DE102010051011A1 - Method for balancing voltage between individual cells of energy store for electric vehicle, involves discharging voltage of memory cell having preset voltage across switches, and storing energy after discharge in buffer memory - Google Patents

Method for balancing voltage between individual cells of energy store for electric vehicle, involves discharging voltage of memory cell having preset voltage across switches, and storing energy after discharge in buffer memory Download PDF

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Abstract

The individual voltages of memory cells (2) are detected. The switches (S) are provided in each memory cell for loading and unloading of the respective memory cell. The voltage of the memory cell above a predetermined upper voltage value is discharged across the switches, and the energy resulting after the discharge is stored in a buffer memory (5). The memory cells with a voltage below a predetermined voltage value are loaded by suitable actuation of the switch. An independent claim is included for energy store.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zellspannungsausgleich nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Energiespeicher, welcher so aufgebaut ist, dass er beispielsweise zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines derartigen Verfahrens mit dem Energiespeicher.The invention relates to a method for cell voltage compensation according to the closer defined in the preamble of claim 1. The present invention also relates to an energy storage, which is constructed so that it is suitable for carrying out the method, for example. Furthermore, the present invention relates to the use of such a method with the energy storage.

Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie sind aus dem Stand der Technik bekannt. Energiespeicher zur Einspeicherung von elektrischer Energie mit hoher Speicherkapazität und der Möglichkeit, die elektrische Energie über einen längeren Zeitraum hinweg zu speichern, sind im Allgemeinen Batterien. Solche Batterien setzen sich meist aus einer Vielzahl von typischerweise in Reihe verschalteten einzelnen Speicherzellen zusammen. Die einzelnen Speicherzellen der Batterien können dabei in unterschiedlichen Technologien ausgebildet sein. Um Batterien mit hoher Speicherkapazität zu erreichen, werden für die einzelnen Speicherzellen typischerweise Speicherzellen in Lithium-Ionen-Technologie oder in Nickel-Metallhydrid-Technologie verwendet.Energy storage for storing electrical energy are known from the prior art. Energy storage devices for storing high-capacity electrical energy and the ability to store electrical energy over an extended period of time are generally batteries. Such batteries are usually composed of a plurality of individual memory cells typically connected in series. The individual memory cells of the batteries can be designed in different technologies. In order to achieve batteries with high storage capacity, memory cells in lithium-ion technology or in nickel-metal hydride technology are typically used for the individual memory cells.

Derartige Speicherzellen, insbesondere Speicherzellen in Lithium-Ionen-Technologie, haben nun den Nachteil, dass diese innerhalb eines vergleichsweise kleinen vorgegebenen Spannungsbandes gehalten werden müssen, um eine möglichst hohe Lebensdauer und eine hohe Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dabei ist es wichtig, dass alle Speicherzellen, welche in dem Energiespeicher typischerweise in Reihe geschaltet sind, innerhalb dieses vorgegebenen vergleichsweise engen Spannungsbandes, dessen Bandbreite beispielsweise 30 mV beträgt, liegen.Such memory cells, in particular memory cells in lithium-ion technology, now have the disadvantage that they must be kept within a comparatively small predetermined voltage band in order to achieve the highest possible life and high performance. It is important that all memory cells, which are typically connected in series in the energy store, within this predetermined comparatively narrow voltage band whose bandwidth is, for example, 30 mV, are.

Aus dem Stand der Technik sind daher Systeme zum Zellspannungsausgleich bekannt. Diese werden auch als Balancing-Systeme bezeichnet. Sie dienen dazu, in dem elektrischen Energiespeicher alle einzelnen Speicherzellen möglichst auf einem gleichen Spannungsniveau zu halten. Prinzipiell werden dabei zwei verschiedene Möglichkeiten eingesetzt, um die Spannungen der einzelnen Speicherzellen zu beeinflussen. Beide Möglichkeiten gehen dabei davon aus, dass, wie es aus dem allgemeinen Stand der Technik üblich ist, die einzelnen Spannungen der einzelnen Speicherzellen jeweils erfasst sind und als Messwerte, beispielsweise in einem Datenbussystem, vorliegen. Die erste Möglichkeit des Vorgehens zum Zellspannungsausgleich, wird häufig als dissipatives oder passives Equalizing oder Balancing bezeichnet. Sie besteht im Wesentlichen darin, dass über Widerstände, welche über Schalter mit den einzelnen Speicherzellen verbunden sind, eine Entladung der Speicherzellen mit hoher beziehungsweise über einem Grenzwert liegender Spannung erfolgt. Das Problem dabei ist, dass die beim Entladen frei werdende Energie in den elektrischen Widerständen in thermische Energie umgewandelt wird und verloren geht beziehungsweise weggekühlt werden muss. Die zweite Alternative sieht es im Gegensatz dazu vor, dass die Zellen mit der tiefsten Spannung beziehungsweise einer Spannung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts entsprechend nachgeladen werden, bis diese innerhalb des vorgegebenen Spannungsbands liegen. Dieser Vorgang wird im Gegensatz zur oben beschriebenen Vorgehensweise auch als aktives Balancing bezeichnet. Er hat dabei den Nachteil, dass er nur während eines Ladevorgangs der Gesamtbatterie erfolgen kann, und dass dabei ein vergleichsweise hoher Aufwand bei der Verteilung der beim Laden anfallenden Energie notwendig ist.Therefore, systems for cell voltage compensation are known from the prior art. These are also called balancing systems. They serve to keep in the electrical energy storage all individual memory cells as possible at a same voltage level. In principle, two different options are used to influence the voltages of the individual memory cells. Both options are based on the assumption that, as is customary in the general state of the art, the individual voltages of the individual memory cells are respectively detected and present as measured values, for example in a data bus system. The first option of cell voltage compensation is often referred to as dissipative or passive equalization or balancing. It consists essentially in that via resistors, which are connected via switches with the individual memory cells, a discharge of the memory cells with high or above a threshold voltage lying. The problem with this is that the energy released during discharging is converted into thermal energy in the electrical resistors and is lost or has to be cooled down. The second alternative, in contrast, provides that the cells with the lowest voltage or a voltage below a predetermined limit value are recharged accordingly until they are within the specified voltage band. In contrast to the procedure described above, this process is also referred to as active balancing. He has the disadvantage that it can be done only during a charging process of the overall battery, and that while a relatively high cost in the distribution of energy accumulating during charging is necessary.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Zellspannungsausgleich anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet. Außerdem ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, einen Energiespeicher anzugeben, welcher für ein derartiges Verfahren geeignet ist.The object of the present invention is now to provide a method for cell voltage compensation, which avoids these disadvantages. Moreover, it is the object of the present invention to provide an energy store which is suitable for such a method.

Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Ein zur Lösung der Aufgabe geeigneter Energiespeicher ergibt sich aus den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5.The above object is achieved by a method having the features in the characterizing part of claim 1. A suitable for solving the task energy storage results from the features in the characterizing part of claim 5.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, dass einzelne Speicherzellen mit einer Spannung über einem vorgegebenen oberen Spannungswert über die Schalter in an sich bekannter Art und Weise entladen werden. Die beim Entladen anfallende Energie wird jedoch nicht an elektrischen Widerständen thermisch umgesetzt, sondern wird in einem Zwischenspeicher gespeichert. Danach kann durch eine geeignete Betätigung der Schalter das Entladen beendet werden und die in dem Zwischenspeicher vorliegende Energie kann zum Laden von anderen einzelnen Speicherzellen verwendet werden, deren Spannung unterhalb eines unteren Spannungswerts liegt.The inventive method now provides that individual memory cells are discharged with a voltage above a predetermined upper voltage value via the switches in a conventional manner. However, the energy generated during discharging is not thermally converted to electrical resistors, but is stored in a buffer. Thereafter, by appropriate operation of the switches, the discharge may be terminated and the energy present in the buffer may be used to charge other individual memory cells whose voltage is below a lower voltage value.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also einen Zellspannungsausgleich vor, bei dem einzelne Speicherzellen mit zu hoher Spannung gezielt entladen und andere Speicherzellen mit zu niedriger Spannung gezielt geladen werden. Die aus den Speicherzellen mit zu hoher Spannung entnommene Energie wird dabei zwischengespeichert und kann zum Laden der einzelnen Speicherzellen mit zu niedriger Spannung verwendet werden. Das Verfahren zum Zellspannungsausgleich funktioniert daher sehr energieeffizient, da lediglich die im Zwischenspeicher anfallenden Leistungsverluste verlorengehen, während ein Großteil der aus den Speicherzellen mit zu hoher Spannung entladenen Energie wieder zum Laden von anderen Speicherzellen mit zu niedriger Spannung eingesetzt werden kann. Dieser Zellspannungsausgleich ist immer möglich, auch wenn der Energiespeicher als Ganzes im Ruhezustand befindlich ist oder gerade geladen oder entladen wird. Anders als bei dem aktiven Zellspannungsausgleich gemäß dem Stand der Technik ist die Funktionalität nicht auf die Zeitpunkte beschränkt, in denen der Energiespeicher aktiv geladen wird.Thus, the method according to the invention provides for a cell voltage equalization in which individual memory cells are deliberately discharged with too high a voltage and other cells with too low a voltage are deliberately charged. The energy removed from the memory cells with too high a voltage is buffered and can be used to charge the individual memory cells with too low a voltage. The method of cell voltage compensation therefore works very energy efficient, since only the power losses incurred in the buffer are lost while a large part of the energy discharged from the memory cells with too high a voltage can be used again for charging other memory cells with too low a voltage. This cell voltage compensation is always possible, even if the energy storage device as a whole is in the idle state or is just being charged or discharged. Unlike the prior art active cell voltage compensation, functionality is not limited to those times when the energy store is actively charged.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Zwischenspeicher dabei beispielsweise ein kapazitiver oder ein induktiver Zwischenspeicher verwendet werden.According to a particularly favorable and advantageous development of the method according to the invention, a capacitive or an inductive intermediate store can be used as the buffer store.

Der erfindungsgemäße Energiespeicher sieht es nun vor, dass, wie aus dem Stand der Technik üblich, jeder einzelnen Speicherzelle Schalter zugeordnet sind. Zusätzlich dazu weist der Energiespeicher einen Zwischenspeicher auf. Jeder der Pole jeder einzelnen Speicherzelle ist dabei mit zwei Schaltern verbunden, wobei der erste Schalter jeweils mit einer ersten Klemme des elektrischen Zwischenspeichers und der zweite Schalter jeweils mit einer zweiten Klemme des elektrischen Zwischenspeichers verbunden ist. Dadurch kann über ein gezieltes Ansteuern der Schalter jede einzelne Speicherzelle in der einen oder der anderen Polung mit dem elektrischen Zwischenspeicher verbunden werden. Je nach Anschlusspolung der einzelnen Speicherzelle an dem elektrischen Zwischenspeicher und dessen Ansteuerung wird die Speicherzelle dann entladen und die Energie wird in dem Zwischenspeicher zwischengespeichert oder die Speicherzelle wird in der anderen Polung mit Energie aus dem elektrischen Zwischenspeicher geladen. Eine geeignete Ansteuerung der Schalter ermöglicht so also ein Entladen und Laden von einzelnen Speicherzellen, beispielsweise anhand ihrer Spannung, wie oben beschrieben, um so ohne beziehungsweise mit minimalem Verlust an Energie einen Zellspannungsausgleich zu realisieren.The energy store according to the invention now provides that, as usual in the prior art, each individual memory cell is associated with switches. In addition, the energy store has a cache. Each of the poles of each memory cell is connected to two switches, wherein the first switch is connected to a respective first terminal of the electrical buffer and the second switch is in each case connected to a second terminal of the electrical buffer. As a result, each individual memory cell in one or the other polarity can be connected to the electrical buffer via targeted activation of the switches. Depending on the terminal polarity of the individual memory cell to the electrical buffer and its control, the memory cell is then discharged and the energy is stored in the buffer or the memory cell is charged in the other polarity with energy from the electrical buffer. A suitable activation of the switches thus makes it possible to discharge and charge individual memory cells, for example by means of their voltage, as described above, so as to realize cell voltage compensation without or with minimal loss of energy.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung können die Speicherzellen des Energiespeichers dabei in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein. Insbesondere bei Energiespeichern in Lithium-Ionen-Technologie, welche eine sehr hohe Energiedichte ermöglichen, spielt der Zellspannungsausgleich zwischen den einzelnen Speicherzellen eine entsprechend hohe Rolle, da das exakte Einhalten eines möglichst geringen Spannungsbandes für jede einzelne der Speicherzellen des Energiespeichers einen sehr positiven Einfluss auf Performance und Lebensdauer der Speicherzellen in Lithium-Ionen-Technologie hat.According to a particularly favorable and advantageous development, the memory cells of the energy store can be embodied in lithium-ion technology. Especially with energy storage in lithium-ion technology, which allow a very high energy density, the cell voltage compensation between the individual memory cells plays a correspondingly high role, since the exact adherence of the lowest possible voltage band for each of the memory cells of the energy storage a very positive impact on performance and lifetime of memory cells in lithium-ion technology has.

Eine besonders bevorzugte Verwendung des Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, sieht es nun vor, dass dieses Verfahren mit einem gemäß der Erfindung gestalteten Energiespeicher eingesetzt wird. Dieser Aufbau ist besonders effizient, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.A particularly preferred use of the method, as described above, it now provides that this method is used with a designed according to the invention energy storage. This structure is particularly efficient for carrying out the method according to the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Energiespeichers ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird.Further advantageous embodiments of the method according to the invention and / or of the energy store according to the invention will become apparent from the remaining dependent subclaims and will be apparent from the embodiment, which will be explained in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine prinzipmäßige Skizze eines möglichen Aufbaus des Energiespeichers gemäß der Erfindung; 1 a schematic outline of a possible structure of the energy storage device according to the invention;

2 eine erste mögliche Ausführungsform für einen elektrischen Zwischenspeicher; und 2 a first possible embodiment for an electrical buffer; and

3 eine zweite mögliche Ausführungsform für einen elektrischen Zwischenspeicher. 3 a second possible embodiment for an electrical buffer.

In der Darstellung der 1 ist eine beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildete Batterie als Energiespeicher 1 prinzipmäßig angedeutet. Dieser Energiespeicher 1 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Speicherzellen 2, welche in Reihe zueinander zu dem elektrischen Energiespeicher 1 verschaltet sind.In the presentation of the 1 is a trained example of lithium-ion technology battery as energy storage 1 indicated in principle. This energy storage 1 consists of a large number of individual memory cells 2 , which in series with each other to the electrical energy storage 1 are interconnected.

In an sich bekannter und daher hier nicht dargestellter Art und Weise werden dabei die Spannungen von jeder einzelnen Speicherzelle 2 erfasst und stehen als Messwerte für eine Steuerungselektronik 3 zur Verfügung. In der Darstellung der 1 ist dies über einen mit U bezeichneten Pfeil, welcher in den Bereich der Steuerungselektronik 3 führt, dargestellt. Jede einzelne der Speicherzellen 2 weist nun an jedem ihrer Pole eine Verbindung mit zwei Schaltern auf, welche in der Darstellung der 1 mit S1 bis S2n+2 bezeichnet bezeichnet sind. Die Schalter lassen sich dabei über eine gestrichelt dargestellte Steuerleitung 4 durch die Steuerungselektronik 3 gezielt ansteuern. Die Schalter S1 und S2 verbinden beispielsweise den ersten Pol der ersten Speicherzelle 2 mit einem Anschluss x1 beziehungsweise x2 eines später noch näher beschriebenen elektrischen Zwischenspeichers 5. Der andere Pol der Speicherzelle 2 ist über ein Schalterpaar S3 und S4 in vergleichbarer Art und Weise mit dem Zwischenspeicher 5 verbunden. Über eine geeignete Ansteuerung der Schalter kann bei Bedarf die einzelne Speicherzelle 2 also in der einen oder der anderen Polung mit dem elektrischen Zwischenspeicher 5 verbunden werden. Dies gilt dabei für jede einzelne Speicherzelle 2 in dem elektrischen Energiespeicher 1, wobei die Ansteuerung der Schalter S1 bis S2n+2 über die Steuerungselektronik 3 erfolgt.In a manner known per se and therefore not illustrated here, the voltages of each individual memory cell are thereby determined 2 recorded and are available as measured values for control electronics 3 to disposal. In the presentation of the 1 this is via an arrow marked U, which is in the field of control electronics 3 leads, shown. Each one of the memory cells 2 now has at each of its poles on a connection with two switches, which in the representation of 1 denoted by S 1 to S 2n + 2 . The switches can be via a dashed control line 4 through the control electronics 3 to target specifically. The switches S 1 and S 2 , for example, connect the first pole of the first memory cell 2 with a connection x 1 or x 2 of a later described in more detail electrical buffer 5 , The other pole of the memory cell 2 is a switch pair S 3 and S 4 in a comparable manner with the buffer 5 connected. If necessary, the individual memory cell can be activated via a suitable control of the switches 2 So in one or the other polarity with the electrical buffer 5 get connected. This applies to every single memory cell 2 in the electrical energy storage 1 , wherein the control of the switches S 1 to S 2n + 2 via the control electronics 3 he follows.

Die Steuerungselektronik 3 steuert über eine weitere Steuerungsleitung 6 an einer mit z bezeichneten Klemme auch den elektrischen Zwischenspeicher 5. Der Aufbau ermöglicht es nun, dass anhand der zur Verfügung stehenden Spannungswerte U der einzelnen Speicherzellen 2 diejenigen Speicherzellen 2 ausgewählt werden, deren Spannung oberhalb eines vorgegebenen oberen Spannungswerts liegt. Eine solche Speicherzelle 2 wird dann durch eine geeignete Ansteuerung ihrer Schalter entladen, wobei die beim Entladen anfallende Energie in dem elektrischen Zwischenspeicher 5 gespeichert wird. In dem elektrischen Zwischenspeicher 5 kann diese Energie dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigesetzt werden. Dafür wird über die Steuerungselektronik 3 durch eine geeignete Einstellung der Schalter ein Zustand eingestellt, welcher zum Laden einzelner Speicherzellen 2, deren Spannung U unterhalb eines vorgegebenen unteren Spannungswerts liegt, ermöglicht. Über den elektrischen Zwischenspeicher 5, welcher ebenfalls von der Steuerungselektronik 3 über die Steuerungsleitung 6 angesteuert wird, können dann mit der in ihm gespeicherten elektrischen Energie diese Speicherzellen 2 geladen werden. Dies ermöglicht einen Zellspannungsausgleich, ohne dass dafür Energie beim Entladen in Wärme umgewandelt werden muss und im Allgemeinen ungenutzt bleibt. Außerdem kann ein Nachladen der Speicherzellen 2 mit einer Spannung unterhalb des vorgegebenen unteren Spannungswerts auch dann erfolgen, wenn der Energiespeicher 1 in einem Ruhezustand befindlich ist und/oder nicht von außen nachgeladen wird.The control electronics 3 controls via another control line 6 at a designated z terminal and the electrical buffer 5 , The structure now makes it possible to use the available voltage values U of the individual memory cells 2 those memory cells 2 be selected, the voltage is above a predetermined upper voltage value. Such a memory cell 2 is then discharged by a suitable control of their switches, wherein the energy accumulating during discharging in the electrical buffer 5 is stored. In the electrical buffer 5 This energy can then be released again at a later time. This is done via the control electronics 3 set by a suitable setting of the switches, a state which is used to load individual memory cells 2 whose voltage U is below a predetermined lower voltage value allows. About the electrical cache 5 which is also from the control electronics 3 via the control line 6 is driven, then with the stored electrical energy in these memory cells 2 getting charged. This allows for cell voltage compensation without the need for energy to be converted to heat during discharge and generally left unused. In addition, recharging the memory cells 2 with a voltage below the predetermined lower voltage value also take place when the energy storage 1 is in a state of rest and / or not reloaded from the outside.

In der Darstellung der 2 ist eine erste Variante des elektrischen Zwischenspeichers 5 zu erkennen. Über die mit z bezeichnete Klemme kann über die Steuerungseinrichtung 3 eine Steuerung der Schalter SA und SB erfolgen. Der elektrische Zwischenspeicher 5 ist dabei im Wesentlichen als Tief- und Hochsetzsteller konzipiert. Durch ein Aktivieren des Schalters SA in Form eines hochfrequenten Schaltens wird die Energie an den Klemmen X1 und X2 in einem Kondensator C1 zwischengespeichert. Dies entspricht der Funktionalität eines Tiefsetzstellers. Diese Variante wird genutzt, wenn eine Speicherzelle 2 mit einer Spannung oberhalb eines vorgegebenen oberen Spannungswerts entladen wird und die Energie im Bereich des Zwischenspeichers 5 zwischengespeichert werden soll.In the presentation of the 2 is a first variant of the electrical buffer 5 to recognize. About the designated z terminal can via the controller 3 a control of the switches S A and S B take place. The electrical buffer 5 is essentially designed as a step-down and step-up converter. By activating the switch S A in the form of a high-frequency switching, the energy at the terminals X 1 and X 2 in a capacitor C 1 is cached. This corresponds to the functionality of a buck converter. This variant is used when a memory cell 2 is discharged with a voltage above a predetermined upper voltage value and the energy in the region of the buffer 5 should be cached.

In der anderen Nutzung, also wenn zwischengespeicherte Energie aus dem Zwischenspeicher 5 zum Laden einer Speicherzelle 2 mit einer Spannung unterhalb eines unteren vorgegebenen Spannungswerts genutzt werden soll, dann wird bei im Kondensator C1 eingespeicherter Energie und deaktiviertem Schalter SA der Schalter SB geschlossen beziehungsweise aktiviert, um die Energie an den Klemmen X1 und X2 wieder abzugeben. Dies ist die Funktionalität eines Hochsetzstellers.In the other use, so if cached energy from the cache 5 for loading a memory cell 2 is to be used with a voltage below a lower predetermined voltage value, then in the capacitor C 1 stored energy and deactivated switch S A, the switch S B is closed or activated to deliver the energy at the terminals X 1 and X 2 again. This is the functionality of a boost converter.

In der 3 ist eine alternative Ausführungsform des elektrischen Zwischenspeichers 5 dargestellt. Dieser erfüllt im Wesentlichen dieselbe Aufgabe zwar mit einem höheren Schaltungsaufwand, dafür jedoch mit einem entsprechend höheren Wirkungsgrad und einer besseren elektromagnetischen Verträglichkeit, als die im Bereich der 2 beschriebene Variante des elektrischen Zwischenspeichers 5. Die in 3 dargestellte Variante des elektrischen Zwischenspeichers erlaubt dabei ein stromloses Schalten ebenso wie entsprechend kleine Schaltfrequenzen mit geringem Tastverhältnis. Durch ein Schließen des Schalters SA wird hier ebenfalls Energie in einem Kondensator C1 gespeichert, welche dann durch ein Ansteuern des Schalters SB wieder abgegeben wird. Durch den mit T1 bezeichneten Transformator wird dabei die Spannung am Kondensator C1 zuerst hinuntergesetzt und danach wieder hochgesetzt, sodass letztlich dieselbe Funktionalität beim Laden beziehungsweise Entladen von einzelnen Speicherzellen 2 des Energiespeichers 1 entsteht, wie bei der Variante des elektrischen Zwischenspeichers 5 gemäß 2.In the 3 is an alternative embodiment of the electrical buffer 5 shown. This fulfills essentially the same task, although with a higher circuit complexity, but with a correspondingly higher efficiency and better electromagnetic compatibility, than those in the field of 2 described variant of the electrical buffer 5 , In the 3 illustrated variant of the electrical buffer allows a currentless switching as well as correspondingly small switching frequencies with low duty cycle. By closing the switch S A energy is also stored here in a capacitor C 1 , which is then discharged by driving the switch S B again. In this case, the voltage at the capacitor C 1 is first lowered by the transformer designated T 1 and then raised again, so that ultimately the same functionality when charging or discharging individual memory cells 2 of the energy store 1 arises, as in the variant of the electric buffer 5 according to 2 ,

Claims (10)

Verfahren zum Zellspannungsausgleich zwischen einzelnen Speicherzellen eines aus wenigstens zwei Speicherzellen bestehenden elektrischen Energiespeichers, mit einer Einrichtung zur Erfassung der Spannung jeder einzelnen Speicherzelle, und mit jeder einzelnen Speicherzelle zugeordneten Schaltern zum Laden und Entladen der jeweiligen Speicherzelle, wobei Speicherzellen mit einer Spannung über einem vorgegebenen oberen Spannungswert über die Schalter entladen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Entladen anfallende Energie in einem Zwischenspeicher (5) gespeichert wird, und durch geeignete Betätigung der Schalter (5) Speicherzellen (2) mit einer unter einem vorgegebenen unteren Spannungswert liegenden Spannung damit geladen werden.Method for cell voltage compensation between individual memory cells of an electrical energy store consisting of at least two memory cells, with a device for detecting the voltage of each individual memory cell, and with each individual memory cell associated switches for charging and discharging the respective memory cell, wherein memory cells with a voltage above a predetermined upper Voltage are discharged through the switch, characterized in that the energy arising during discharging in a buffer ( 5 ) and by appropriate actuation of the switches ( 5 ) Memory cells ( 2 ) are charged with a voltage lower than a predetermined lower voltage value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenspeicher (5) ein kapazitiver Zwischenspeicher verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that as a buffer ( 5 ) a capacitive buffer is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenspeicher (5) ein induktiver Zwischenspeicher verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that as a buffer ( 5 ) an inductive buffer is used. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen der einzelnen Speicherzellen (2) in einer Steuerungselektronik (3) erfasst und ausgewertet werden, wobei die Steuerungselektronik (3) die Schalter (S) und Schaltelemente (SA , SB) im Bereich des Zwischenspeichers (5) in geeigneter zeitlicher. Abfolge ansteuert, um einzelne Speicherzellen (2) gezielt zu entladen, die Energie zwischenzuspeichern und damit andere Speicherzellen (2) gezielt zu laden.Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the voltages of the individual memory cells ( 2 ) in a control electronics ( 3 ) and evaluated, with the Control electronics ( 3 ) the switches (S) and switching elements (S A , S B ) in the region of the intermediate memory ( 5 ) in a suitable temporal. Sequence drives to individual memory cells ( 2 ), to temporarily store the energy and thus save other memory cells ( 2 ) to load specifically. Energiespeicher mit wenigstens zwei einzelnen Speicherzellen, mit jeder einzelnen Speicherzelle zugeordneten Schaltern, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Zwischenspeicher (5) vorgesehen ist, wobei jeder der Pole jeder einzelnen Speicherzelle (2) mit zwei Schaltern (S) verbunden ist, wobei der erste Schalter jeweils mit einer ersten Klemme (X1) des elektrischen Zwischenspeichers (5) und der zweite Schalter jeweils mit einer zweiten Klemme (X2) des elektrischen Zwischenspeichers (5) verbunden ist.Energy storage with at least two individual memory cells, with each individual memory cell associated switches, characterized in that an electrical buffer ( 5 ), each of the poles of each individual memory cell ( 2 ) is connected to two switches (S), wherein the first switch in each case with a first terminal (X 1 ) of the electrical buffer ( 5 ) and the second switch each with a second terminal (X 2 ) of the electrical buffer ( 5 ) connected is. Energiespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass der Zwischenspeicher (5) als Tief- und Hochsetzsteller ausgebildet ist.Energy store according to claim 5, characterized in that the temporary storage ( 5 ) is designed as a buck and boost converter. Energiespeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (5) als induktiver Speicher mit wenigstens einem Transformator (T1) ausgebildet ist.Energy store according to claim 5 or 6, characterized in that the temporary storage ( 5 ) is designed as an inductive storage with at least one transformer (T 1 ). Energiespeicher nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Speicherzellen (2) in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind.Energy store according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the individual memory cells ( 2 ) are formed in lithium-ion technology. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch seinen Einsatz als Traktionsenergiespeicher in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.Energy store according to one of claims 5 to 8, characterized by its use as traction energy storage in an at least partially electrically driven vehicle. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.Use of the method according to one of claims 1 to 4, with an energy store ( 1 ) according to any one of claims 5 to 9.
DE102010051011A 2010-11-10 2010-11-10 Method for balancing voltage between individual cells of energy store for electric vehicle, involves discharging voltage of memory cell having preset voltage across switches, and storing energy after discharge in buffer memory Withdrawn DE102010051011A1 (en)

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