DE102012009219B4 - Batteriemodul, elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls - Google Patents

Batteriemodul, elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls Download PDF

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Abstract

Batteriemodul (2, 3), umfassend mindestens zwei in Reihe geschaltete Batteriezellen (BZ1-BZX) und einen DC/DC-Wandler (7), wobei der DC/DC-Wandler (7) einen ersten Eingangsanschluss (E1) und einen zweiten Eingangsanschluss (E2) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassdem ersten Eingangsanschluss (E1) ein erstes Umschaltelement (U1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) ein zweites Umschaltelement (U2) zugeordnet ist, wobei die Umschaltelemente (U1, U2) jeweils einen Ausgang aufweisen, der fest mit dem zugeordneten Eingangsanschluss (E1, E2) des DC/DC-Wandlers (7) verbunden ist sowie jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang (U11, U12; U21, U22) aufweist, die wahlweise auf den Ausgang des Umschalters (U1, U2) durchschaltbar sind, wobei an den Polanschlüssen der Batteriezellen (BZ1, BZX) jeweils ein Schaltelement (S1-SX+1) angeordnet ist, wobei der Pluspol einer ersten Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S1) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol der Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist,wobei der Pluspol einer benachbarten zweiten Batteriezelle (BZ2) über das Schaltelement , (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol über das Schaltelement (S3) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, ein elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls.
  • Elektro- oder Hybridfahrzeuge umfassen eine Hochvoltbatterie zur elektrischen Energieversorgung einer Elektroniaschine. Diese Hochvöltbatterien werden üblicherweise durch Reihenschaltungen von Batteriezellen gebildet, um das notwendige Spannungsniveau zur Verfügung zu stellen.. Eine solche Reihenschaltung stellt ein Batteriemodul dar. Zusätzlich können weitere Batteriemodule parallel und/oder in Relhe geschaltet werden, was aber nachfolgend nicht weiter vertieft werden soll. Die Batteriezellen sind beispielsweise Li-Ionen-Batteriezellen oder auch Doppelschichtkondensatoren. Diese Batteriezellen müssen einerseits geladen werden und dürfen andererseits nicht zu stark in ihren Spannungsniveaus variieren.
  • Aus der WO 2011/070517 A1 ist eine elektrische Energieversorgung für einen Verbraucher bekannt, die aus einer Reihenschaltung von Batteriezellen besteht. Parallel zu jeder Batteriezelle ist eine Induktivität mit einem Schalter geschaltet. Eine weitere Induktivität ist den Induktivitäten der Batteriezellen gegenüber angeordnet, so dass ein Transformator gebildet wird. Parallel zu dieser Induktivität ist ein Energiespeicher angeordnet, der beispielsweise als Kondensator ausgebildet ist. Weiter wird eine nicht näher erläuterte Ladeeinrichtung offenbart, die über einen Schalter parallel zu der Reihenschaltung der Batteriezellen geschaltet ist und über einen weiteren Schalter mit der Induktivität verbunden ist. Dies erlaubt verschiedene Lade-Modi. So kann einerseits die Reihenschaltung der Batteriezellen direkt galvanisch mit der Ladeeinrichtung verbunden werden. Weiter ist es möglich, die Energie einzelner Batteriezellen über den Transformator umzuladen. So kann beispielsweise eine hochgeladene einzelne Batteriezelle Energie auf die andere Transformatrseite übertragen und diese Energie anschließend in eine andere, gering geladene Batteriezelle rückübertragen werden. Auch eine kombinierte Ladung ist beschrieben, wo die Ladeeinrichtung alle Batteriezellen gleichzeitig lädt, durch eine Variation der Schaltimpulse an den Batteriezellen zugeordneten Schaltern aber die Ladung der einzelnen Batteriezellen derart gesteuert wird, dass alle Batteriezellen auf dem gleichen Spannungsniveau liegen. Ein solcher Lademodus ist auch über die andere Transformatorseite möglich, die vorher von der Ladeeinrichtung geladen wird. Anschließend wird diese Energie transformatorisch auf die Batteriezelle übertragen, wobei durch entsprechende Einstellung der Schalter der Ladestrom der einzelnen Batteriezelle einstellbar ist.
  • Aus der DE 10 2009 054 818 A1 ist ein Umrichter für ein elektrisches Energiespeichersystem bekannt, mit einem Energieübertrager, einem Wechselrichter und einem zwischen dem Energieübertrager und dem Wechselrichter zwischengeschalteten Zwischenkreis mit mindestens einem Zwischenkreiskondensator, wobei der Eneergieübertrager mehrere Gleichspannungswandler aufweist, die zwischenkreisseitig miteinander parallel und/oder in Serie geschaltet sind und jeder der Gleichspannungswandler mittels eines ersten und eines zweiten Eingangs an jeweils ein Energiespeichermodul des Energiespeichersystems anschließbar ist, wobei der Zwischenkreiskondensator ein Zwischenspeicher einer vom Energieübertrager zumindest mitgebildeten Speichermodul-Ausgleichsschaltung ist.
  • Nachteilig an den bekannten Ausgleichs- oder Balancing Schaltungsstrukturen ist derer großer Bauteileaufwand, der diese teuer und fehleranfällig macht.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Aufbau vereinfachtes Batteriemodul sowie ein elektrisches Energiesystem mit einem solchen Batteriemodul zu schaffen und ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls zur Verfügung zu stellen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 6, 7, 8, 9 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Batteriemodul umfasst mindestens zwei in Relhe geschaltete Batteriezellen und einen DC/DC-Wandler, wobei der DC/DC-Wandler einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, wobei dem ersten Eingangsanschluss ein erstes Umschaltelement und dem zweiten Eingangsanschluss ein zweites Umschaltelement zugeordnet ist, wobei die Umschaltelemente jeweilseinen Ausgang aufweisen, der fest mit dem zugeordneten Eingangsanschluss des DC/DC-Wandlers verbunden ist sowie jeweils mindestens einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang aufweisen, die wahlweise auf den Ausgang des Umschalters durchschaltbar sind, wobei an den Polanschlüssen der Batteriezellen jeweils ein Schaltelement angeordnet ist, wobei der Pluspol einer ersten Batteriezelle über das Schaltelement an den ersten Eingang des ersten Umschaltelements und den zweiten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist und der Minuspol der Batteriezelle über das Schaltelement an den zweiten Eingang des ersten Umschaltelements und den ersten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist, wobei der Pluspol einer benachbarten zweiten Batteriezelle über das Schaltelement an den zweiten Eingang des ersten Umschaltelements und den ersten Eingang des zweiten Umschaltelements geschaltet ist und der Minuspol über das Schaltelement an den ersten Eingang des ersten Umschaltelements und den zweiten Eingang des zweiten Umschaltelement geschaltet ist. Dabei ist das Schaltelement für den Minuspol der ersten Batteriezelle gleichzeitig das Schaltelemente für den Pluspol der zweiten Batteriezelle. Entsprechend teilen sich zwei benachbarte Batteriezellen jeweils ein gemeinsames Schaltelement. Entsprechend wird eine dritte Batteriezelle wieder wie die erste Batteriezelle verschaltet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau erfolgt das Balancing für alle Batteriezellen über einen einzigen DC/DC-Wandler, wobei neben dem DC/DC-Wandler nur n+1 Schaltelemente für n Batteriezellen sowie die beiden Umschaltelemente benötigt werden. Die Richtung des Energietransports, d.h. ob Energie der einzelnen Batteriezelle entnommen oder zugeführt wird, wird dabei einfach durch die Umschaltelemente eingestellt. Die Schaltelemente sind dabei vorzugsweise als Transistoren ausgebildet. Die Umschaltelemente stellen jeweils einen Multiplexer dar und können beispielsweise mittels Relais oder Transistoren gebildet werden.
  • In einer Ausführungsform werden die Umschaltelemente jeweils auf den ersten Eingang oder auf den zweiten Eingang geschaltet, d.h. wenn der erste Eingang am ersten Umschaltelement durchgeschaltet ist, ist auch der erste Eingang des zweiten Umschaltelementes durchgeschaltet. Vorzugsweise werden dabei die Umschaltelemente synchron angesteuert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler als Inverswandler (Buck-Boost-Converter) ausgebildet. Der Inverswandler ist ein Hochsetz-/Tiefsetzsteller, dessen Ausgangsspannung invertiert ist. Der Vorteil dieses DC/DC-Wandlers ist, dass über dessen Induktivität ein Ladungsausgleich der Batteriezellen des Batteriemoduls sehr einfach möglich ist, ohne eine Ausgangsspannung zurückzutransformieren. Andererseits kann die Energie, die den Batteriezellen für das Balancing entnommen wurde, sehr einfach anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Spannungsanpassung durch den Inverswandler erfolgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriemodul mindestens ein Steuergerät, das die Steuersignale für die Schaltelemente, die Umschaltelemente und den DC/DC-Wandler erzeugt. Vorzugsweise ist dazu das Steuergerät mit Elementen zur Messung der Batteriezellerisparinung verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät vorzugsweise mit mindestens einem weiteren Steuergerät verbunden, das einen Energiebedarf mindestens einer weiteren Komponente, z.B. des elektrischen Bordnetzes, an das Steuergerät überträgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Batteriemodul eine Überbrückungsschaltung auf, mittels derer die Ausgänge der Umschaltelemente direkt auf die Ausgänge des DC/DC-Wandlers schaltbar sind. Hierdurch kann bedarfsweise der DC/DC-Wandler überbrückt werden, beispielsweise weil das elektrische Bordnetz einen hohen Strom benötigt, den der DC/DC-Wandler nicht tragen kann. In diesem Fall wird dann eine oder eine ungerade Anzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen direkt über die Umschaltelemente auf den Ausgang des DC/DC-Wandlers geschaltet.
  • Das elektrische Energiesystem in einem Kraftfahrzeug umfasst mindestens ein Batteriemodul, wobei der Ausgang des DC/DC-Wandlers mit einem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs und/oder einem anderen Batteriemodul verbunden ist.
  • Dabei kann das Batteriemodul zur Unterstützung des elektrischen Bordnetzes dienen und beispielsweise als redundante Spannungsversorgung dienen. Dabei sind verschiedene Verfahren möglich, die auch miteinander kombiniert werden können.
  • In einer ersten Ausführungsform wird zum Balancing der Batteriezellen entnommene Energie dem elektrischen Bordnetz als redundante Energieversorgung zugeführt. Dies kann permanent erfolgen oder nur bedarfsweise. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, dass diese Energiezufuhr nur zur Ruhestromversorgung der Bordnetzverbraucher dient.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird bei Abfall oder Ausfall der Energieversorgung des elektrischen Bordnetzes das elektrische Bordnetz aus den Batteriezellen über den DC/DC-Wandler versorgt. In diesem Fall wird den Batteriezellen mehr Energie entnommen als für das reine Balancing notwendig wäre.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird zum Balancieren der Batteriezellen eine zu entladende Batteriezelle mit dem DC/DC-Wandler verbunden, wobei die entnommene Energie in mindestens einer Induktivität des DC/DC-Wandlers gespeichert wird, anschließend die Batteriezelle vom DC/DC-Wandler getrennt und eine zu ladende Batteriezelle mit dem DC/DC-Wandler verbunden wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batteriemodul mindestens drei Batteriezellen, wobei eine ungerade Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen gleichzeitig mit den Umschaltelementen verbunden wird. Dieses Verfahren kann sowohl zum Balancieren als auch zum Versorgen anderer Komponenten, wie beispielsweise dem elektrischen Bordnetz, zur Anwendung kommen, wobei bedarfsweise bei Vorhandensein der Überbrückungsschaltung die Reihenschaltung direkt über die Umschaltelemente an den Ausgang des DC/DC-Wandlers geschaltet werden kann. Dies erlaubt ein schnelleres Balancieren bzw. einen schnelleren Energietransport zum elektrischen Bordnetz, da die Spannung weniger oder gar nicht hochtransformiert werden muss.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Energiesystems in einem Kraftfahrzeug.
  • Das elektrische Energiesystem 1 eines Kraftfahrzeuges umfasst ein erstes Batteriemodul 2, mindestens ein, weiteres Batteriemodul 3 sowie ein elektrisches Bordnetz 4. Das elektrische Bordnetz 4 umfasst eine Spannungsversorgung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Doppelschichtkondensator 5 ausgebildet ist. Die Spannungsversorgung kann aber auch aus ein oder mehreren Batteriezellen oder einer Batterie bestehen. Die Spannungsversorgung des elektrischen Bordnetzes 4 dient zur Energieversorgung von Bordnetzverbrauchern 6, wobei beispielhaft nur ein Bordnetzverbraucher 6 dargestellt ist. Die Bordnetzverbraucher 6 sind beispielsweise Steuergeräte und Beleuchtungseinrichtungen.
  • Die beiden Batteriemodule 2, 3 sind gleich aufgebaut und miteinander in Reihe geschaltet und bilden eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs. Anhand des ersten Batteriemoduls 2 wird nun der genaue Aufbau näher erläutert.
  • Das Batteriemodul 2 umfasst X Batteriezellen BZ1-BZX, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Dabei ist jedem Pol der Batteriezellen BZ1-BZX ein Schaltelement S1-SX+1 zugeordnet. Dabei ist beispielsweise dem Pluspol der Batteriezelle BZ1 das Schaltelemente S1 zugeordnet. Dem Minuspol der Batteriezelle BZ1 sowie dem Pluspol der benachbarten Batteriezelle BZ2 ist das Schaltelement S2 zugeordnet. Schließlich ist dem Minuspol der Batteriezelle BZX das Schaltelement SX+1 zugeordnet. Des Weiteren umfasst das Batteriemodul 2 einen DC/DC-Wandler 7. Der DC/DC-Wandler 7' umfasst einen ersten Eingangsanschluss E1 und einen zweiten Eingangsanschluss E2. Weiter umfasst der DC/DC-Wandler 7 einen ersten Ausgangsanschluss A1 und einen zweiten Ausgangsanschluss A2. Weiter umfasst der DC/DC-Wandler 7 ein Schaltelement S, eine Induktivität L, eine Diode D und einen Kondensator C. Der Schalter S, die Induktivität L, die Diode D und der Kondensator C sind dabei als Inverswandler (Buck-Boost-Converter) verschaltet, wobei der Schalter S durch ein entsprechendes PWM-Signal angesteuert wird, um die Ausgangsspannung, hoch oder tief zu setzen.
  • Weiter umfasst das Batteriemodul 2 ein erstes Umschaltelement U1 und ein zweites Umschaltelement U2. Dabei ist der Ausgang des ersten Umschaltelements U1 fest mit dem ersten Eingangsanschluss E1 des DC/DC-Wandlers 7 verbunden..Entsprechend ist der Ausgang des zweiten Umschaltelements U2 fest mit dem zweiten Eingangsanschluss E2 des DC/DC-Wandlers 7 verbunden. Das erste Umschaltelement U1 umfasst zwei Eingänge U11, U12 und das zweite Umschaltelement U2 umfasst zwei Eingänge U21, U22. Dabei wird wahlweise der jeweils erste Eingang U11, U21 auf die Eingangsanschlüsse E1, E2 durchgeschaltet oder der jeweils zweite Eingang U21, U22.
  • Schließlich umfasst das Batteriemodul 2 noch ein Steuergerät 8, das die Schaltelemente S1-SX+1 der Batteriezellen BZ1-BZX, die Umschaltelemente U1, U2 und den Schalter S des DC/DC-Wandlers 7 ansteuert. Dabei sei angemerkt, dass es prinzipiell auch möglich ist, das Steuergerät 8 als übergeordnetes Steuergerät für mehrere Batteriemodule 2, 3 auszubilden, allerdings hat die Zuordnung zu einem Batteriemodul den Vorteil der höheren Ausfallsicherheit. Weiter sei angemerkt, dass an den Ausgängen A1, A2 des Batteriemoduls 2, 3 auch Schaltelemente oder Umschaltelemente angeordnet sein können, um ein Batteriemodul 2, 3 abzutrennen oder wahlweise mit verschiedenen Komponenten verbinden zu können.
  • Im Betrieb erfasst das Steuergerät 8 die Spannungen über den einzelnen Batteriezellen BZ1-BZX. Stellt nun das Steuergerät 8 fest, dass beispielsweise die Batteriezelle BZ1 eine im Vergleich zu den anderen Batteriezellen BZ2-BZX zu. hohe Spannung aufweist, so muss dieser Energie entnommen werden. Hierzu werden die Schaltelemente S1 und S2 geschlossen. Des Weiteren werden die Umschaltelemente U1, U2 auf die ersten Eingänge U11, U21 geschaltet. Durch entsprechende PWM-Steuerung des Schalters S fließt dann ein Strom aus der ersten Batteriezelle. BZ1 in den DC/DC-Wandler 7. Diese Energie kann nun wahlweise unterschiedlich verwendet werden. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 7 des Batteriemoduls 2 auf die Ladespannung des Doppelschichtkondensators 5 eingestellt werden und dieser geladen werden. Durch diese Maßnahme wird das elektrische Bordnetz 4 gestützt bzw. redundant mit Spannung versorgt. Diese redundante Spannungsversorgung ermöglicht es, geringere Anforderungen an die primäre Energieversorgung des elektrischen Bordnetzes 4 zu stellen, beispielsweise hinsichtlich der Speicherkapazität. Dabei ist es möglich, die Energiezufuhr vom Batteriemodul 2, 3 zum elektrischen Bordnetz 4 situativ zu begrenzen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, nur den Ruhestandbedarf des elektrischen Bordnetzes 4 zu decken. Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass immer, wenn es notwendig ist, also auch während des Fahrtbetriebes,das Batteriemodul 2, 3 das Bordnetz 4 stützt, indem Balanceenergie demBordnetz zur Verfügung gestellt wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass nicht nur Energie zum Balancieren der Batteriezellen BZ1-BZX dem Bordnetz 4 zur Verfügung gestellt wird, sondern auch darüber hinaus Energie der Batteriezellen BZ1-BZX zur bedarfsweisen Stützung entnommen wird. Aufgrund der Ansteuerbarkeit jeder einzelnen Batteriezelle BZ1-BZX des Batteriemoduls 2, 3 kann selbst bei Ausfall einzelner Batteriezellen BZ1-BZX das Bordnetz 4 elektrisch versorgt werden, so dass das Batteriemodul 2, 3 eine extrem ausfallsichere Energieversorgung für das Bordnetz 4 darstellt.
  • Soll nun hingegen Energie innerhalb des Batteriemoduls 2, 3 übertragen werden, so wird zunächst die Batteriezelle BZ1-BZX, aus der Energie entnommen wird, vorzeichengerecht mit dem DC/DC-Wandler 7 verbunden.
  • Sei nun angenommen, dass Energie von der zweiten Batteriezelle BZ2 in die erste Batteriezelle BZ1 übertragen werden soll, so werden die Schaltelemente S2 und S3 geschlossen. Die Umschältelemente U1, U2 werden auf die zweiten Eingänge U12, U22 geschaltet. Durch Schließung des Schaltelements S des DC/DC-Wandlers 7 fließt dann ein Strom, der eine negative Spannung an der Induktivität L aufbaut. Anschließend wird das Schaltelement S3 geöffnet und S1 geschlossen. Durch Schließen von S fließt dann vorzeichengerecht ein Strom in die erste Batteriezelle BZ1, der die Spannung an der Induktivität L abbaut.
  • Das Batteriemodul 2, 3 erlaubt somit mit geringem schaltungstechnischen Aufwand eine serielle Ansteuerung der Batteriezellen BZ1-BZX für ein Balancieren der Batteriezellen BZ1-BZX untereinander als auch eine Energieversorgung von an den Ausgängen A1, A2 des DC/DC-Wandlers 7 angeschlossenen Komponenten, wie beispielsweise dem Bordnetz 4.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, nicht nur jeweils eine Batteriezelle BZ1-BZX mit den Eingängen der Umschaltelemente zu verbinden, sondern eine Reihenschaltung aus einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen BZ1-BZX gleichzeitig an die Umschaltelemente U1, U2 anzulegen. Soll beispielsweise Energie aus den Batteriezellen BZ1-BZ3 entnommen werden, so kann S1 und S4 (nicht dargestellt) geschlossen werden. Dadurch liegt die Reihenschaltung von BZ1, BZ2 und BZ3 an den Umschaltelementen U1, U2. Deren Energie kann dann in der Induktivität L gespeichert werden und in eine oder mehrere (ebenfalls eine Reihenschaltung einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen) Batteriezellen BZ1-BZX zurückgespeist werden. Alternativ kann diese Energie auch wie zuvor beschrieben andere Komponenten, wie beispielsweise dem elektrischen Bordnetz, zur Verfügung gestellt werden. Da die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers 7 nun höher ist, muss die Spannung nun geringer oder gar nicht hochgesetzt werden.

Claims (10)

  1. Batteriemodul (2, 3), umfassend mindestens zwei in Reihe geschaltete Batteriezellen (BZ1-BZX) und einen DC/DC-Wandler (7), wobei der DC/DC-Wandler (7) einen ersten Eingangsanschluss (E1) und einen zweiten Eingangsanschluss (E2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Eingangsanschluss (E1) ein erstes Umschaltelement (U1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) ein zweites Umschaltelement (U2) zugeordnet ist, wobei die Umschaltelemente (U1, U2) jeweils einen Ausgang aufweisen, der fest mit dem zugeordneten Eingangsanschluss (E1, E2) des DC/DC-Wandlers (7) verbunden ist sowie jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang (U11, U12; U21, U22) aufweist, die wahlweise auf den Ausgang des Umschalters (U1, U2) durchschaltbar sind, wobei an den Polanschlüssen der Batteriezellen (BZ1, BZX) jeweils ein Schaltelement (S1-SX+1) angeordnet ist, wobei der Pluspol einer ersten Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S1) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol der Batteriezelle (BZ1) über das Schaltelement (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist, wobei der Pluspol einer benachbarten zweiten Batteriezelle (BZ2) über das Schaltelement , (S2) an den zweiten Eingang (U12) des ersten Umschaltelements (U1) und den ersten Eingang (U21) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist und der Minuspol über das Schaltelement (S3) an den ersten Eingang (U11) des ersten Umschaltelements (U1) und den zweiten Eingang (U22) des zweiten Umschaltelements (U2) geschaltet ist.
  2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltelemente (U1, U2) jeweils auf den ersten Eingang (U11, U21) oder den zweiten Eingang (U12, U22) geschaltet sind.
  3. Batteriemodul.nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (7) als Inverswandler ausgebildet ist.
  4. Batteriemodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul mindestens ein Steuergerät (8) umfasst, das die Steuersignale für die Schaltelemente (S1-SX+1), die Umschaltelemente (U1, U2) und den DC/DC-Wandler (7) erzeugt.
  5. Batteriemodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (2, 3) eine Überbrückungsschaltung aufweist, mittels derer die Ausgänge der Umschaltelemente (U1, U2) direkt auf die Ausgänge (A1, A2) des DC/DC-Wandlers (7) schaltbar sind.
  6. Elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiesystem (1) mindestens ein Batteriemodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst, wobei der Ausgang (A1, A2) des DC/DC-Wandlers (7) mit einem elektrischen Bordnetz (4) des Kraftfahrzeuges und/oder einem anderen Batteriemodul (3) verbunden ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Balancieren entnommene Energie der Batteriezellen (BZ1-BZX) einem elektrischen Bordnetz (4) zur Verfügung gestellt wird.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abfall oder Ausfall der Energieversorgung eines elektrischen Bordnetzes (4) das elektrische Bordnetz (4) aus den Batteriezellen (BZ1-BZX) über den DC/DC-Wandler (7) versorgt wird.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Balancieren der Batteriezellen (BZ1-BZX) eine zu entladende Batteriezelle (BZ1-BZX) mit dem DC/DC-Wandler (7) verbunden wird, wobei die entnommene Energie in mindestens einer Induktivität (L) des DC/DC-Wandlers (7) gespeichert wird, anschließend die Batteriezelle (BZ1-BZX) vom DC/DC-Wandler (7) getrennt und eine zu ladende Batteriezelle (BZ1-BZX) mit dem DC/DC-Wandler (7) verbunden wird.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodul (2, 3) mindestens drei Batteriezellen (BZ1-BZX) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungerade Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen gleichzeitig mit den Umschaltelementen (U1, U2) verbunden wird.
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