DE102011087289A1 - Akkumulatorpack, Verfahren zum Herstellen eines Akkumulatorpacks und Verfahren zum Ladungsausgleich - Google Patents

Akkumulatorpack, Verfahren zum Herstellen eines Akkumulatorpacks und Verfahren zum Ladungsausgleich Download PDF

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Abstract

Ein Akkumulatorpack (1) mit mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (2) wird angegeben. Jede Akkumulatorzelle (2) weist ein Ladungsausgleichsystem (3) mit einem Schaltelement (16) auf, das in parallel mit der Akkumulatorzelle (2) geschaltet ist. Das Ladungsausgleichsystem (3) weist ferner einen Transceiver (15) zum drahtlos Kommunizieren mit einer zentralen internen Empfängereinheit (4) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Akkumulatorpack, ein Verfahren zum Herstellen eines Akkumulatorpacks und ein Verfahren zum Ladungsausgleich, insbesondere zum Ladungsausgleich mehrerer Akkumulatorzellen eines mehrzelligen Akkumulatorpacks.
  • Ein Akkumulatorpack weist typischerweise mehrere in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen auf. Ein Beispiel eines Akkumulatorpacks ist eine Lithium-Ionen-Batterie. Solche Akkumulatorpacks können in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel zum Antreiben eines Antriebselektromotors eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybrid-Fahrzeugs.
  • Zwischen den jeweiligen Akkumulatorzellen des Akkumulatorpacks können Abweichungen entstehen, zum Beispiel unterschiedliche Gesamtladungskapazitäten und aktuelle Ladezustände. Diese Abweichungen sind jedoch aus folgenden Gründen unter anderem unerwünscht.
  • Sämtliche Akkumulatorzellen werden beispielsweise nicht bis zum gleichen optimalen Ladezustand aufgeladen, da das Aufladen angehalten wird, wenn eine erste Akkumulatorzelle ihren maximalen Ladezustand erreicht. Die weiteren Akkumulatorzellen werden somit nicht voll aufgeladen. Ähnlich wird das Entladen angehalten, wenn eine erste Akkumulatorzelle ihren minimalen Ladezustand erreicht, auch wenn die weiteren Akkumulatorzellen ausreichend aufgeladen sind, um die Last weiter anzutreiben.
  • Unter beiden Umständen wird das Akkumulatorpack nicht optimal verwendet, so dass die Betriebsdauer verringert wird. Im Falle eines Akkumulatorpacks zum Antreiben eines Fahrzeugs kann dies zu einer verminderten Reichweite des Fahrzeugs führen, was unerwünscht ist. Es ist somit wünschenswert, die Ladung der Akkumulatorzellen eines Akkumulatorpacks auszugleichen, um die Betriebsdauer zu verbessern.
  • Die US 7,936,150 B2 offenbart ein System zum Überwachen und zum Ausgleich eines Akkumulatorpacks mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen. Jede Zelle weist eine Schaltung mit einem Spannungssensor, einem Stromsensor, einem Temperatursensor und einem Ladungsausgleicher auf. Ferner ist ein Schaltelement vorgesehen, mit dem der Ladungspfad für die Zelle eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann. Die Schaltungen der einzelenden Zellen sind mit einer Sammelkontrolleinheit verbunden, die die einzelnen Schaltungen überwacht. Mit dieser Schaltung können Ladungsabweichungen zwischen den Zellen ausgeglichen werden.
  • Weitere Verbesserungen sind jedoch wünschenswert, um solche Ladungsausgleichsysteme zu vereinfachen.
  • Aufgabe ist es daher, ein Akkumulatorpack mit einem Ladungsausgleichsystem anzugeben, das einfach herzustellen ist, und mit dem Ladungsabweichungen gut ausgeglichen werden können.
  • Ein Akkumulatorpack mit mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen wird angegeben, wobei jede Akkumulatorzelle ein Ladungsausgleichsystem mit einem Schaltelement aufweist, das parallel mit der Akkumulatorzelle geschaltet ist. Das Ladungsausgleichsystem weist ferner einen Transceiver zum drahtlosen Kommunizieren mit einer zentralen internen Empfängereinheit auf.
  • Die jeweiligen Ladungsausgleichsysteme der Akkumulatorzellen sind somit nicht miteinander und nicht mit einer zentralen Steuereinheit fest verbunden, beispielsweise mit Drähten und/oder flexiblen Leiterplatten. Vielmehr sind die jeweiligen Ladungsausgleichsysteme getrennt voneinader angeordnet und kommunizieren drahtlos mit einer zentralen Empfängereinheit.
  • Diese zentrale Empfängereinheit ist eine interne Empfängereinheit. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff "intern", dass die Empfängereinheit in dem Akkumulatorpack integriert ist, d.h. sie ist innerhalb eines Gehäuses des Akkumulatorpacks angeordnet und/oder bildet ein Teil des Akkumulatorpacks oder dessen Gehäuse.
  • Dieses Akkumulatorpack hat den Vorteil, dass Verluste vermieden werden, da das Ladungsausgleichsystem nicht über Drähte sondern drahtlos mit der Empfängereinheit kommuniziert. Ferner kann die Abschirmung von Drähten im Akkumulatorpack reduziert werden, da wegen der drahtlosen Kommunikation die Verluste reduziert sind. Dies vereinfacht weiter das Herstellen des Akkumulatorpacks und reduziert die Herstellungskosten.
  • Ferner kann die Bearbeitung von Dateien der Ladungsausgleichssysteme außerhalb des Akkumulatorpacks verlagert werden. Als Folge kann die Bearbeitung der Dateien aus sämtlichen Ladungsausgleichsystemen in einer einzigen Prozessoreinheit durchgeführt werden, so dass kein Mikroprozessor in den jeweiligen Ladungsausgleichsystemen des Akkumulatorpacks mehr notwendig ist. Kosten können gespart werden. Ferner können die Bearbeitungszeiten beschleunigt werden, da mehrere Prozessoren durch einen größeren schnelleren zentralen Mikroprozessor ersetzt werden können.
  • Die Empfängereinheit kann mit einer externen Akkumulatorsteuereinheit verbunden sein, beispielsweise über eine Busleitung oder anderen festen Verbindungen. Mit dem Begriff "extern" wird bezeichnet, dass die Akkumulatorsteuereinheit getrennt vom Akkumulatorpack und außerhalb des Akkumulatorpacks angeordnet ist.
  • Die Akkumulatorsteuereinheit steuert das Aufladen und Entladen der Akkumulatorzellen im Einzelnen. Das heißt, dass für jede Akkumulatrozelle die Akkumulatorsteuereinheit bestimmt, ob das Schaltelement eines Ladungsausgleichsystems einer Akkumulatorzelle unabhängig von der Bestätigung der Ladungsausgleichsysteme der weiteren Akkumulatorzellen des Akkumulatorpacks betätigt wird.
  • Der Transceiver der jeweiligen Ladungsausgleichzellen ist zum Übertragen von Messsignalen an die Empfängereinheit ausgebildet. Diese Messsignale können Information über den Ladezustand und/oder die Temperatur der Akkumulatorzelle enthalten. Das Ladungsausgleichsystem weist somit geeignete Sensoren auf, um diese Information messen zu können. Zum Beispiel kann die Zellspannung gemessen und die gemessenen Werte über dem Transceiver an die Empfängereinheit drahtlos übertragen werden.
  • Die gemessenen Werte können weiter über Drähte von der Empfängerenheit innerhalb des Akkumulatorpacks an die getrennt angeordnete externe Akkumulatoreinheit übertragen werden. Folglich ist die Auswertung der Messsignale von dem einzelenen Ladungsausgleichsystemen der Akkumulatorzellen an der externen Akkumulatoreinheit verlagert, so dass Datenverluste innerhalb des Akkumulatorpacks reduziert werden und die Signale schneller ausgewertet werden können.
  • Das Berechnen der Steuersignale für die einzelenen Akkumulatorzellen findet in der Akkumulatorsteuereinheit statt. Die Steuersignale werden an die Empfängereinheit übertragen und von dort an die Akkumulatorzelle, die die Messsignale geschickt hat, übertragen.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Ladungsausgleichsystem ferner einen AD-Wandler zur Erfassen der Zellspannung auf. Das Schaltelement kann ein Leistungsbauteil, beispielsweise ein Leistungs-Feld-Effekt-Transistor, wie ein MOSFET oder ein IGBT sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die Empfängereinheit derart ausgebildet, Steuersignale zum Einprägen der Ladung der Akkumulatorzellen an den Transceiver des Ladungsausgleichsystems der einzelnen Akkumulatorzellen zu senden. Die Steuersignale zum Einprägen der Ladung der Akkumulatorzellen veranlassen Be- oder Entladen der entsprechenden Akkumulatorzellen je nach Bedarf. Die Empfängereinheit funktioniert somit auch als ein Transceiver in diesem Ausführungsbeispiel. Wenn die Empfängereinheit nicht als Transceiver ausgebildet ist, kann eine separate Transmittereinheit vorgesehen werden, um die Steuersignale zum Einprägen der Ladung der Akkumulatorzellen von der Akkumulatorsteuereinheit an den Transceiver des Ladungsausgleichsystems der einzelnen Akkumulatorzellen zu senden.
  • Der Transceiver der Ladungsausgleichsysteme der Akkumulatorzellen kann eine Weckfunktionalität aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass Strom nicht verbraucht wird, wenn der Transceiver nicht überträgt und empfängt. Ein Wecksignal wird über die Empfängereinheit an den Transceiver übertragen, wenn der Transceiver der Akkumulatorzelle aufwecken und empfangen oder senden sollte. Der Stromverbrauch der Ladungsausgleichsysteme wird somit gegenüber einer Anordnung, bei der die Transceivers ständig laufen, verringert.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist das Akkumulatorpack eine Li-Ionen-Batterie.
  • Ein Fahrzeug mit einem Akkkumulatorpack nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele wird auch angegeben, wobei der Akkumulatorpack derart ausgebildet ist, das er den Antriebselektromotor des Fahrzeugs antreiben kann. Um den Elektromotor des Fahrzeugs antreiben zu können, ist das Akkumulatorpack so ausgebildet, dass er ausreichende Spannung auf dem Antriebsmotor liefern kann. Beispielsweise werden eine geeignete Anzahl von Akkumulaorzellen in Reihe geschaltet, um eine Hochspannung von mehreren hundert Volt, beispielsweise 100 bis 300V, liefern zu können. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug, d.h. nur mit einem strombetriebenen Antrieb angetrieben werden, oder ein Hybridfahrzeug sein, das neben einem strombetriebenen Antrieb einen zusätzlichen Antrieb, wie ein Verbrennungsmotor, aufweist.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Akkumulatorpacks mit einem Ladungsausgleichsystem wird angegeben, das Folgendes umfasst. Mehrere in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen werden bereitgestellt. Ein Ladungsausgleichsystem wird mit jeder Akkumulatorzelle verbunden, wobei das Ladungssystem einen Transceiver zum drahtlosen Kommunizieren mit einer zentralen Empfängereinheit und ein Schaltelement aufweist, das parallel mit jeder Akkumulatorzelle geschaltet wird. Die zentrale Empfängereinheit wird in einem Akkumulatorkasten des Akkumulatorpacks angeordnet.
  • Ein Ladungsausgleichsystem wird somit mit jeder Akkumulatorzelle verbunden. Diese Ladungsausgleichsysteme sind jedoch nicht miteinander elektrisch oder physikalisch verbunden, da sie mit der zentralen Empfängereinheit über den Transceiver, d.h. drahtlos, kommunizieren. Folglich ist das Herstellungsverfahren vereinfacht, da elektrische Verbindungen zwischen den Akkumulatorzellen nicht verwendet werden. Abschirmung von solchen elektrischen Verbindungen ist somit auch nicht mehr notwendig.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird eine Identifikationsnummer jeder Akkumulatorzelle zugeordnet. Diese Identifikationsnummer kann mit Signalen von dem Ladungsausgleichsystem über den Transceiver an die zentrale Empfängereinheit übertragen werden, damit die Signale dem Ladungsausgleichsystem zugeordnet werden können. Gleichfalls kann die Identifikationsnummer mit Signalen von der Steuereinheit an die Empfängereinheit übertragen, so dass die Steuersignale der Akkumulatorzelle zugeordnet werden kann. Folglich kann eine einzige zentrale interne Empfängereinheit verwendet werden, Signale an mehrere Ladungsausgleichsysteme zu empfangen und zu übertragen, damit jedes Ladungssystem getrennt gesteuert werden kann. Die Identifikationsnummer kann jedem Ladungsausgleichsystem beim Herstellen des Akkumulatorpacks zugeordnet und in der zentralen Empfängereinheit abgespeichert werden.
  • Das Ladungsausgleichsystem kann in Form einer Baugruppe vorgesehen werden, die zwischen den Elektroden der Akkumulatorzelle elektrisch verbunden wird. Das Ladungsausgleichsystem wird mit Strom aus der Akkumulatorzelle versorgt. Das Ladungsausgleichsystem kann in Form einer einzelnen Leiterplatte vorgesehen werden, auf der sämtliche Komponenten und elektrische Verbindungen des Ladungsausgleichsystems montiert sind.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Empfängereinheit mit einer externen Akkumulatorsteuereinheit signalübertragend verbunden, sodass eine Signalübertragung zwischen der Empfängereinheit und der externen Akkumulatorsteuereinheit stattfinden kann. Dieser Schritt kann durchgeführt werden, nachdem das Akkumulatorpack in der Anwendung, wie ein Fahrzeug, eingebaut ist. Dies ist von Vorteil, wenn die Akkumulatorsteuereinheit in einer Einheit mit weiteren Funktionen, wie eine zentrale Steuereinheit eines Fahrzeugs, integriert ist.
  • Die Akkumulatorsteuereinheit kann jedoch auch direkt mit dem Akkumulatorpack verbunden werden. Beispielsweise kann die Akkumulatorsteuereinheit auf der Außenseite des Akkumulatorkastens montiert werden. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass das Akkumulatorpack mit einer gebundenen Akkumulatorsteuereinheit geliefert werden kann und braucht nicht mit weiteren Steuereinheiten verbunden zu werden.
  • Ferner wird ein Verfahren zum Ladungsausgleich mehrerer Akkumulatorzellen eines mehrzelligen Akkumulatorpacks angegeben, das Folgendes umfasst. Ein Messsignal von Zellspannung einer Akkumulatorzelle wird an eine Empfängereinheit drahtlos übermittelt und die Messsignale von der Empfängereinheit zu einer externen Akkumulatorsteuereinheit übermittelt. Es wird kontrolliert, ob die Zellspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn die Zellspannung nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird ein Steuersignal zum Einprägen der Zellspannung berechnet und von der Akkumulatorsteuereinheit an die Empfängereinheit und von der Empfängereinheit an ein Schaltelement der Akkumulatorzelle übermittelt. Das Schaltelement wird geschaltet und die Zellspannung eingeprägt. Die Steuersignale zum Einprägen der Zellspannung erhöhen oder reduzieren die Zellspannung, indem diese Be- oder Entladen der entsprechenden Akkumulatorzelle veranlassen.
  • Die Zellspannung kann eingeprägt werden, um die Zellspannung zu erhöhen oder zu reduzieren, um einen Ladungsausgleich zwischen den unterschiedlichen Akkumulatorzellen zu gewährleisten.
  • Wenn die gemessene Zellspannung oberhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird das Schaltelement betätigt, um eine Last parallel mit der Akkumulatorzelle einzuschalten, so dass Strom von der Akkumulatorzelle in die Last fließt, wobei Energie abgegeben wird, beispielsweise als Wärmeverlust. Folglich wird die Zellspannung reduziert, bis sie unterhalb des oberen Grenzwerts des vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Wenn die gemessene Zellspannung unterhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird das Schaltelement betätigt, um die Akkumulatorzelle aus der Reihe zu nehmen und/oder die Akkumulatorzelle aufzuladen. Folglich wird verhindert, dass die Zellspannung der Akkumulatorzelle nicht unterhalb eines unteren Grenzwerts des vorbestimmten Bereichs fällt.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist jede Akkumulatorzelle einer Identifikationsnummer zugeordnet und die Identifikationsnummer der Akkumulatorzelle wird mit dem Messsignal der Zellspannung drahtlos an die Empfängereinheit übermittelt. Folglich kann das Messsignal der Akkumulatorzelle zugeordnet werden. Gleichfalls kann die Identifikationsnummer einer zu steuernden Akkumulatorzelle mit dem Steuersignal an die Empfängereinheit übertragen werden, damit das Steuersignal der richtigen Akkumulatorzelle zugeordnet und das Steuersignal an diese Akkumulatorzelle übertragen werden kann. Die Akkumulatorzelle wird mit dem Steuersignal gesteuert.
  • Durch die Verwendung von Transceivern in den Ladungsausgleichsystemen und der drahtlosen Kommunikation mit der zentralen internen Empfängereinheit werden Unterschiede zwischen der Zellspannung der unterschiedlichen Akkumulatorzellen eines mehrzelligen Akkumulatorpacks ausgeglichen, ohne dass die Ladungsausgleichsysteme der Akkumulatorzellen miteinander direkt verbunden sind, beispielsweise mit einer flexiblen Leiterplatte, oder selbst eine Steuereinheit aufweisen. Die Kommunikation wird verbessert, da Verluste auf Grund von langen Leiterbahnen vermieden werden. Auch kann eine Abschirmung von solchen Leiterbahnen vermieden werden, wobei Kosten gespart werden können.
  • Ferner wird die Steuerung des Ladungsausgleichs außerhalb des Akkumulatorpacks verlagert, so dass eine größere Steuereinheit bzw. Prozessor verwendet werden kann, da der Raum für die Steuereinheit bzw. des Prozessors nicht mehr von den Außendimensionen des Akkumulatorpacks abhängig ist.
  • Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Akkumulatorpacks mit mehreren Akkumulatorzellen,
  • 2 zeigt eine Anwendung des Akkumulatorpacks der 1, und
  • 3 zeigt ein Ladungsausgleichsystem für eine Akkumulatorzelle des Akkumulatorpacks.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Akkumulatorpacks 1 mit mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • In 1 sind drei von mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen 2 dargestellt, wobei die Anzahl der Akkumulatorzellen mit einem tiefgestellten Index bezeichnet ist. Das Akkumulatorpack 1 kann jedoch mehr als drei Akkumulatorzellen 2 aufweisen und ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Akkumulatorzellen eingeschränkt. Das Akkumulatorpack 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Lithium-Ionen-Batterie, die für den Antriebselektromotor eines Elektro-Fahrzeugs und/oder eines Hybrid-Fahrzeugs geeignet ist.
  • Jede Akkumulatorzelle 2 weist ein Ladungsausgleichsystem 3 auf. Ein Beispiel eines Ladungsausgleichsystems 3 ist in der 3 dargestellt. Jedes der Ladungsausgleichsysteme 3 weist ein Schaltelement, das parallel mit der Akkumulatorzelle 2 geschaltet ist, und einen Transceiver auf. Der Transceiver ermöglicht ein drahtloses Kommunizieren mit einer zentralen internen Empfängereinheit 4. Dieses drahtlose Kommunizieren ist in der 1 mit den gestrichelten Linien 5 graphisch dargestellt. Die Empfängereinheit 4 ist innerhalb eines Gehäuses 6 des Akkumulatorpacks 1 angeordnet und ist hierin als intern bezeichnet.
  • Das Ladungsausgleichsystem 3 ist zwischen zwei nicht gezeigten Elektroden der Akkumulatorzelle 2 elektrisch verbunden, damit das Schaltelement parallel mit der Akkumulatorzelle 2 geschaltet ist und betätigt werden kann, um die Zellspannung der Akkumulatorzelle 2 einprägen zu können. Das Schaltelement kann ein Feld-Effekt-Transistor, wie ein MOSFET, mit einem definierten RDSon sein.
  • Die Empfängereinheit 4 ist mit einer Steuereinheit 7 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 7 ist außerhalb des Akkumulatorpacks 1 bzw. außerhalb des Gehäuses 6 des Akkumulatorpacks 1 angeordnet und ist hierin als extern bezeichnet.
  • Die Empfängereinheit 4 ist über eine feste Verbindung mit der Steuereinheit 7 elektrisch verbunden. Diese feste Verbindung ist mit dem Pfeil 8 in 1 graphisch dargestellt. Diese feste Verbindung kann eine flexible Leiterplatte oder ein Bussystem sein.
  • Die Empfängereinheit 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Transmittereinheit 9 auf, mit der Signale von der Steuereinheit 7 an die Ladungsausgleichsysteme 3 drahtlos übertragen werden können.
  • 2 zeigt das Akkumulatorpack 1 der 1 in Verbindung mit einer anzutreibenden Last 10, beispielsweise dem elektrischen Motor eines Elektro-Fahrzeugs oder eines Hybrid-Fahrzeugs. Gleiche Komponenten sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner ist das Aufladungssystem 11 des Akkumulatorpacks 1 dargestellt. Ein Akkumulatorpack 1 zum Antreiben eines elektrischen Motors eines Elektro-Fahrzeugs oder eines Hybrid-Fahrzeugs kann durch eine fahrzeugexterne Quelle, wie das Stromnetz, und/oder durch eine fahrzeuginterne Quelle, wie generatorische Bremsung, aufgeladen werden.
  • Die jeweiligen Ladungsausgleichsysteme 3 weisen Mittel zur Überwachung der Zellspannung der Akkumulatorzelle 2 auf, mit dem es elektrisch verbunden ist. Das Mittel ist in diesem Ausführungsbeispiel ein AD-Wandler. Messsignale, aus denen die Zellspannung ermittelt werden kann, werden von den jeweiligen Akkumulatorzellen 2 bzw. von den jeweiligen Ladungsausgleichsystemen 3 an die Empfängereinheit 4 drahtlos übertragen. Mit dem Messsignal wird ferner eine Identifikationsnummer der Akkumulatorzelle 2 übertragen, so dass das Messsignal der Akkumulatorzelle 2 zugeordnet werden kann.
  • Das Messsignal wird an die Steuereinheit 7 übertragen und die Zellspannung aus dem Messsignal in der Steuereinheit 7 ermittelt. Die Steuereinheit 7 wird verwendet, um zu kontrollieren, ob die gemessene Zellspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn die gemessene Zellspannung nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, berechnet die Steuereinheit 7 ein Steuersignal zum Einprägen der Zellspannung, so dass sie wieder innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Das Steuersignal wird von der Steuereinheit 7 an die Empfängereinheit 4 mit der festen Verbindung 8 übermittelt und von der Empfängereinheit 4 drahtlos an das Ladungsausgleichsystem 3 der Akkumulatorzelle 2, von der das Messsignal gesendet wurde. Hierzu kann die Identifikationsnummer der Akkumultorzelle 2, von der das Messsignal gesendet wurde und der mit dem Steuersignal eigeprägt werden sollte, mit dem Steuersignal an die Empfängereinheit 4 übertragen werden.
  • Wenn die gemessene Zellspannung oberhalb des oberen Grenzwerts des vorbestimmten Bereichs der Zellspannung liegt, wird das Schaltelement betätigt, um eine Last parallel mit der Akkumulatorzelle 2 einzuschalten, so dass Strom von der Akkumulatorzelle 2 in die Last fließt, wobei die zusätzliche Energie, beispielsweise als Wärmeverluste abgegeben wird. Folglich wird die Zellspannung reduziert, bis sie unterhalb des oberen Grenzwerts des vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Wenn die gemessene Zellspannung unterhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, wird das Schaltelement betätigt, um die Akkumulatorzelle 2 aus der Reihe zu nehmen und/oder die Akkumulatorzelle 2 aufzuladen. Folglich wird verhindert, dass die Zellspannung der Akkumulatorzelle 2 unterhalb eines unteren Werts fällt.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Schaltung 12 zum Einprägen der Zellspannung der Akkumulatorzelle 2, das das Ladungsausgleichsystem 3 der 1 und 2 bilden kann. Das Ladungsausgleichsystem 3 ist jedoch nicht auf diese bestimmte Schaltung eingeschränkt und alternative Schaltungen können verwendet werden, um die Zellspannung einzuprägen und die Ladung der jeweiligen Akkumulatorzellen 2 auszugleichen.
  • Die Schaltung 12 des Ladungsausgleichsystems 3 weist einen AD-Wandler 13 auf, mit dem die Zellspannung gemessen wird. Messsignale werden vom AD-Wandler 13 über die Verbindung 14 an einen Transceiver 15 und vom Transceiver 15 drahtlos weiter an die Empfängereinheit 4 übertragen. Die Schaltung 12 weist ferner ein Schaltelement 16 auf, das zusammen mit einem Widerstand 17 parallel mit der Akkumulatorzelle 2 geschaltet ist. Wenn das Schaltelement 16 geschlossen ist, wird der Widerstand 17 parallel mit der Akkumulatorzelle 2 elektrisch verbunden. Das Schaltelement 16 ist über die Verbindung 18 mit dem Transceiver 15 verbunden, wobei Steuersignale vom Transceiver 15 an das Schaltelement 16 übertragen werden, um das Schaltelement 16 zu betätigen.
  • Das Ladungssystem 3, das im Akkumulatorpack 1 angeordnet ist, weist somit keine Steuereinheit auf, sondern kommuniziert über die Empfängereinheit 4 mit einer Steuereinheit, die extern zum Akkumulatorpack 1 angeordnet ist. Die Schaltung 12 der jeweiligen Akkumulatorzellen 2 kann somit gegenüber ein System, bei dem Mess- und Steuereinheiten für jede Akkumulatorzelle innerhalb des Akkumulatorpacks angeordnet sind, vereinfacht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Akkumulatorpack
    2
    Akkumlatorzelle
    3
    Ladungsausgleichsystem
    4
    Empfängereinheit
    5
    drahtlose Kommunikation
    6
    Gehäuse
    7
    Steuereinheit
    8
    feste Verbindung
    9
    Transmittereinheit
    10
    anzutreibender Last
    11
    Aufladungssystem
    12
    Schaltung
    13
    AD-Wandler
    14
    Verbindung
    15
    Transceiver
    16
    Schaltelement
    17
    Widerstand
    18
    Verbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7936150 B2 [0006]

Claims (12)

  1. Akkumulatorpack (1) mit mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (2), wobei jede Akkumulatorzelle (2) ein Ladungsausgleichsystem (3) mit einem Schaltelement (16) aufweist, das in parallel mit der Akkumulatorzelle (2) geschaltet ist, wobei das Ladungsausgleichsystem (3) ferner einen Transceiver (15) zum drahtlosen Kommunizieren mit einer zentralen internen Empfängereinheit (4) aufweist.
  2. Akkumulatorpack (1) nach Anspruch 1, wobei die Empfängereinheit (4) mit einer externen Akkumulatorsteuereinheit (7) verbunden ist.
  3. Akkumulatorpack (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Transceiver (15) zum Übertragen von Messsignalen an die Empfängereinheit (4) ausgebildet ist.
  4. Akkumulatorpack (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ladungsausgleichsystem (3) ferner einen AD-Wandler (13) zum Erfassen einer Zellspannung aufweist.
  5. Akkumulatorpack (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltelement (16) ein Leistungsbauteil aufweist.
  6. Akkumulatorpack (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Empfängereinheit (4) derart ausgebildet ist, Steuersignale zum Einprägen der Ladung der Akkumulatorzellen (2) an den Transceiver (15) des Ladungsausgleichsystems (3) der einzelnen Akkumulatorzellen (2) zu senden.
  7. Akkumulatorpack (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Transceiver (15) eine Weckfunktionalität aufweist.
  8. Verfahren zum Ladungsausgleich mehrerer Akkumulatorzellen (2) eines mehrzelligen Akkumulatorpacks (1), umfassend: drahtloses Übermitteln eines Messsignals von Zellspannung einer Akkumulatorzelle (2) an einer Empfängereinheit (4), Übermitteln der Messsignale von der Empfängereinheit (4) zu einer externen Akkumulatorsteuereinheit (7), Kontrollieren, ob die Zellspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, und wenn die Zellspannung nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, Berechnen eines Steuersignals zum Einprägen der Zellspannung, Übermitteln des Steuersignals von der Akkumulatorsteuereinheit (7) an die Empfängereinheit (4) und von der Empfängereinheit (4) an ein Schaltelement (16) der Akkumulatorzelle (2), Schalten des Schaltelements (16) und Einprägen die Zellspannung.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeder Akkumulatorzelle (2) eine Identifikationsnummer zugeordnet ist, und die Identifikationsnummer der Akkumulatorzelle (2) mit dem Messsignal der Zellspannung drahtlos an die Empfängereinheit (4) übermittelt wird.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Akkumulatorpacks (1) mit einem Ladungsausgleichsystem (3), umfassend Bereitstellen mehrerer in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (2), Verbinden einem Ladungsausgleichsystem (3) mit jeder Akkumulatorzelle (2), wobei das Ladungsausgleichsystem (3) einen Transceiver (15) zum Kommunizieren mit einer zentralen Empfängereinheit (4) und ein Schaltelement (16) aufweist, das in parallel mit jeder Akkumulatorzelle (2) geschaltet wird, Anordnen der zentralen Empfängereinheit (4) in einem Akkumulatorkasten (6) des Akkumulatorpacks (1).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Identifikationsnummer für jede Akkumulatorzelle (2) zugeordnet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die Empfängereinheit (4) mit einer externen Akkumulatorsteuereinheit (7) signalübertragend verbunden wird.
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