9 versehen. Im Ergebnis liegt ein Energiespeicher 1 mit 48 Volt Nennspannung vor, der über ein an die Ausgangsklemmen 7, 9 angeschlossenes Ladegerät 11 aufgeladen werden kann. Das Ladegerät 11 kann selber oder zusätzlich ein Wechselrichter 13 einer angeschlossenen Photovoltaikanlage PV sein.In the 2 is an energy storage 1 shown the four conventional car batteries 3a to 3d to 12 volts, each consisting of six cells 5 consist of 2 volts. In the case shown, the method does not apply to every single cell 5 of the energy store 1 but applied to the larger unit battery 3a to 3d , The four batteries 3a to 3d are connected in series and with a positive pole or output terminal 7 and a negative pole or output terminal 9 Mistake. The result is an energy storage 1 with 48 volts nominal voltage, which via one to the output terminals 7 . 9 connected charger 11 can be charged. The charger 11 can itself or additionally an inverter 13 be a connected photovoltaic system PV.

Jede der vier Autobatterien 3 ist an ihrem Plus- und Minuspol mittels eines nur ihr zugeordneten zweipoligen Schalters 15a bis 15d mit einer den Pluspolen zugeordneten Sammelschiene 17a und einer den Minuspolen zugeordneten Sammelschiene 17b verbunden. Ein Spannungsmessgerät 19 misst die Spannung zwischen den Sammelschienen 17a und 17b und gibt den gemessenen Wert über eine erste Signalleitung 21 an eine Steuer- und Regeleinheit 23 weiter. Parallel zu dem Spannungsmessgerät 19 ist ein Kondensator C vorgesehen, der mittels eines zweiten Schalters 25 zwischen die Sammelschienen 17a, 17b geschaltet werden kann.Each of the four car batteries 3 is at its plus and minus pole by means of a bipolar switch associated with it only 15a to 15d with a bus bar assigned to the positive poles 17a and a bus bar associated with the negative poles 17b connected. A voltmeter 19 measures the voltage between the busbars 17a and 17b and outputs the measured value via a first signal line 21 to a control unit 23 further. Parallel to the voltmeter 19 a capacitor C is provided, which by means of a second switch 25 between the busbars 17a . 17b can be switched.

Der zweite Schalter 25 ist grundsätzlich geöffnet, wenn die Steuer- und Regeleinheit 23 einen aktuellen Spannungswert U von dem Spannungsmessgerät 19 liest und übernimmt. Es versteht sich, dass die 2-poligen Schalter 15a bis 15d und auch der Schalter 25 elektronische Schalter sind, deren Öffnen und Schließen von der Regel- und Steuereinheit 23 kontrolliert wird. Dieses ist bezüglich der 2-poligen Schalter 15a bis 15d durch eine dritte Signalleitung 29 angedeutet.The second switch 25 is basically open when the control unit 23 a current voltage value U from the voltmeter 19 reads and takes over. It is understood that the 2-pole switch 15a to 15d and also the switch 25 electronic switches are their opening and closing by the control unit 23 is controlled. This is regarding the 2-pole switches 15a to 15d through a third signal line 29 indicated.

An oder in die Zuleitung des Ladegeräts 11 zu den Anschlussklemmen 7, 9 des Energiespeichers 1 ist ein Stromwandler 31 vorgesehen, der den Lade- oder Entladestrom I misst und den gemessenen Stromwert I, über Signalleitung 35, an die Regel- und Steuereinheit 23 weiterleitet. Von dieser führt eine sechste Signalleitung 36 zum Ladegerät 11, um dort einen optimierten Ladestrom einzustellen. Schließlich sei noch erwähnt, dass an die Ausgangsklemmen 7, 9 des Energiespeichers 1 selbstverständlich auch der Verbraucher (nicht gezeigt) in geeigneter Weise angeschlossen ist.On or in the supply line of the charger 11 to the terminals 7 . 9 of the energy store 1 is a current transformer 31 provided, which measures the charging or discharging current I and the measured current value I, via signal line 35 , to the control unit 23 forwards. From this leads a sixth signal line 36 to the charger 11 to set an optimized charging current there. Finally, it should be mentioned that to the output terminals 7 . 9 of the energy store 1 Of course, the consumer (not shown) is connected in a suitable manner.

Der Betrieb der in der 2 skizzierten Vorrichtung sieht zu Beginn vor, dass der Schalter 25 und alle 2-poligen Schalter 15a bis 15d geöffnet sind. Der Schalter 25 bleibt zunächst geöffnet und in einem ersten Verfahrensschritt werden nacheinander alle Schalter 15a bis 15b sukzessive einmal geschlossen, wobei alle anderen als der momentan geschlossene Schalter 15a bis 15d geöffnet sind. Auf diese Weise wird nach und nach eine Bestandsaufnahme vorgenommen, welche Batterie 3 welche Leerlaufspannung Ua bis Ud aufweist. Die Werte Ua bis Ud werden in einen Speicher 37 eingelesen und dort jeweils mit einer Identifikationsnummer der Batterie 3a bis 3d, an der die Spannung Ua bis Ud gemessen wurde, versehen. Dieses Bildung der vier Datenpaare-Batterie 3a/Spannung Ua; Batterie 3b/Spannung Ub; Batterie 3c/Spannung Uc; Batterie 3d/Spannung Ud – kann am Ende der Spannungsmessung erfolgen oder sukzessive mit jedem gemessenen Spannungswert Ua bis Ud an der jeweiligen Batterie 3a bis 3d. Im ersten Fall liegt eine klare Trennung des ersten Verfahrensschritts (Spannungsmessung) von dem zweiten Verfahrensschritt der Paarbildung vor, wohingegen bei einer jeweiligen Paarbildung direkt nach erfolgter Spannungsmessung auch eine Mischung der beiden Schritte erfolgen kann. Wichtig ist, dass im Ergebnis am Ende des zweiten Verfahrensschritts die Datenpaare in der Steuer- und Regeleinheit 23 vorliegen.The operation of the in the 2 sketched device provides at the beginning that the switch 25 and all 2-pin switches 15a to 15d are open. The desk 25 remains initially open and in a first step sequentially all switches 15a to 15b successively closed once, with all other than the currently closed switch 15a to 15d are open. In this way, an inventory is made gradually, which battery 3 which has no-load voltage Ua to Ud. The values Ua to Ud are stored in memory 37 read in and there each with an identification number of the battery 3a to 3d at which the voltage Ua to Ud was measured provided. This formation of the four data pairs battery 3a / Voltage Ua; battery 3b / Voltage Ub; battery 3c / Voltage Uc; battery 3d / Voltage Ud - can be done at the end of the voltage measurement or successively with each measured voltage value Ua to Ud at the respective battery 3a to 3d , In the first case, there is a clear separation of the first process step (voltage measurement) from the second process step of the pair formation, whereas in a respective pair formation directly after the voltage measurement, a mixture of the two steps can take place. It is important that, as a result, at the end of the second process step, the data pairs in the control unit 23 available.

In der Steuer- und Regeleinheit 23 ist ein Logikbaustein 39 vorgesehen, in welchen die Erfordernisse nach den Kriterien I) bis VI) einprogrammiert sind. Am Beispiel des ersten Kriteriums arbeitet der Logikbaustein 39 nach Art eines Vergleichers, in welchem sämtliche gemessene Spannungswerte Ua bis Ud miteinander verglichen und ihrer Höhe nach sortiert werden. Am Beispiel, welches auch noch einmal in der 3 illustriert ist, könnte dies so aussehen, dass die Batterie 3a eine Spannung Ua von 11,8 Volt, die Batterie 3b eine Spannung Ub von 13,0 Volt, die Batterie 3c eine Spannung Uc von 12,2 Volt und die Batterie Ud eine Spannung Ud von 11,5 Volt aufweist. Diese Werte werden in einem dritten Verfahrensschritt einer Recheneinheit 41 zugeführt, die errechnet, dass zunächst die, die höchste Spannung führende, Batterie 3b mit dem Kondensator C verbunden werden sollte und anschließend der Kondensator C mit der die niedrigste Spannung aufweisenden Batterie 3d zu verbinden ist. Entsprechend werden in einem vierten Verfahrensschritt Steuersignale generiert, die am Ausgang der Steuer- und Regeleinheit anliegen und die Schalter zunächst so steuern, dass die Schalter 15a, 15c und 15d, geöffnet sind und die Schalter 25 und 15b geschlossen sind. Angenommen, der Kondensator hat zu diesem Zeitpunkt bei Schließen des Schalters 25 eine Spannung Uc von 12,1 Volt, so wird aufgrund der Spannungsdifferenz von 0,9 Volt Energie von der Batterie 3b in den Kondensator C fließen. Der Energiefluss ist nach ca. fünf Tau abgeschlossen, es ist aber sinnvoll, um keine Zeit mit einem weniger effektiven Ausgleich zu schaffen, nach zwei bis drei Tau die Schalterstellung zu ändern, um die im Kondensator C gespeicherte Energie auf die Batterie 3d mit der kleinsten Leerlaufspannung Ud umzuverteilen. Dazu wird der Schalter 15b geöffnet und anschließend der Schalter 15d geschlossen, wodurch der Kondensator C jetzt mit der Batterie 3d verbunden ist, die lediglich 11,5 Volt Spannung aufwies. Der einfachen Betrachtung halber wird unterstellt, dass der Kondensator C nach seiner Aufladung seitens der Batterie 3b jetzt eine Spannung von 12,1 Volt anstelle der zuvor vorgelegenen 12,0 Volt aufweist. Es findet aufgrund der Spannungsdifferenz Uc = 12,1 Volt zu Ud = 11,5 Volt entsprechend 0,6 Volt ein Energietransfer in die schwache Batterie 3d statt, woraufhin die Spannung Uc am Kondensator C auf z. B. 11,6 Volt abfällt.In the control unit 23 is a logic device 39 provided, in which the requirements of the criteria I) to VI) are programmed. The logic module works on the example of the first criterion 39 in the manner of a comparator, in which all measured voltage values Ua to Ud are compared with one another and sorted according to their height. The example, which also once again in the 3 Illustrated, this could look like the battery 3a a voltage Ua of 11.8 volts, the battery 3b a voltage Ub of 13.0 volts, the battery 3c a voltage Uc of 12.2 volts and the battery Ud has a voltage Ud of 11.5 volts. These values are in a third step of a processing unit 41 fed, which first calculates that, the highest voltage leading battery 3b should be connected to the capacitor C and then the capacitor C with the lowest voltage battery 3d to connect. Accordingly, control signals are generated in a fourth method step, which are present at the output of the control unit and control the switches first so that the switches 15a . 15c and 15d , are open and the switches 25 and 15b are closed. Suppose the capacitor has at this time on closing the switch 25 a voltage Uc of 12.1 volts, so will energy from the battery due to the voltage difference of 0.9 volts 3b flow into the condenser C. The energy flow is completed after about five dew, but it makes sense, in order to create no time with a less effective compensation, after two to three dew to change the switch position to the energy stored in the capacitor C on the battery 3d with the lowest open circuit voltage Ud redistribute. This will be the switch 15b open and then the switch 15d closed, causing the capacitor C now with the battery 3d connected, which had only 11.5 volts voltage. For the sake of simplicity, it is assumed that the capacitor C after being charged by the battery 3b now has a voltage of 12.1 volts instead of the previous 12.0 volts. It finds due to the voltage difference Uc = 12.1 volts to Ud = 11.5 volts corresponding to 0.6 volts energy transfer into the weak battery 3d instead, whereupon the voltage Uc on the capacitor C to z. B. 11.6 volts drops.

Im nächsten Zyklus wird der Kondensator an die Batterie 3c angeschlossen, was durch eine Veränderung der Schalterstellung erfolgt, der zufolge jetzt der Schalter 3d geöffnet wird (wobei dann wieder alle Schalter 15a bis 15d geöffnet wären) und anschließend der Schalter 15c geschlossen wird. Es erfolgt eine Aufladung des Kondensators C seitens der Batterie 3c, wodurch die Kondensatorspannung Uc wieder steigt und er danach zum Beispiel nochmals an die Batterie 3d angeschlossen wird, um diese weiter aufzupäppeln (viel Spaß einem möglichen Übersetzer).In the next cycle, the capacitor is connected to the battery 3c connected, which is done by changing the switch position, according to the switch now 3d is opened (in which case again all the switches 15a to 15d would be open) and then the switch 15c is closed. There is a charge of the capacitor C by the battery 3c , whereby the capacitor voltage Uc rises again and he then, for example, again to the battery 3d is connected to continue to train this (have fun with a potential translator).

Die Abfolge der Zyklen wird im vierten Verfahrensschritt seitens des Logikbausteins 39 im Zusammenspiel mit der Recheneinheit 41 ermittelt. Bei einer hohen Spannungsdifferenz zwischen der stärksten und der schwächsten Batterie 3b bzw. 3d kann es sinnvoll sein, mehrere Hundert Zyklen nacheinander mit diesen zwei Batterien 3b und 3d durchzuführen, bevor eine andere Schalterstellung sinnvoller ist oder ein anderes Kriterium als dringlicher anzusehen ist.The sequence of cycles is in the fourth step on the part of the logic module 39 in interaction with the arithmetic unit 41 determined. With a high voltage difference between the strongest and the weakest battery 3b respectively. 3d It may be useful to run hundreds of cycles consecutively with these two batteries 3b and 3d before another switch position makes more sense or another criterion is considered more urgent.

In der 2 sind noch beispielhaft zwei weitere mit zugeordneten Schaltern 43a, 43b versehene Ladegeräte 11a, 11b gezeigt, wie sie an jede einzelne Batterie 3a bis 3d angeschlossen sein können. Die Ladegeräte 11a bis 11d dienen dazu, bei signifikanten Spannungsunterschieden zwischen den Batterien 3a bis 3d eine schnellere Angleichung des Energieinhalts der Batterien 3a bis 3d zu schaffen, als es alleine mit dem Kondensator C möglich ist. Wie es im einleitenden Teil abgehandelt wurde, ist auch die Optimierung anderer Parameter, wie beispielsweise der Temperatur, möglich.In the 2 are two more with assigned switches as an example 43a . 43b provided chargers 11a . 11b shown as they attach to each individual battery 3a to 3d can be connected. The chargers 11a to 11d serve in case of significant voltage differences between the batteries 3a to 3d a faster adjustment of the energy content of the batteries 3a to 3d to create, as it is possible alone with the capacitor C. As discussed in the introductory part, it is also possible to optimize other parameters, such as temperature.

11: Energiespeicherenergy storage
3a–3d3a-3d: Batterienbatteries
55: Zellecell
7, 97, 9: Ausgangsklemmen Energiespeicheroutput terminals energy storage
11, 11a–11d11 11a-11d: Ladegerätcharger
1313: Wechselrichterinverter
15a–15d15a-15d: 2-polige Schalter2-pole switch
17a, 17b17a, 17b: Sammelschienebus
1919: Spannungsmessgerätvoltmeter
2121: erste Signalleitungfirst signal line
2323: Steuer- und RegeleinheitTax- and control unit
2525: Schalterswitch
2727: zweite Signalleitungsecond signal line
2929: dritte Signalleitungthird signal line
3131: StromwandlerPower converter
3333: vierte Signalleitungfourth signal line
3535: fünfte Signalleitungfifth signal line
3636: sechste Signalleitungsixth signal line
3737: Speicherelementstorage element
3939: Logikbausteinlogic module
4141: Recheneinheitcomputer unit
43a, 43b43a, 43b: weitere SchalterFurther switch
CC: Kondensatorcapacitor

Claims

Method for optimizing individual cells of an electrical energy store having a plurality of cells with regard to their service life, their memory content and / or their storage capacity of electrical energy with the aid of a capacitor which can be connected to one cell or to a variably predeterminable group of cells by means of electronic switching elements, wherein in a first method scanning step the voltage or the temperature of at least a part of the cells of the energy store is measured, that in a second method step the measured voltage or temperature values are stored in a memory element as data pair together with an identification of the cell, in one third step, the stored voltage or temperature values are fed to a computing unit, at whose output in a fourth process step control signals are present, which control the switch position of the electronic switching elements such, that at least one of the following criteria is optimized: I) The voltage or the temperature of all cells is equalized by connecting cells or groups of cells to the capacitor such that cells or groups of cells of high voltage or temperature with cells or groups cells of low voltage or temperature can be alternately connected to the capacitor, allowing a redistribution of electrical energy from cells of high voltage or temperature to cells of low voltage or temperature takes place with the capacitor as a transport medium; II) The voltage of a cell must not exceed a predefinable, permissible maximum value and a part of its electrical energy is redistributed by reaching the maximum value by redistribution to cells with lower voltage than the maximum value with the capacitor as a means of transport; III) The voltage of a cell must not fall below a predeterminable minimum value and on reaching the minimum value is redistributed by redistribution of cells of higher voltage with the capacitor as a transport energy to the minimum value below cell; IV) The energy content of all cells is equalized by connecting cells or groups of cells to the capacitor such that cells or groups of high energy content cells are alternately connected to cells or groups of low energy content cells to the capacitor such that The temperature of a cell may not exceed a predefinable maximum value during the charging process, and a part of the charge energy will, upon reaching the maximum value, be redistributed to cells with a lower energy content Temperature redistributed as the maximum value with the capacitor as a means of transport; VI) The temperature of a cell may not exceed a predefinable maximum value during the discharge process, and when the maximum value is reached, energy from cells of lower temperature is redistributed to the cell exceeding the maximum value with the capacitor as the means of transport.

Method according to claim 1, characterized in that that with lead-based energy storage while charging the energy storage meets criterion II) as a priority and in all other energy stores, especially lithium-ion that criterion V) is given priority.

Method according to claim 1 or 2, characterized that with lead-based energy storage devices during the unloading process of the Energy storage criterion III) is met as a priority and all other energy storage devices, especially lithium-ion batteries criterion VI) is given priority.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that in the resting state of the energy storage criterion IV) priority is fulfilled.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the first process step independently of that several times in succession conducted Step four periodically repeated at intervals of five to sixty seconds becomes.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that after balancing the charges between the capacitor and a Cell made a voltage or temperature measurement of the cell and the measured value in the data pair corresponding to the cell is registered.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the switch position in the fourth step via a Period of one to three dew of the capacitor remains unchanged before a following predetermined by the arithmetic unit switch position is taken.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the fourth method step several times in succession with at least partially executed other lines involved, without the process steps to repeat one to three.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized that when the criterion I) is followed, the computing unit prescribes a switch position, which causes a redistribution cycle, in which first the Cell with the highest measured voltage or temperature connected to the capacitor and then the capacitor with the cell of the lowest measured voltage or temperature value is connected.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized that when the criterion IV) is followed, the arithmetic unit prescribes a switch position, which causes a redistribution cycle, in which first the Cell with the highest Energy content is connected to the capacitor and then the Capacitor connected to the cell with the lowest energy content becomes.

Method according to claim 8, 9 or 10, characterized that successively several redistribution cycles involving the Cells with the two to five highest measured voltages to the cell with the lowest measured voltage respectively.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized that there are several capacitors that are independent of each other be controlled by the arithmetic unit to one of the six criteria to fulfill more effectively or to fulfillment to work on several of the six criteria simultaneously.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that two capacitors of different sized capacity are used, wherein the larger capacity capacitor makes the redistribution cycle of electrical energy with a group of cells simultaneously.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized that several capacitors of different nominal voltage are used come, with the condenser higher Rated voltage over created by the switching elements connected in series cells becomes.

Method according to one of claims 2 to 14, characterized that when charging first criterion I) is followed to slow, even loading to promote all cells, before the criterion II) when reaching the maximum allowable voltage one of the cells has priority.

Method according to one of claims 1 to 15, characterized that the charging current of an existing charger controlled by the computing unit and instead of providing energy from the condenser The charger According to the objectives of criteria I), III), IV) and VI) the cells energy provides.

Method according to one of claims 1 to 16, characterized that a strain gauge is connected in parallel to the capacitor and that the capacitor by opening a breaker is disconnected from the voltmeter while the first procedural step expires.

Method according to claim 17, characterized in that that while of the fourth step of the breaker is closed and the measured voltage is supplied to the arithmetic unit, the dependent the measured voltage is the connection time of the capacitor or controls the group of capacitors with the cell or cells.