DE102011087028A1

DE102011087028A1 - Batteriemodulstrang für den Antrieb eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE102011087028A1
Application number: DE102011087028A
Authority: DE
Inventors: 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: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-05-29
Also published as: CN104010870B; WO2013075903A2; WO2013075903A3; CN104010870A

Abstract

Es wird ein Batteriemodulstrang (50) beschrieben, dessen Ausgang (55) an einen Eingang einer Gleichstrommaschine (54) anschließbar ist. Der Batteriemodulstrang (50) umfasst eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriemodulen (51, 52, 53). Jedes Batteriemodul (51, 52, 53) 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 (51, 52, 53) entsprechen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriemodulstrang für den Antrieb eines Gleichstrommotors sowie eine Batterie mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodulstrang.
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.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Gleichstrommaschinen bekannt, bei denen es sich um rotierende elektrische Maschinen handelt, welche mit Gleichstrom betrieben werden oder einen Gleichstrom liefern. Je nach Richtung des Leistungsflusses wird zwischen einem Gleichstrommotor und einem Gleichstromgenerator unterschieden. Zu den Vorteilen der Gleichstrommaschinen gehören gutes Anlaufverhalten und gute Regelbarkeit.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodulstrang bereitgestellt, dessen Ausgang an einen Eingang einer Gleichstrommaschine, insbesondere eines Gleichstrommotors, anschließbar ist. Der Batteriemodulstrang umfasst eine Mehrzahl von Batteriemodulen, welche in Reihe geschaltet sind. Jedes dieser Batteriemodule umfasst wenigstens eine Batteriezelle, wenigstens eine Koppeleinheit, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Dabei ist jedes Batteriemodul 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. Dies heißt, dass in den verschiedenen Schaltzuständen unterschiedliche Spannungen zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss anliegen und somit abgreifbar sind.
Die Mehrzahl der in Reihe geschalteten Batteriemodule kann verschiedene Eigenschaften aufweisen, wobei in dem Batteriemodulstrang entweder ausschließlich Batteriemodule der gleichen Beschaffenheit oder auch eine Kombination von Batteriemodulen verschiedener Beschaffenheit vorgesehen sein können.
Ein Batteriemodul einer ersten Beschaffenheit umfasst eine Koppeleinheit, welche dazu ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss mit einer ersten (in einem Beispiel positiven) Polarität zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss zu verbinden.
Ein Batteriemodul einer zweiten Beschaffenheit ist ähnlich aufgebaut wie das Batteriemodul der ersten Beschaffenheit, unterscheidet sich jedoch dahin gehend, dass die wenigstens eine Batteriezelle zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss mit einer der ersten entgegengesetzten (in dem gleichen Beispiel negativen) Polarität geschaltet werden kann.
Ein Batteriemodul einer dritten Beschaffenheit weist drei mögliche Schaltzustände auf, wobei in zwei der drei Schaltzustände die wenigstens eine Batteriezelle zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss mit wählbarer Polarität geschaltet ist, und in einem weiteren Schaltzustand der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Batteriemoduls verbunden sind.
Innerhalb des Batteriemodulstrangs werden die in Reihe geschalteten Batteriemodule derart verbunden, dass der zweite Anschluss des in der Reihenschaltung übergeordneten Batteriemoduls mit dem ersten Anschluss des in der Reihenschaltung niedriger liegenden Batteriemoduls verbunden ist.
Ein oder mehrere Batteriemodule können pulsweitenmodulierbar sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie mit mindestens einem erfindungsgemäßen Batteriemodulstrang. Die Batterie ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie. Die Batterie kann zusätzlich ein zur Ansteuerung der Koppeleinheiten der Batteriemodule ausgebildetes Steuergerät umfassen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit mindestens einer Gleichstrommaschine und dem erfindungsgemäßen Batteriemodulstrang, wobei der Ausgang des Batteriemodulstrangs an einen Eingang der Gleichstrommaschine angeschlossen ist.
Es wird zudem ein Kraftfahrzeug mit einer Gleichstrommaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einem mit der Gleichstrommaschine verbundenen erfindungsgemäßen Batteriemodulstrang 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 Batteriemodulstrang 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,
13 eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
14 eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
15 eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt eine Koppeleinheit 30, die in dem erfindungsgemäßen Batteriemodulstrang 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 Steuersignals 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 Drehstrommotor 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 Batteriemodulsträngen 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 Batteriemodulsträngen 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.
Nachteilig bei den in den 9 und 10 dargestellten Anordnungen ist, dass die Batteriezellen 41 einer Wechselstrombelastung ausgesetzt sind. Typischerweise werden bei Belastung eines Stranges die Batteriezellen eines anderen Stranges geladen. Diese Wechselstrombelastung kann Nachteile für die Lebensdauer der Batteriezellen mit sich bringen.
Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, das oben beschriebene Prinzip, einen Wechselstrommotor über drei durch Batteriemodulstränge gebildete Phasen anzutreiben, auf den Fall einer Phase zu übertragen und zur Ansteuerung eines Gleichstrommotors zu verwenden. Auf diese Weise entfällt die Wechselbelastung der Batteriezellen, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Batteriezellen beiträgt.
13 zeigt eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebseinheit umfasst einen Gleichstromstrommotor 54, dessen Eingang an einen Ausgang 55 eines Batteriemodulstrangs 50 angeschlossen ist, welcher wie einer der in den 9 und 10 gezeigten Batteriemodulstränge 50-1, 50-2, 50-3 aufgebaut ist. In dem Batteriemodulstrang 50 ist eine Vielzahl von Batteriemodulen einer ersten Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n in Reihe geschaltet. Hierbei entsprechen die Batteriemodule 51-1, ..., 51-n den beispielsweise in den 9 und 10 gezeigten Batteriemodulen 40-1, ..., 40-n, wobei zwischen dem ersten Anschluss 42 und dem zweiten Anschluss 43 wahlweise einer der Spannungswerte 0 oder +U_mod mit einer positiven Polarität abgreifbar ist. Die Batteriemodule erster Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n werden in der Reihenschaltung so miteinander verbunden, dass ein erster Anschluss 42 eines Batteriemoduls mit dem zweiten Anschluss 43 eines in der Reihenschaltung benachbarten (darauf folgenden) Batteriemoduls verbunden ist. Genauer ist der zweite Anschluss 43 eines in der Reihenschaltung näher an einem Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs angeordneten Batteriemoduls mit dem ersten Anschluss 42 des in der Reihenschaltung entfernter vom Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs angeordneten Batteriemoduls verbunden. Jedes der Batteriemodule erster Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n ist mit seinem Nachbar oder seinen Nachbarn auf die gleiche Weise verbunden. Durch geeignete Ansteuerung der Batteriemodule 51-1, ..., 51-n kann somit am Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs stufig eine Spannung zwischen 0 und n U_mod eingestellt werden, welche den Gleichstrommotor 54 antreibt. Die Gleichstrommaschine 54 ist in den im Folgenden beschriebenen Beispielen als Gleichstrommotor ausgelegt. Der erfindungsgemäße Gedanke lässt sich aber leicht auf den Fall eines Gleichstromgenerators übertragen.
Die Drehzahl des Gleichstrommotors 54 kann nun durch geeignete Ansteuerung der Batteriemodule 51-1, ..., 51-n erfolgen. Hierbei kann auch mindestens eines der Batteriemodule 51-1, ..., 51-n pulsweitenmoduliert betrieben werden, so dass sich die am Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs anliegende Spannung mit einer wunschgemäßen Auflösung einstellen lässt.
14 zeigt eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die in 14 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in 13 gezeigten Anordnung dadurch, dass zusätzlich zu den n Batteriemodulen erster Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n zusätzliche m Batteriemodule zweiter Beschaffenheit 52-1, ..., 52-m im Batteriemodulstrang 50 angeordnet sind. Die Batteriemodule der zweiten Beschaffenheit 52-1, ..., 52-m sind ähnlich wie die Batteriemodule der ersten Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n aufgebaut, unterscheiden sich jedoch von diesen dahin gehend, dass die mindestens eine Batteriezelle 41 bezüglich dem ersten Anschluss 42 und dem zweiten Anschluss 43 mit umgekehrter Polarität angeordnet ist. Somit ist zwischen dem ersten Anschluss 42 und dem zweiten Anschluss 43 der Batteriemodule der zweiten Beschaffenheit 52-1, ..., 52-m jeweils einer der Spannungswerte 0 und –U_mod mit negativer Polarität abgreifbar. Durch geeignete Ansteuerung der Koppelelemente in den Batteriemodulen 51-1, ..., 51-n und 52-1, ..., 52-m kann nun am Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs eine Spannung zwischen –mU_mod und +nU_mod eingestellt werden, wodurch der Gleichstrommotor 54 in verschiedenen Drehrichtungen angetrieben werden kann.
15 zeigt eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Neben den n Batteriemodulen der ersten Beschaffenheit 51-1, ..., 51-n umfasst der Batteriemodulstrang 50 hierbei auch m Batteriemodule einer dritten Beschaffenheit 53-1, ..., 53-m. Jedes der Batteriemodule der dritten Beschaffenheit 53-1, ..., 53-m ist wie das in 12 gezeigte Batteriemodul 40 aufgebaut und liefert somit zwischen seinen Ausgängen 42 und 43 jeweils einen der Spannungswerte –U_mod, 0 oder +U_mod. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten 30 in den Batteriemodulen 51-1, ..., 51-n und der Koppeleinheiten 70 in den Batteriemodulen 53-1, ..., 53-m kann somit am Ausgang 55 des Batteriemodulstrangs eine Spannung zwischen –mU_mod und +(m + n)U_mod abgegriffen werden. Wie bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann somit der Gleichstrommotor 54 in beiden Drehrichtungen betrieben werden.

Claims

Batteriemodulstrang (50), dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (55) des Batteriemodulstranges (50) an einen Eingang einer Gleichstrommaschine (54) anschließbar ist und der Batteriemodulstrang (50) eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriemodulen (51, 52, 53) umfasst, wobei jedes Batteriemodul (51, 52, 53) 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 (51, 52, 53) entsprechen.
Batteriemodulstrang (50) nach Anspruch 1, wobei der Batteriemodulstrang (50) mindestens ein Batteriemodul einer ersten Beschaffenheit (51) umfasst, wobei das Batteriemodul der ersten Beschaffenheit (51) eine Koppeleinheit (30) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) mit einer ersten Polarität zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) zu verbinden.
Batteriemodulstrang (50) nach Anspruch 2, wobei der Batteriemodulstrang (50) mindestens ein Batteriemodul einer zweiten Beschaffenheit (52) umfasst, wobei das Batteriemodul der zweiten Beschaffenheit (52) eine Koppeleinheit (30) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) mit einer der ersten entgegengesetzten Polarität zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) zu verbinden.
Batteriemodulstrang (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Batteriemodulstrang (50) mindestens ein Batteriemodul einer dritten Beschaffenheit (53) umfasst, wobei das Batteriemodul der dritten Beschaffenheit (53) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (70) wahlweise einen von mindestens drei Schaltzuständen einzunehmen, wobei in einem ersten Schaltzustand der erste Anschluss (42) und der zweite Anschluss (43) des Batteriemoduls (53) verbunden ist, in einem zweiten Schaltzustand die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) mit einer ersten Polarität geschaltet und in einem dritten Schaltzustand die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen den ersten Anschluss (42) und den zweiten Anschluss (43) mit einer der ersten entgegengesetzten Polarität geschaltet ist.
Batteriemodulstrang (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in allen benachbarten Paaren der in Reihe geschalteten Batteriemodulen (51, 52, 53) der zweite Anschluss (43) des in der Reihenschaltung näher am Ausgang (55) des Batteriemodulstrangs angeordneten Batteriemoduls (51, 52, 53) mit dem ersten Anschluss (42) des in der Reihenschaltung entfernter vom Ausgang des Batteriemodulstrangs (55) angeordneten Batteriemoduls (51, 52, 53) verbunden ist.
Batteriemodulstrang (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Batteriemodul (51, 52, 53) pulsweitenmodulierbar ist.
Batterie (10) umfassend mindestens einen Batteriemodulstrang (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Batterie (10) nach Anspruch 7, wobei die Batterie (10) ein zur Ansteuerung der Koppeleinheiten (30, 70) ausgebildetes Steuergerät umfasst.
Antriebseinheit umfassend mindestens eine Gleichstrommaschine (54) sowie mindestens einen Batteriemodulstrang (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eine Batterie (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Ausgang (55) des Batteriemodulstrangs an einen Eingang der Gleichstrommaschine (54) angeschlossen ist.
Ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit nach Anspruch 9.