DE102011002548A1

DE102011002548A1 - Verfahren zur Steuerung einer Batterie und Batterie zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102011002548A1
Application number: DE102011002548A
Authority: DE
Inventors: Ralph Schmidt; Stefan Butzmann; Holger Fink
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: DE102011002548B4; US20140035361A1; WO2012095207A1; US9401614B2; CN103339786B; CN103339786A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie (10) umfassend mindestens einen Batteriemodulstrang (50-1, 50-2, 50-3) mit einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n) beschrieben. Jedes Batteriemodul (40-1, ..., 40-n) umfasst wenigstens eine Batteriezelle (41), wenigstens eine Koppeleinheit (30, 70), einen ersten Anschluss (42) und einen zweiten Anschluss (43) und ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) einen von mindestens zwei Schaltzuständen einzunehmen, wobei verschiedene Schaltzustände unterschiedlichen Spannungswerten zwischen dem ersten Anschluss (42) und dem zweiten Anschluss (43) des Batteriemoduls (40-1, ..., 40-n) entsprechen. In dem Verfahren wird eine Rangfolge unter den Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n) bestimmt, mit welcher diese an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (50-1, 50-2, 50-3) zu beteiligen sind, wobei die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände vergleichen und auf Grundlage des Vergleichs die Rangfolge bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie mit mindestens einem Batteriemodulstrang, bei dem ein Batteriemodul im Batteriemodulstrang eine Koppeleinheit umfasst, sowie eine Batterie, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Spannung und zur Verfügung stellbare Leistung erfüllen zu können, werden eine hohe Zahl von Batteriezellen in Serie geschaltet. Da der von einer solchen Batterie bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen fließen muss und eine Batteriezelle nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen. Dies kann entweder durch Vorsehen von mehreren Zellwickeln innerhalb eines Batteriezellengehäuses oder durch externes Verschalten von Batteriezellen geschehen. Dabei ist jedoch problematisch, dass es aufgrund nicht exakt identischer Zellkapazitäten und -spannungen zu Ausgleichsströmen zwischen den parallel geschalteten Batteriezellen kommen kann.
Das Prinzipschaltbild einer üblichen elektrischen Antriebseinheit, wie sie beispielsweise in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen oder auch in stationären Anwendungen wie bei der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen zum Einsatz kommt, ist in 1 dargestellt. Eine Batterie 10 ist an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, welcher durch einen Zwischenkreiskondensator 11 gepuffert wird. An den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist ein Pulswechselrichter 12, der über jeweils zwei schaltbare Halbleiterventile und zwei Dioden an drei Abgriffen 14-1, 14-2, 14-3 gegeneinander phasenversetzte Sinusströme für den Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors 13 bereitstellt. Die Kapazität des Zwischenkreiskondensators 11 muss groß genug sein, um die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis für eine Zeitdauer, in der eines der schaltbaren Halbleiterventile durchgeschaltet wird, zu stabilisieren. In einer praktischen Anwendung wie einem Elektrofahrzeug ergibt sich eine hohe Kapazität im Bereich von mF.
Nachteilig bei der in 1 dargestellten Anordnung ist, dass die schwächste Batteriezelle in der Batterie 10 die Reichweite bestimmt, und dass der Defekt einer einzelnen Batteriezelle bereits zu einem Liegenbleiber des ganzen Fahrzeugs führt. Zudem führt die Modulation der hohen Spannungen im Pulswechselrichter 12 zu hohen Schaltverlusten und – da wegen der hohen Spannungen typischerweise Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)-Schalter eingesetzt werden müssen – ebenfalls zu hohen Durchlassverlusten.
Nachteilig ist außerdem, dass im System enthaltene Batteriezellen oder -module von dem gleichen Strom durchflossen werden und somit nicht einzeln ansteuerbar sind. Es besteht daher keine Möglichkeit, auf verschiedene Zustände von einzelnen Batteriezellen Einfluss zu nehmen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie bereitgestellt. Die Batterie umfasst mindestens einen Batteriemodulstrang mit einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen. Jedes der in Serie geschalteten Batteriemodule umfasst wenigstens eine Batteriezelle, wenigstens eine Koppeleinheit, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit einen von mindestens zwei Schaltzuständen einzunehmen. Hierbei entsprechen verschiedene Schaltzustände unterschiedlichen Spannungswerten zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Batteriemoduls. Somit ist in jedem der Schaltzustände ein anderer Spannungswert zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Batteriemoduls abgreifbar. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Rangfolge unter den Batteriemodulen bestimmt, mit welcher diese an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu beteiligen sind. Hierbei vergleichen die Batteriemodule untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände und bestimmen auf Grundlage des Vergleichs die Rangfolge. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine bereitzustellende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs durch ein Steuergerät bestimmt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird vom dem Steuergerät eine Nachricht an mindestens eines der Batteriemodule gesendet. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein einzunehmender Schaltzustand in jedem der Batteriemodule festgelegt, wobei dies auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der von dem Steuergerät gesendeten Nachricht und der bestimmten Rangfolge erfolgt. Schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt der festgelegte Schaltzustand durch jedes der Batteriemodule eingenommen.
Dadurch, dass die Batteriemodule untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände vergleichen und auf Grundlage des Vergleichs die Rangfolge bestimmen, wird eine Datenübertragung zwischen den Batteriemodulen und dem Steuergerät minimiert. Die Rechenleistung des Steuergerätes kann verkleinert werden, da die Bestimmung der Zustände von allen Modulen nicht mehr auf dem Steuergerät durchgeführt werden muss. Die Bandbreite eines hierfür verwendeten Bussystems kann kleiner gewählt werden, da nicht mehr alle Batteriemodule die für die Zustandsbestimmung notwendigen Daten an das Steuergerät kommunizieren müssen.
Der Vergleich der Betriebszustände zwischen den einzelnen Batteriemodulen kann hinsichtlich einer oder auch mehrerer verschiedener Batteriekenngrößen erfolgen, wie zum Beispiel hinsichtlich des Ladezustandes, der Temperatur, der Alterung oder der Lebensdauer.
Es kann ausreichen, dass die Nachricht von dem Steuergerät lediglich an eines der Batteriemodule gesendet wird, welches daraufhin mit den restlichen Batteriemodulen kommunizieren kann, um ihnen Informationen über den jeweils einzunehmenden Schaltzustand zukommen zu lassen. Bevorzugt ist jedoch, dass die Nachricht von dem Steuergerät an jedes der Batteriemodule gesendet wird.
Die von dem Steuergerät gesendete Nachricht kann die bereitzustellende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs beinhalten. Auf Grundlage der bereitzustellenden Ausgangsspannung kann dann festgelegt werden, welche Schaltzustände die jeweiligen Batteriemodule einzunehmen haben, um die geforderte Ausgangsspannung zu erzeugen.
Eine andere Möglichkeit ist, dass die von dem Steuergerät gesendete Nachricht eine Anzahl von Batteriemodulen beinhaltet, welche einen vorbestimmten Schaltzustand einnehmen sollen. Dies ist beispielsweise dann ausreichend, wenn alle Batteriemodule eine gleiche Modulspannung in einem ihrer Schaltzustände bereitstellen, so dass eine bereitzustellende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs durch die Anzahl der diesen Schaltzustand einnehmenden Batteriemodule definiert ist.
Bevorzugt ist außerdem, dass jedes der Batteriemodule seinen jeweiligen Betriebszustand selbstständig bestimmt, insbesondere unter Verwendung eines dem Batteriemodul zugeordneten oder von ihm umfassten Mikrocontrollers. Die Kommunikation zwischen den Batteriemodulen erfolgt typischerweise über einen Datenbus, an den die Batteriemodule angeschlossen sind. Typischerweise ist auch das Steuergerät an denselben Datenbus angeschlossen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, welche mindestens einen Batteriemodulstrang mit den oben beschriebenen Eigenschaften umfasst. Hierbei sind die Batteriemodule dazu ausgebildet, untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände zu vergleichen und auf Grundlage des Vergleichs eine Rangfolge zu bestimmen, mit welcher die Batteriemodule an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu beteiligen sind, so dass das erfindungsgemäße Verfahren in der Batterie ausgeführt werden kann. Das zur vollständigen Ausführung des Verfahrens außerdem erforderliche Steuergerät kann Teil der Batterie sein, obwohl dies nicht wesentlich ist. Die Batterie ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie.
Mindestens ein Batteriemodul kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wahlweise den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des Batteriemoduls zu verbinden oder die wenigstens eine Batteriezelle zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss zu schalten. Hierdurch werden zwei verschiedene Schaltzustände definiert. Außerdem kann mindestens ein Batteriemodul dazu ausgebildet sein, die wenigstens eine Batteriezelle zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss zu schalten, wobei eine Polarität der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wählbar ist. Hierdurch entstehen ebenfalls zwei Schaltzustände oder aber drei Schaltzustände, wenn die beiden genannten Konfigurationen miteinander kombiniert werden.
Außerdem kann die Batterie einen Datenbus umfassen, an den die Batteriemodule angeschlossen sind. Die Batteriemodule sind dabei dazu ausgebildet, untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände mittels einer Kommunikation über den Datenbus zu vergleichen.
Es wird zudem ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen erfindungsgemäßen Batterie angegeben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktional gleichartige Komponenten bezeichnen. Es zeigen:
1 eine elektrische Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Koppeleinheit, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist,
3 eine erste Ausführungsform der Koppeleinheit,
4 eine zweite Ausführungsform der Koppeleinheit,
5 die zweite Ausführungsform der Koppeleinheit in einer einfachen Halbleiterschaltung,
6 und 7 zwei Anordnungen der Koppeleinheit in einem Batteriemodul,
8 die in 5 dargestellte Koppeleinheit in der in 6 dargestellten Anordnung,
9 eine elektrische Antriebseinheit mit drei Batteriemodulsträngen,
10 eine Ansteuerung der in 9 gezeigten elektrischen Antriebseinheit durch ein Steuergerät,
11 eine Ausführungsform der Koppeleinheit, welche ermöglicht, dass zwischen den Anschlüssen eines Batteriemoduls eine Spannung mit wählbarer Polarität anliegt,
12 eine Ausführungsform des Batteriemoduls mit der in 11 dargestellten Koppeleinheit, und
13 die Auswahl der in den Batteriemodulen eingenommenen Schaltzustände in einem Flussdiagramm.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt eine Koppeleinheit 30, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist. Die Koppeleinheit 30 besitzt zwei Eingänge 31 und 32 sowie einen Ausgang 33 und ist dazu ausgebildet, einen der Eingänge 31 oder 32 mit dem Ausgang 33 zu verbinden und den anderen abzukoppeln. Bei bestimmten Ausführungsformen der Koppeleinheit kann diese außerdem ausgebildet sein, beide Eingänge 31, 32 vom Ausgang 33 abzutrennen. Nicht vorgesehen ist jedoch, sowohl den Eingang 31 als auch den Eingang 32 mit dem Ausgang 33 zu verbinden.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der Koppeleinheit 30, welche über einen Wechselschalter 34 verfügt, welcher prinzipiell nur einen der beiden Eingänge 31, 32 mit dem Ausgang 33 verbinden kann, während der jeweils andere Eingang 31, 32 vom Ausgang 33 abgekoppelt wird. Der Wechselschalter 34 kann besonders einfach als elektromechanischer Schalter realisiert werden.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Koppeleinheit 30, bei der ein erster und ein zweiter Schalter 35 beziehungsweise 36 vorgesehen sind. Jeder der Schalter ist zwischen einen der Eingänge 31 beziehungsweise 32 und den Ausgang 33 geschaltet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 3 bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass auch beide Eingänge 31, 32 vom Ausgang 33 abgekoppelt werden können, so dass der Ausgang 33 hochohmig wird. Zudem können die Schalter 35, 36 einfach als Halbleiterschalter wie zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor(MOSFET)-Schalter oder Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)-Schalter verwirklicht werden. Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und einer hohen Schaltgeschwindigkeit, so dass die Koppeleinheit 30 innerhalb einer geringen Zeit auf ein Steuersignal beziehungsweise eine Änderung des Steuersignales reagieren kann und hohe Umschaltraten erreichbar sind.
5 zeigt die zweite Ausführungsform der Koppeleinheit in einer einfachen Halbleiterschaltung, bei welcher jeder der Schalter 35, 36 aus jeweils einem ein- und ausschaltbaren Halbleiterventil und einer zu diesem antiparallel geschalteten Diode besteht.
Die 6 und 7 zeigen zwei Anordnungen der Koppeleinheit 30 in einem Batteriemodul 40. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 41 ist zwischen die Eingänge einer Koppeleinheit 30 in Serie geschaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen beschränkt, es kann auch nur eine einzelne Batteriezelle vorgesehen sein oder aber eine Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schaltung von Batteriezellen. Im Beispiel der 6 sind der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit einem ersten Anschluss 42 und der negative Pol der Batteriezellen 41 mit einem zweiten Anschluss 43 verbunden. Es ist jedoch eine spiegelbildliche Anordnung wie in 7 möglich, bei der der positive Pol der Batteriezellen 41 mit dem ersten Anschluss 42 und der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit dem zweiten Anschluss 43 verbunden sind.
8 zeigt die in 5 dargestellte Koppeleinheit 30 in der in 6 dargestellten Anordnung. Eine Ansteuerung und Diagnose der Koppeleinheiten 30 erfolgt über eine Signalleitung 44, welche mit einem nicht dargestellten Steuergerät verbunden ist. Insgesamt ist es möglich, zwischen den Anschlüssen 42 und 43 des Batteriemoduls 40 entweder 0 Volt oder eine Spannung U_mod einzustellen.
9 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einem elektrischen Motor 13, dessen drei Phasen mit drei Batteriemodulsträngen 50-1, 50-2, 50-3 verbunden sind. Jeder der drei Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 besteht aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n, die jeweils eine Koppeleinheit 30 umfassen und wie in 6 oder 7 dargestellt aufgebaut sind. Bei dem Zusammensetzen von Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n zu einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 wird jeweils der erste Anschluss 42 eines Batteriemoduls 40-1, ..., 40-n mit dem zweiten Anschluss 43 eines benachbarten. Batteriemoduls 40-1, ..., 40-n verbunden. Auf diese Weise kann eine gestufte Ausgangsspannung in jedem der drei Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 erzeugt werden.
Ein in 10 gezeigtes Steuergerät 60 ist dazu ausgebildet, an eine variable Anzahl von Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n in m Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, ... 50-m über einen Datenbus 61 ein erstes Steuersignal auszugeben, durch welches die Koppeleinheiten 30 der so angesteuerten Batteriemodule 40-1, ..., 40-n die Batteriezelle (beziehungsweise die Batteriezellen) 41 zwischen den ersten Anschluss 42 und den zweiten Anschluss 43 des jeweiligen Batteriemoduls 40-1, ..., 40-n schalten. Gleichzeitig gibt das Steuergerät 60 an die restlichen Batteriemodule 40-1, ..., 40-n ein zweites Steuersignal aus, durch welches die Koppeleinheiten 30 dieser restlichen Batteriemodule 40-1, ..., 40-n den ersten Anschluss 42 und den zweiten Anschluss 43 des jeweiligen Batteriemoduls 40-1, ..., 40-n verbinden, wodurch dessen Batteriezellen 41 überbrückt werden.
Durch geeignete Ansteuerung der Mehrzahl von Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n in m Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, ... 50-m können somit m sinusförmige Ausgangsspannungen erzeugt werden, die den elektrischen Motor 13 in der gewünschten Form ohne Einsatz eines zusätzlichen Pulswechselrichters ansteuern.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die in einem der m Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, ... 50-m verwendeten Batteriemodule 40-1, ..., 40-n dazu ausgebildet sind, ihre Batteriezellen 41 derart zwischen den ersten Anschluss 42 und den zweiten Anschluss 43 zu schalten, dass eine Polarität der zwischen dem ersten Anschluss 42 und dem zweiten Anschluss 43 anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wählbar ist.
11 zeigt eine Ausführungsform der Koppeleinheit 70, welche dies ermöglicht und bei welcher ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Schalter 75, 76, 77 und 78 vorgesehen sind. Der erste Schalter 75 ist zwischen einen ersten Eingang 71 und einen ersten Ausgang 73 geschaltet, der zweite Schalter 76 ist zwischen einen zweiten Eingang 72 und einen zweiten Ausgang 74, der dritte Schalter 77 zwischen den ersten Eingang 71 und den zweiten Ausgang 74 und der vierte Schalter 78 zwischen den zweiten Eingang 72 und den ersten Ausgang 73 geschaltet.
Die 12 zeigt eine Ausführungsform des Batteriemoduls 40 mit der in 11 dargestellten Koppeleinheit. Der erste Ausgang der Koppeleinheit 70 ist mit dem ersten Anschluss 42 und der zweite Ausgang der Koppeleinheit 70 mit dem zweiten Anschluss 43 des Batteriemoduls 40 verbunden. Das so aufgebaute Batteriemodul 40 hat den Vorteil, dass die Batteriezellen 41 durch die Koppeleinheit 70 in einer wählbaren Polarität mit den Anschlüssen 42, 43 verbunden werden können, so dass eine Ausgangsspannung unterschiedlicher Vorzeichen erzeugt werden kann. Auch kann es möglich sein, beispielsweise durch Schließen der Schalter 76 und 78 und gleichzeitiges Öffnen der Schalter 75 und 77 (oder aber durch Öffnen der Schalter 76 und 78 sowie Schließen der Schalter 75 und 77), die Anschlüsse 42 und 43 miteinander leitend zu verbinden und eine Ausgangsspannung von 0 V zu erzeugen. Insgesamt ist es somit möglich, zwischen den Anschlüssen 42 und 43 des Batteriemoduls 40 entweder 0 Volt, die Spannung U_mod oder die Spannung –U_mod einzustellen.
Die in 10 gezeigte elektrische Antriebseinheit ist allgemein mit m Batteriemodulsträngen dargestellt. Im Folgenden soll, da dies in der Technik der am häufigsten anzutreffende Fall ist, mit m = 3 Batteriemodulsträngen gearbeitet werden. Die in den 9 und 10 gezeigte elektrische Antriebseinheit mit drei Batteriemodulsträngen 50-1, 50-2, 50-3 hat folgende Eigenschaft: um eine geforderte Ausgangsspannung, welche kleiner als die maximal zur Verfügung stehende Ausgangsspannung ist, in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 bereitzustellen, sind mehrere verschiedene, aber für das Verhaften an den Klemmen nach außen gleichwertige Schaltkombinationen der in den Systemen beteiligten Halbleiterschalter möglich. Dabei werden nicht mehr alle im System enthaltenen Batteriemodule 40 von dem gleichen Strom durchflossen. Durch diese verschiedenen, gleichwertigen Schaltkombinationen ergeben sich in den Steuerverfahren verschiedene Möglichkeiten zur Optimierung verschiedener Zustände der Batterie, welche im Folgenden vorgestellt werden und zum Verständnis der Erfindung beitragen sollen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel des Steuerverfahrens, welches zum Verständnis der Erfindung beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass die Batteriemodule 40-1, ..., 40-n so ausgebildet sind, dass sie die Spannung 0 V und +U_mod ausgeben können. Die Ausgangsspannung an einem Batteriemodulstrang 50-1, 50-2, 50-3 kann dann in Schritten der Modulspannung U_mod eingestellt werden. Die maximale Ausgangsspannung an einem Batteriemodulstrang 50-1, 50-2, 50-3 ist ein Vielfaches der Einzelmodulspannung U_mod. Somit kann bei vier Batteriemodulen 40-1, ..., 40-4 pro Batteriemodulstrang die Batteriestrangsspannung U_Str zwischen Werten von 0 V und 4 × U_mod stufig variieren. Dabei kann eine Stufe der Ausgangsspannung mit folgender Anzahl an verschiedenen, gleichwertigen bzw. redundanten Schaltzuständen realisiert werden:

U_Str = 0:	1 (alle Koppelmodule aus).
U_Str = U_mod:	4 (ein Koppelmodul ein, 3 Koppelmodule aus).
U_Str = 2 U_mod:	6 (2 Koppelmodule ein, 2 Koppelmodule aus).
U_St, = 3 U_mod:	4 (3 Koppelmodule ein, 1 Koppelmodul aus).
U_Str = 4 U_mod:	1 (alle Koppelmodul ein).

Mit anderen Worten hat man für die Bereitstellung der Ausgangsspannung eines Batteriestranges U_str = U_mod vier mögliche Schaltzustände zur Verfügung: Jeweils ist nur eines der vier Batteriemodule 40-1, ..., 40-4 mittels der Koppeleinheit 30 so geschaltet, dass es die Ausgangsspannung U_mod ausgibt, während die jeweils drei anderen Batteriemodule mittels ihrer Koppeleinheiten 30 so geschaltet sind, dass sie die Spannung 0 V nach außen führen.
Somit stehen außer bei den Ausgangsspannungen 0 V und 4 U_mod jeweils mehrere gleichwertige Schaltzustände zur Verfügung, um den Strom I_str, der aus dem Batteriemodulstrang hinaus oder in ihn hinein fließt, durch bestimmte Batteriemodule 40-1, ..., 40-4 fließen zu lassen.
Die Potenzialdifferenz zwischen den Anschlüssen der in den 9 und 10 dargestellten elektrischen Antriebseinheit, welche als Wechselrichterfungiert, ergibt sich aus den Ausgangsspannungen der einzelnen Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3. Auch hierbei lassen sich gleiche Potenzialdifferenzen durch unterschiedliche Ausgangsspannungen an den Batteriemodulsträngen 50-1, 50-2, 50-3 redundant erzielen. Wenn der Schaltzustand des gesamten Wechselrichters durch ein Zahlentripel beschrieben wird, wobei die erste Zahl den Schaltzustand des ersten Batteriemodulstranges 50-1, die zweite Zahl den des zweiten Batteriemodulstranges 50-2 und die dritte Zahl den des dritten Batteriemodulstranges 50-3 beschreibt und die Zahlen angeben, das Wievielfache der Modulspannung U_mod an den Klemmen des jeweiligen Batteriemodulstrangs 50-1, 50-2, 50-3 anliegen, dann sind folgende Zustände in der Potenzialdifferenz identisch: 100, 211, 322 und 433. Über die Auswahl eines der gleichwertigen Schaltzustände des Wechselrichters kann wiederum der Stromfluss in diesem Zweig auf bestimmte Module verteilt werden.
Je nachdem welche der Zustände der Batteriemodule 40 beeinflusst werden sollen, ergibt sich eine Auswahlvorschrift, nach der die einzelnen Batteriemodule an der Stromführung beteiligt werden. Im Folgenden soll zunächst eine Beeinflussung des Ladezustandes beschrieben werden. Die Auswahl der Batteriemodule 40 hängt von der Richtung des Stromflusses im Batteriemodulstrang 50-1, 50-2, 50-3 und vom Ladezustand SOC (state of charge) ab. Der Ladezustand SOC eines Moduls 50 kann entweder direkt aus seiner Spannung abgeleitet werden, oder es können bekannte Verfahren zur Bestimmung des SOC herangezogen werden. Die Stromrichtung ist der Regelung des Wechselrichters dabei bekannt. Ist die Stromrichtung so, dass für den Strom im Batteriemodulstrang I_Str > 0 gilt (das heißt, wenn die Module 40 entladen werden), werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die momentan den höchsten Ladezustand haben. Ist die Stromrichtung so, dass für den Strom im Batteriemodulstrang I_Str < 0 gilt, werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die den momentan kleinsten Ladezustand haben.
Beispielsweise werden die Batteriemodule 40 sequentiell ausgewählt. Es wird dann zunächst das Batteriemodul 40 mit dem niedrigsten Ladezustand SOC ausgewählt, dann das Batteriemodul 40 mit dem zweitniedrigsten Ladezustand SOC usw. Es können aber auch Ladezustandsbereiche vorbestimmt und diesen Ladezustandsbereichen bestimmte Auswahlwahrscheinlichkeiten zugewiesen werden. Insbesondere kann einem hohen Ladezustandsbereich eine höhere Wahrscheinlichkeit zur Auswahl als einem niedrigen Ladezustandsbereich zugewiesen werden, und vice versa, je nach gewünschter Stromrichtung. Dann werden die Batterien mit einem hohen Ladezustand häufiger an der Stromführung beteiligt als die mit einem niedrigen Ladezustand, und eine Reihenfolge der Batteriemodule nach dem Ladezustand muss nicht bestimmt werden. In jedem Fall wird durch diese Steuerung verhindert, dass sich der Ladezustand der verschiedenen Batteriemodule 40 stark unterscheidet.
Auch kann die Temperatur der Batteriemodule 40 und somit der Gesamtbatterie beeinflusst werden. Die Temperatur der Batteriezellen wird aus Sicherheitsgründen gemessen und ist daher bekannt. Die Stromrichtung ist für die Temperaturentwicklung nicht von Bedeutung. Bevorzugt werden die Module 40 am häufigsten an der Stromführung beteiligt, die die kleinste Temperatur haben. Es werden die Module am seltensten an der Stromführung beteiligt, die die höchste Temperatur haben.
Zur Beeinflussung der Alterung können, wenn aus bekannten Verfahren ein State-of-Health (SOH) für die Batteriemodule 40 bestimmt wird, in Abhängigkeit von diesem die Module 40 an der Stromführung beteiligt werden. Bevorzugt werden die Module 40 mit dem höchsten SOH am häufigsten an der Stromführung beteiligt. Die Module 40 mit dem niedrigsten SOH werden am seltensten an der Stromführung beteiligt. Ist kein SOH für die Module 40 bekannt, so kann die Verteilung der Stromführungsdauern gleichmäßig über die Module erfolgen, so dass eine gleichmäßige Alterung erfolgt.
Auch die Lebensdauer der Batteriemodule kann durch das Verfahren beeinflusst werden. Dabei wird die Lebensdauer von Batteriezellen durch die Lade- und Entladezyklen bestimmt. Um möglichst wenige Zyklen für ein Modul zu bekommen, werden stets solche Schaltzustände ausgewählt, bei denen der gewünschte Zustand mit einer minimalen Anzahl an der Stromführung beteiligten Module erreicht wird.
Die Zustände der Batteriemodule können jeweils einzeln beeinflusst werden. Es können aber auch mehrere oder alle Zustände gleichzeitig beeinflusst werden. Dabei werden die Regeln für die jeweiligen Batteriekenngrößen gemeinsam ausgewertet. Ergeben sich aus den verschiedenen Regeln sich widersprechende Forderungen für die Auswahl der Module 40, so kann dies über eine Priorisierung der einzelnen Kenngrößen gelöst werden. Eine andere Möglichkeit der Konfliktlösung ist, jedem Zustand einen gewissen Zeitraum zur Verfügung zu stellen, in dem die Module 40 nach der zugehörigen. Regel ausgewählt werden und dann iterativ die einzelnen Kenngrößen zu beeinflussen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Steuerverfahrens, welches zum Verständnis der Erfindung beschrieben wird, werden nun Batteriemodule 40-1, ..., 40-4 der 12 eingesetzt, die also drei Spannungswerte ausgeben können: +U_mod, 0 V und –U_mod. Somit kann die Ausgangsspannung an den Batteriemodulsträngen 50-1, 50-2, 50-3 in Schritten der Modulspannung U_mod von U_Str, = –4 × U_mod bis 4 × U_mod eingestellt werden. Dabei kann eine Stufe der Ausgangsspannung mit folgender Anzahl an verschiedenen Schaltzuständen realisiert werden:

U_Str, = –4 U_mod	⇨	1	(alle Batteriemodule geben –U_mod aus)
U_Str, = –3 U_mod	⇨	4	(drei Module –U_mod, ein Modul 0 V)
U_Str, = –2 U_mod	⇨	10
U_mod = –U_mod	⇨	16
U_Str, = 0 V	⇨	19
U_Str, = U_mod	⇨	16
U_Str, = 2 U_mod	⇨	10
U_Str, = 3 U_mod	⇨	4	(drei Module +U_mod, ein Modul 0 V)
U_Str, = 4 U_mod	⇨	1	(alle Batteriemodule geben +U_mod aus)

So ergeben sich zum Beispiel für die angeforderte Batteriestrangausgangsspannung von 2 × U_mod mit den Einzelmodulspannungen von +U_mod (+), –U_mod (–) und 0 V (0) zehn mögliche Kombinationen:

Modul 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 + + 0 + 3 3 + + + –

2 + 0 + 3 + 3 + + – +

3 0 + + 3 3 + + – + +

4 0 0 0 + + + – + + +
Somit stehen außer bei den Ausgangsspannungen –4 U_mod und 4 U_mod jeweils mehrere gleichwertige, redundante Schaltzustände zur Verfügung, um den Strom I, der aus dem Batteriemodulstrang 50-1, 50-2, 50-3 hinaus oder in ihn hinein fließt, durch bestimmte Module 40-1, ..., 40-4 fließen zu lassen.
Die Potenzialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Wechselrichters kann auch hier durch unterschiedliche Ausgangsspannungen an den Batteriemodulsträngen 50-1, 50-2, 50-3 erzielt werden. Wenn der Schaltzustand des gesamten Wechselrichters durch ein Zahlentripel beschrieben wird, wobei die erste Zahl den Schaltzustand des ersten Batteriemodulstranges 50-1, die zweite Zahl den des zweiten Batteriemodulstranges 50-2 und die dritte Zahl den des dritten Batteriemodulstranges 50-3 beschreibt und die Zahlen angeben, das Wievielfache der Modulspannung U_mod an den Klemmen des jeweiligen Batteriemodulstranges 50-1, 50-2, 50-3 anliegt, dann sind folgende Zustände in der Potenzialdifferenz identisch: 344 und 233 und 122 und 011 sowie –100 und -2-1-1 und -3-2-2 und -4-3-3. Über die Auswahl eines der gleichwertigen Schaltzustände des Wechselrichters kann wiederum der Stromfluss in diesem Zweig auf bestimmte Module verteilt werden.
Für die Beeinflussung der Zustände der Batterie gelten dieselben Regeln wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Lediglich für die Beeinflussung des Ladezustandes wird die Regel abgeändert.
Die Auswahl der Module 40 hängt von der Richtung des Stromflusses im Batteriemodulstrang 50-1, 50-2, 50-3 ab, vom Ladezustand SOC und der Modulausgangsspannung –U_mod und +U_mod ab. Die Stromrichtung und die geforderte Modulausgangsspannung sind der Regelung des Wechselrichters bekannt.
Gilt nun:
I_str > 0 und U_Str, > 0, werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die momentan den höchsten Ladezustand haben, also mit abfallendem Ladezustand;
I_str, < 0 und U_Str, > 0, werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die momentan den kleinsten Ladezustand haben, also mit ansteigendem Ladezustand;
I_str < 0 und U_Str < 0, werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die momentan den höchsten Ladezustand haben, also mit abfallendem Ladezustand;
I_str > 0 und U_Str < 0, werden die Module 40 an der Stromführung beteiligt, die momentan den kleinsten Ladezustand haben, also mit ansteigendem Ladezustand.
Es wird dabei lediglich bevorzugt und nicht beschränkend mit dem jeweils kleinsten oder größten Ladezustand begonnen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel angeführt, können auch Ladezustandsbereiche definiert werden und diesen Bereichen eine gewisse Auswahlwahrscheinlichkeit zugewiesen werden. Dann muss nicht jedes Mal die Reihenfolge der Batteriemodule 40 nach Ladezustand bestimmt werden.
Alle anderen Batteriekenngrößen können wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgewählt werden.
Zusammenfassend werden in den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen des Steuerverfahrens, welche zum Verständnis der Erfindung beschrieben wurden, Batteriemodule 40, welche zur Bereitstellung einer bestimmten Ausgangsspannung in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 benötigt werden, auf Grund verschiedener Kriterien ausgewählt. Typischerweise muss dabei das Steuergerät 60, welches die gewünschte Ausgangsspannung bestimmt, auch die Zustände der Batteriemodule 40 bestimmen und eine geeignete Auswahl unter den Batteriemodulen 40 treffen. Hierfür ist zum einen zusätzliche Rechenleistung im Steuergerät 60 notwendig. Zum anderen ist die Übertragung sehr vieler Daten von den Batteriemodulen 40 zum Steuergerät 60 notwendig, auf deren Grundlage das Steuergerät 60 den jeweiligen momentanen Zustand jedes Batteriemoduls 40 bestimmen kann. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass unter den Batteriemodulen 40 eine Rangfolge bestimmt wird, mit welcher diese an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung eines der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 zu beteiligen sind, indem die Batteriemodule 40 untereinander gemäß den oben beschriebenen Kriterien ihre jeweiligen Betriebszustände vergleichen und auf Grundlage dieses Vergleichs die Rangfolge bestimmen. Somit bestimmen die Batteriemodule 40 untereinander, welches der Batteriemodule 40 sich an der Ausgangsspannungsbildung beteiligen soll. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die bereitzustellende Ausgangsspannung durch ein Steuergerät 60 bestimmt. Daraufhin sendet das Steuergerät 60 eine Nachricht an alle Batteriemodule 40. Die Nachricht kann entweder die gewünschte Ausgangsspannung beinhalten oder eine Anzahl von Batteriemodulen M, welche einen vorbestimmten Schaltzustand einzunehmen haben. Auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der von dem Steuergerät 60 gesendeten Nachricht und der bestimmten Rangfolge wird daraufhin ein einzunehmender Schaltzustand in jedem der Batteriemodule festgelegt, welche schließlich durch jedes der Batteriemodule 40 eingenommen wird, um die geforderte Ausgangsspannung bereitzustellen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nicht mehr die Notwendigkeit, alle Daten, die zur Bestimmung des Betriebszustandes eines der Batteriemodule 40 notwendig sind, an das Steuergerät 60 zu übertragen, und das Steuergerät 60 braucht keine Rechenleistung mehr für die Bestimmung der Modulzustände aufzuwenden. Es erfolgt somit eine Umverteilung der Informationsverarbeitungsleistung von dem Steuergerät 60 auf die einzelnen Module 40. Jedes der Batteriemodule 40 bestimmt selbstständig den Zustand, in welchem es sich gerade befindet und handelt mit anderen Batteriemodulen 40 in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 aus, auf welchem Platz der Rangfolge es sich bezüglich seines Betriebszustandes befindet.
Genauer wird im Zuge der Bestimmung der Rangfolge der Batteriemodule 40 innerhalb eines der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2. 50-3 jedem der Batteriemodule 40-1, ..., 40-n eine Zahl z1 zugeordnet, welche von 1 bis n läuft. Dasjenige der Batteriemodule 40, welches am bevorzugtesten an der Bereitstellung der Ausgangsspannung beteiligt werden soll, erhält die Zahl z1 = 1, während das Batteriemodul, welches am wenigsten bevorzugt beteiligt werden soll, die Zahl z1 = n erhält. Diese Zuordnung wird für den Normalfall verwendet, in welchem die Batteriemodule 40 entladen werden. Bei der Bestimmung der Rangfolge beziehungsweise der durch die Zahl z1 definierten Reihenfolge werden die oben ausgeführten Kriterien angewendet.
Gleichzeitig wird jedem der Batteriemodule 40-1, ..., 40-n eine zweite Zahl zugeordnet, welche durch den Ausdruck z2 = (2·n) + 1 – z1 definiert wird. Diese Zuordnung wird für den Fall verwendet, in welchem die Batteriemodule 40 geladen werden.
Die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 60 und allen Batteriemodulen 40 einerseits sowie zwischen den Batteriemodulen 40-1, 40-n innerhalb eines der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 andererseits erfolgt, wie in 10 dargestellt, über einen Datenbus 61, bei welchem es sich beispielsweise um einen Controller Area Network(CAN)-Bus oder einen FlexRay-Bus oder einen anderen geeigneten Bus handeln kann. Das Steuergerät 60 kann hierbei selbst Bestandteil der Batterie 10 sein, oder außerhalb der Batterie 10 angeordnet sein.
Das Steuergerät 60 bestimmt die bereitzustellende Ausgangsspannung in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 auf Grundlage der angeschlossenen Last, wie beispielsweise einem Drehstrommotor, sowie der aktuellen Stromrichtung.
Für den Fall, dass die Stromrichtung in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 derart ist, dass die Batteriemodule 40 entladen werden, ist die vom Steuergerät 60 ermittelte Zahl M eine natürliche Zahl zwischen 1 und n. Für den. Fall, dass die Batteriemodule aufgeladen werden, ergibt sich die Relation M = n + Anzahl der einzuschaltenden Module. M ist in diesem Fall eine natürliche Zahl zwischen n + 1 und 2n.
Das Steuergerät 60 sendet daraufhin eine Nachricht an alle Batteriemodule 40-1, 40-n in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 über den Datenbus 61, wobei die gesendete Nachricht die vom Steuergerät 60 ermittelte Zahl M enthält.
13 zeigt die Auswahl der in den Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n eingenommenen Schaltzustände in einem Flussdiagramm. Hierbei wird eine Auswahl zwischen einem ersten Schaltzustand (U_mod) und einem zweiten Schaltzustand (0 V) getroffen (z. B. in den in den 6 bis 8 dargestellten Batteriemodulen).
Das Auswahlverfahren startet im Verfahrensschritt S10. Im Verfahrensschritt S11 wird die die Zahl M beinhaltende Nachricht in einem betreffenden Batteriemodul 40 empfangen. Im Verfahrensschritt S12 prüft das betreffende Batteriemodul, ob M größer als n ist. Ist dies nicht der Fall (dies entspricht dem Fall, in welchem die Batteriemodule 40 entladen werden), wird im Verfahrensschritt S13 geprüft, ob die dem jeweiligen Batteriemodul zugeordnete Zahl z1 kleiner oder gleich der Zahl M ist. Ist Letzteres der Fall, so nimmt das betreffende Batteriemodul 40 im Verfahrensschritt S14 den ersten Schaltzustand ein und liefert somit U_mod. Anderenfalls nimmt es im Verfahrensschritt S15 den zweiten Schaltzustand ein und liefert somit 0 V.
Wenn die Zahl M dagegen größer als die Zahl n ist, so wird im Verfahrensschritt S16 geprüft, ob die Zahl z2 kleiner oder gleich der Zahl M ist. Ist dies der Fall, so nimmt das betreffende Batteriemodul im Verfahrensschritt S17 den ersten Schaltzustand ein. Anderenfalls nimmt es im Verfahrensschritt S18 den zweiten Schaltzustand ein.
Im Verfahrensschritt S19 endet das Verfahren zur Auswahl des Schaltzustandes in den Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n.
Die beschriebene Auswahl kann einfach auf den Fall erweitert werden, in welchem die Batteriemodule 40 zwischen drei Schaltzuständen schaltbar sind, also beispielsweise in der in 12 dargestellten Konfiguration. Eine Auswahl zwischen dem ersten Schaltzustand (U_mod) und dem zweiten Schaltzustand (0V) wird genau wie in 13 dargestellt getroffen.
Dagegen wird die Bereitstellung einer negativen Ausgangsspannung in einem der Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 durch Ausgabe einer negativen Zahl M durch das Steuergerät 60 veranlasst. Vollkommen analog zu dem in 13 dargestellten Algorithmus wird hierbei von jedem der angesprochenen Batteriemodule 40-1, ..., 40-n eine Auswahl zwischen dem zweiten Schaltzustand (0V) und einem dritten Schaltzustand (–U_mod) getroffen, indem die negative Zahl M mit den Zahlen –n, –z1 und –z2 verglichen wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Batterie (10) umfassend mindestens einen Batteriemodulstrang (50-1, 50-2, 50-3) mit einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n), wobei jedes Batteriemodul (40-1, ..., 40-n) wenigstens eine Batteriezelle (41), wenigstens eine Koppeleinheit (30, 70), einen ersten Anschluss (42) und einen zweiten Anschluss (43) umfasst und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) einen von mindestens zwei Schaltzuständen einzunehmen, wobei verschiedene Schaltzustände unterschiedlichen Spannungswerten zwischen dem ersten Anschluss (42) und dem zweiten Anschluss (43) des Batteriemoduls (40-1, ..., 40-n) entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: i. Bestimmung einer Rangfolge unter den Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n), mit welcher diese an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (50-1, 50-2, 50-3) zu beteiligen sind, wobei die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände vergleichen und auf Grundlage des Vergleichs die Rangfolge bestimmen; ii. Bestimmung einer bereitzustellenden Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (50-1, 50-2, 50-3) durch ein Steuergerät (60); iii. Senden einer Nachricht von dem Steuergerät (60) an mindestens eines der Batteriemodule (40-1, ..., 40-n); iv. Festlegung eines einzunehmenden Schaltzustandes in jedem der Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der von dem Steuergerät gesendeten Nachricht und der bestimmten Rangfolge; und v. Einnehmen des festgelegten Schaltzustands durch jedes der Batteriemodule (40-1, ..., 40-n).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände hinsichtlich mindestens einer der folgenden Batteriekenngrößen vergleichen: – des Ladezustandes, – der Temperatur, – der Alterung, – der Lebensdauer.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nachricht von dem Steuergerät (60) an jedes der Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von dem Steuergerät (60) gesendete Nachricht die bereitzustellende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (50-1, 50-2, 50-3) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von dem Steuergerät (60) gesendete Nachricht eine Anzahl von Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n) beinhaltet, welche einen vorbestimmten Schaltzustand einnehmen sollen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) seinen jeweiligen Betriebszustand selbstständig bestimmt, insbesondere unter Verwendung eines dem Batteriemodul zugeordneten oder von ihm umfassten Mikrocontrollers.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände mittels einer Kommunikation über einen Datenbus (61) vergleichen, an den die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) angeschlossen sind.
Batterie (10) umfassend mindestens einen Batteriemodulstrang (50-1, 50-2, 50-3) mit einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen (40-1, ..., 40-n), wobei jedes Batteriemodul (40-1, ..., 40-n) wenigstens eine Batteriezelle (41), wenigstens eine Koppeleinheit (30, 70), einen ersten Anschluss (42) und einen zweiten Anschluss (43) umfasst und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) einen von mindestens zwei Schaltzuständen einzunehmen, wobei verschiedene Schaltzustände unterschiedlichen Spannungswerten zwischen dem ersten Anschluss (42) und dem zweitem Anschluss (43) des Batteriemoduls (40-1, ..., 40-n) entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) dazu ausgebildet sind, untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände zu vergleichen und auf Grundlage des Vergleichs eine Rangfolge zu bestimmen, mit welcher die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) an einer Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (50-1, 50-2, 50-3) zu beteiligen sind, so dass ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgeführt werden kann.
Batterie (10) nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Batteriemodul (40-1, ..., 40-n) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) wahlweise den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) des Batteriemoduls (40-1, ..., 40-n) zu verbinden oder die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) zu schalten.
Batterie (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei mindestens ein Batteriemodul (40-1, ..., 40-n) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) zu schalten, wobei eine Polarität der zwischen dem ersten Anschluss (42) und dem zweiten Anschluss (43) anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (70) wählbar ist.
Batterie (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Batterie (10) einen Datenbus (61) umfasst, an den die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) angeschlossen sind, und wobei die Batteriemodule (40-1, ..., 40-n) dazu ausgebildet sind, untereinander ihre jeweiligen Betriebszustände mittels einer Kommunikation über den Datenbus (61) zu vergleichen.
Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor (13) zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor (13) verbundenen Batterie nach einem der Ansprüche 8 bis 11.