DE102014200205A1

DE102014200205A1 - Method of providing electrical voltage and battery

Info

Publication number: DE102014200205A1
Application number: DE102014200205.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann; Philipp Hillenbrand
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-07-09
Also published as: WO2015104202A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer elektrischen Spannung (25) aus einer elektrochemischen Zelle (1) an einem Zellenanschluss (2, 3), wobei die Zelle (1) mittels einer Verbindungseinrichtung (4, 5) zur Bereitstellung einer Zellspannung der Zelle (1) mit dem Zellenanschluss (2, 3) temporär verbindbar ist, wobei eine Steuereinrichtung (8) die Verbindungseinrichtung (4, 5) derart steuert, dass ein an dem Zellenanschluss (2, 3) anliegender Spannungsverlauf mit aufeinander folgenden Zeitabschnitten erzeugt wird, wobei in den Zeitabschnitten jeweils Nullspannung anliegt oder die Zellenspannung anliegt oder die Zellenspannung in den Zeitabschnitten zeitlich mindestens einem Tastverhältnis entsprechend anliegt oder/und die zeitliche Länge der Zeitabschnitte variiert wird, sodass an dem Zellenanschluss (2, 3) eine zeitlich gemittelte Spannung (25) einstellbar ist, die zwischen Nullspannung und der Zellenspannung liegt.The present invention relates to a method for providing an electrical voltage (25) from an electrochemical cell (1) to a cell terminal (2, 3), wherein the cell (1) by means of a connecting device (4, 5) for providing a cell voltage of the cell (1) can be temporarily connected to the cell connection (2, 3), wherein a control device (8) controls the connection device (4, 5) in such a way that a voltage curve applied to the cell connection (2, 3) is generated with successive time segments, wherein in each of the time periods zero voltage is present or the cell voltage is applied or the cell voltage correspondingly at least one duty cycle is applied during the time periods and / or the temporal length of the time intervals is varied, such that a time-averaged voltage (25) is applied to the cell terminal (2, 3). adjustable, which is between zero voltage and the cell voltage.

Description

Stand der TechnikState of the art

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer elektrischen Spannung aus einer elektrochemischen Zelle. Außerdem betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer elektrochemischen Zelle.This invention relates to a method of providing electrical voltage from an electrochemical cell. In addition, the invention relates to a battery with an electrochemical cell.

Im Stand der Technik ist es bekannt, mehrere elektrochemische Zellen innerhalb einer Batterie mit einem Batterieanschluss verbindbar zu gestalten. Der Batterieanschluss ist dazu vorgesehen, eine Schnittstelle zu extern angeschlossenen Einrichtungen bzw. Verbrauchern zu bilden. Durch Zu- und Abschalten von einzelnen Zellen kann die an dem Batterieanschluss ausgegebene elektrische Spannung der Batterie eingestellt werden. Insbesondere ist ein solches Vorgehen auch für eigensichere Batterien bekannt. Eine solche eigensichere Batterie umfasst wenigstens eine Batteriezelle, zwei Leistungshalbleiterbauelemente, insbesondere Transistoren, die typischerweise in Halbbrückenanordnung mit Anschlüssen der Batteriezelle verschaltet sind, und einen Zellenüberwachungsschaltkreis mit einer integrierten Steuereinrichtung, mit der die Leistungshalbleiterbauelemente, insbesondere als Halbleiterschalter, angesteuert werden können. Mittels der Leistungshalbleiterbauelemente können einzelne Zellen von dem Batterieanschluss getrennt oder damit verbunden werden, um deren Spannung von dem Batterieanschluss zu nehmen oder sie zusätzlich aufzuschalten bzw. Stromfluss aus der Zelle zu unterbinden oder zuzulassen. In einem normalen Stromabgabe- oder Ladungsbetrieb der Zelle wird ein Zweig der Halbbrücke durchgeschaltet, mit dem die Zellenspannung der Batterieausgangsspannung hinzugefügt werden kann. Alternativ dazu kann dieser Zweig der Halbbrücke ausgeschaltet und der andere Zweig der Halbbrücke eingeschaltet werden, um die Anschlüsse der Batteriezelle miteinander kurzzuschließen, ohne dabei die Zelle selbst kurzzuschließen. Auf diese Weise wird die Zellenspannung bei einer Reihenschaltung von mehreren Zellen aus der Reihe herausgeschaltet, so dass sie am Batterieanschluss nicht wirksam ist. Wenn die Zelle in einen unzulässigen Zustand eintritt, zum Beispiel eine Maximal- oder Minimalspannung oder eine Maximal- oder Minimaltemperatur über- bzw. unterschreitet, kann die Sicherheit der Batterie gefährdet sein. Der Zweig der Halbbrücke, der die Zelle mit dem Batterieanschluss verbindet, wird dann ausgeschaltet, wonach der Zweig der Halbbrücke, der die Anschlüsse der Zelle kurzschließt, eingeschaltet wird. Eine solche Batterie hat eine erhöhte Eigensicherheit. Es ist außerdem bekannt, eine Vollbrückenanordnung mit vier Leistungshalbleiterschaltern zu verwenden, was zusätzlich eine Umkehr der Spannungsrichtung der Zellenspannung in Bezug auf die Batteriespannung an den Batterieanschluss erlaubt. In the prior art, it is known to make a plurality of electrochemical cells within a battery connectable to a battery terminal. The battery connection is intended to form an interface to externally connected devices or consumers. By switching on and off of individual cells, the voltage of the battery output at the battery terminal can be adjusted. In particular, such a procedure is also known for intrinsically safe batteries. Such an intrinsically safe battery comprises at least one battery cell, two power semiconductor components, in particular transistors, which are typically connected in half-bridge arrangement with terminals of the battery cell, and a cell monitoring circuit with an integrated control device, with which the power semiconductor devices, in particular as a semiconductor switch, can be controlled. By means of the power semiconductor components, individual cells can be disconnected from or connected to the battery terminal in order to take their voltage from the battery terminal or to additionally switch it on or to prevent current flow from the cell or to allow it. In a normal current output or charging operation of the cell, a branch of the half-bridge is switched through, with which the cell voltage can be added to the battery output voltage. Alternatively, this branch of the half-bridge can be turned off and the other branch of the half-bridge can be turned on to short-circuit the terminals of the battery cell without short-circuiting the cell itself. In this way, the cell voltage is switched out of the series in a series connection of several cells, so that it is not effective at the battery terminal. If the cell enters an inadmissible state, for example, exceeds or falls below a maximum or minimum voltage or a maximum or minimum temperature, the safety of the battery may be compromised. The branch of the half-bridge connecting the cell to the battery terminal is then turned off, after which the branch of the half-bridge short-circuiting the terminals of the cell is turned on. Such a battery has an increased intrinsic safety. It is also known to use a full bridge arrangement with four power semiconductor switches, which additionally allows reversal of the voltage direction of the cell voltage with respect to the battery voltage to the battery terminal.

Um eine vorgegebene Sollspannung als Ausgangsspannung der Batterie zu erreichen, ermöglicht die Steuereinrichtung, eine oder mehrere Batteriezellen mit einer vorgebbaren Wahrscheinlichkeit in Reihe oder parallel zu schalten. Ein vorgebbarer Wahrscheinlichkeitswert wird dazu mit Zufallszahlen verglichen, wobei von dem Ergebnis des Vergleichs abhängt, ob eine Zelle zugeschaltet wird oder nicht. Da dieser Vorgang für alle Zellen gleich ist, werden diese gleichmäßig genutzt. Es ergibt sich die Möglichkeit, als Batterieausgangsspannung alle Stufen zu erhalten, die durch das Zuschalten von einzelnen Zellen möglich sind. Insbesondere, wenn nur wenige Zellen vorhanden sind, kann dies eine relativ grobe Stufung sein. Selbst bei einer Batterie mit vielen Zellen ist es in manchen Anwendungen wünschenswert, eine noch feinere Stufung zur Verfügung zu haben.In order to achieve a predetermined setpoint voltage as the output voltage of the battery, the control device makes it possible to connect one or more battery cells with a presettable probability in series or in parallel. A predeterminable probability value is compared with random numbers, whereby the result of the comparison depends on whether a cell is switched on or not. Since this process is the same for all cells, they are used equally. The result is the possibility to obtain as battery output voltage all stages that are possible by the connection of individual cells. In particular, if only a few cells are present, this may be a relatively crude step. Even in a battery with many cells, it is desirable in some applications to have an even finer grading available.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem eine einstellbare elektrische Spannung an einem Zellenanschluss einer elektrochemischen Zelle bereitgestellt werden kann. Bei diesem Verfahren ist die Zelle mittels einer Verbindungseinrichtung mit dem Zellenanschluss verbindbar oder davon trennbar. Auf diese Weise kann die Zellenspannung zum Beispiel an einem Batterieanschluss und insbesondere zur Überlagerung mit der Zellenspannung weiterer Zellen bereitgestellt werden, oder diese Bereitstellung kann unterbleiben. Die Verbindungseinrichtung, die vorzugsweise Halbleiterschalter als Hauptfunktionselemente umfasst, wird von einer Steuereinrichtung erfindungsgemäß so gesteuert, dass eine mittlere, an dem Zellenanschluss anliegende Spannung variiert werden kann. Dies wird ermöglicht, indem ein Spannungsverlauf an dem Zellenanschluss derart gesteuert wird, dass in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten jeweils entweder keine Spannung aus der Zelle zur Verfügung gestellt wird, oder die volle Spannung aus der Zelle zur Verfügung gestellt wird oder die Zellenspannung innerhalb eines Zeitabschnitts gemäß einem Tastverhältnis zeitweise anliegt und zeitweise nicht anliegt. Auf diese Weise wird die aus der elektrochemischen Zelle an den Zellenanschluss ausgegebene zeitlich gemittelte Spannung auf Werte einstellbar, die zwischen Nullspannung und der Zellenspannung liegen. Nullspannung bedeutet in dieser Patentanmeldung, dass keine Spannung an dem Zellenanschluss anliegt. Im Gegensatz dazu kann nach dem Stand der Technik ausschließlich die Zellenspannung oder Nullspannung für die Batterie zur Verfügung gestellt werden. Die Einstellbarkeit wird durch die Hinzunahme der zeitlichen Dimension für die Variation der Ausgangsspannung ermöglicht. Dabei werden Zeitabschnitte verwendet, die kürzer sind als ein Zeitraum, in dem die Spannung an dem Zellenanschluss konstant sein muss. Ein solcher relevanter Zeitraum ist typischerweise ein Zeitraum, der durch eine nachgeschaltete Glättungseinrichtung oder durch Drosseleigenschaften eines versorgten Verbrauchers vorgegeben sein kann. Die Glättungseinrichtung oder der Verbraucher müssen dazu nicht unmittelbar an den Zellenanschluss angeschlossen sein, sondern können auch an den Batterieanschluss der Batterie angeschlossen sein, der die Zelle umfasst.According to the invention, a method is proposed with which an adjustable electrical voltage can be provided at a cell terminal of an electrochemical cell. In this method, the cell is connectable or separable from the cell terminal by means of a connector. In this way, for example, the cell voltage may be provided at a battery terminal, and in particular for superposition with the cell voltage of further cells, or this provision may be omitted. The connecting device, which preferably comprises semiconductor switches as main functional elements, is controlled according to the invention by a control device such that a mean voltage applied to the cell connection can be varied. This is made possible by controlling a voltage profile at the cell terminal in such a way that in each successive time period either no voltage is supplied from the cell or the full voltage is made available from the cell or the cell voltage within a time interval according to a duty cycle temporarily applied and temporarily not applied. In this way, the time averaged voltage output from the electrochemical cell to the cell terminal is adjustable to values between zero voltage and the cell voltage. Zero voltage means in this patent application that no voltage is applied to the cell terminal. In contrast, according to the prior art, only the cell voltage or zero voltage can be made available for the battery. The adjustability is made possible by the addition of the time dimension for the variation of the output voltage. In this case, time segments are used which are shorter than a period in which the voltage at the cell terminal must be constant. Such a relevant period is typically a period that is followed by a period Smoothing device or by throttling properties of a supplied consumer can be specified. The smoothing device or the consumer need not be connected directly to the cell terminal, but may also be connected to the battery terminal of the battery that includes the cell.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass an einer Zelle in Abhängigkeit der Anzahl der Zeitabschnitte und der Feinheit eines möglichen Tastverhältnisses an einer Zelle u.U. sehr feine einstellbare Ausgangsspannungswerte möglich sind. Vorzugsweise sind die Zeitabschnitte gleich lang. Vorzugsweise folgen die Zeitabschnitte unmittelbar aufeinander. Wenn der Spannungsverlauf ausschließlich aus mit der Steuereinrichtung durch die Verbindungseinrichtung gesteuerten Zeitabschnitten besteht, ist eine vollständige Steuerung der mittleren Zellenspannung an dem Zellenanschluss möglich.An advantage of the invention is that, depending on the number of time periods and the fineness of a possible duty cycle on a cell, a cell may be subjected to a u.U. very fine adjustable output voltage values are possible. Preferably, the time periods are the same length. The time segments preferably follow one another directly. If the voltage profile consists exclusively of time sections controlled by the control device through the connection device, complete control of the average cell voltage at the cell connection is possible.

Durch die Möglichkeit, den Zellenausgang von der elektrochemischen Zelle zu trennen, liegt eine eigensichere Zelle vor. Durch die Möglichkeit, außerdem den Spannungsvorgabewert zu 0 zu setzen, ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit, die Zelle abzuschalten.The ability to disconnect the cell output from the electrochemical cell provides an intrinsically safe cell. The ability to also set the voltage setpoint to 0 gives an additional way to turn off the cell.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Zeitabschnitte nacheinander durch Ansteuerung der Verbindungseinrichtung innerhalb einer Zykluszeit verwirklicht. Nach einem solchen Zyklus wird gemäß dieser Ausführungsform ein weiterer Zyklus mit den Zeitabschnitten durchgeführt. Vorzugsweise ist einem Zyklus eine vorgegebene mittlere Spannung zugeordnet. Eine Regelung, die die gemittelte Spannung regelt, kann beispielsweise nach einem Zyklus jeweils erneut einen Wert für die auszugebende gemittelte Spannung vorgeben. Die Abfolge der Zeitabschnitte ist in vielen Fällen vertauschbar, ohne die zeitlich gemittelte Ausgangsspannung der Zelle zu verändern.In one embodiment of the method, the time segments are realized in succession by driving the connection device within one cycle time. After such a cycle, according to this embodiment, another cycle is performed with the time periods. Preferably, one cycle is assigned a predetermined average voltage. A control which regulates the averaged voltage can, for example, once again specify a value for the average voltage to be output after one cycle. The sequence of time segments is interchangeable in many cases, without changing the time-averaged output voltage of the cell.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Tastverhältnisse in den Zeitabschnitten voneinander verschieden. In einer Variante sind die Tastverhältnisse in aufeinanderfolgenden Zyklen gleich, bis zum Beispiel ein neuer Wert für die auszugebende gemittelte Spannung vorgegeben wird. Dabei kommt es nicht darauf an, welcher Zeitabschnitt welche zeitliche Position in einem Spannungsverlauf einnimmt. Jeder der Zeitabschnitte kann als eine virtuelle Sub-Zelle betrachtet werden, wobei sich die reale Batteriezelle insgesamt aus so vielen virtuellen Sub-Zellen zusammensetzt, wie Zeitabschnitte in dem Spannungsverlauf vorhanden sind. Durch die verschiedenen Tastverhältnisse weisen die verschiedenen virtuellen Sub-Zellen ihnen zuordenbare verschieden große virtuelle Teilspannungen der an dem Zellenanschluss anliegenden mittleren Gesamtspannung der Zelle auf. Es gilt für zyklisch wiederholte Zeitabschnitte:

wobei V_gesamt die zeitlich gemittelte Ausgangsspannung der Zelle, n die Anzahl der Zeitabschnitte und V_virtuell die virtuelle Teilspannung repräsentiert, die sich aus der Länge des Zeitabschnitts in Bezug auf die zeitliche Länge des Zyklus und einen Tastverhältnis, das innerhalb des Zeitabschnitts vorliegt, ergibt. In einer Variante sind so viele verschiedene Tastverhältnisse wie die Anzahl von Zeitabschnitten, insbesondere in einem Zyklus, vorhanden. Denkbar ist auch, jedem Zeitabschnitt eine andere Länge als den anderen Zeitabschnitten zu geben. Auf diese Weise hat jeder Zeitabschnitt ein anderes Gewicht in dem Spannungsverlauf an dem Zellenanschluss. Insbesondere, wenn nur die Tastverhältnisse 0 und 1 in den Zeitabschnitten verwendet werden, das heißt in dem gesamten Zeitabschnitt die Zellenspannung oder Nullspannung an dem Zellenanschluss angelegt wird, kann mit der Länge der Zeitabschnitte die zeitlich gemittelte Ausgangsspannung der Zelle eingestellt werden. Dabei kann zum Beispiel abwechselnd das Tastverhältnis 0 und 1 verwendet werden. In a further embodiment of the method, the duty cycles in the time periods are different from each other. In one variant, the duty cycles in successive cycles are the same until, for example, a new value for the average voltage to be output is specified. It does not matter which period of time occupies which temporal position in a voltage curve. Each of the time slots may be considered as a virtual sub-cell, with the real battery cell as a whole composed of as many virtual sub-cells as there are periods of time in the waveform. As a result of the different duty cycles, the various virtual sub-cells have different virtual partial voltages, which can be assigned to them, of the average total voltage of the cell applied to the cell connection. It applies to cyclically repeated periods of time:

where V _{total represents} the time averaged output voltage of the cell, n the number of time slots, and V _{virtually represents} the virtual divisional voltage resulting from the length of the time segment relative to the cycle time length and a duty cycle existing within the time period. In one variant, there are as many different duty cycles as the number of time periods, in particular in one cycle. It is also conceivable to give each period a different length than the other periods. In this way, each period of time has a different weight in the voltage waveform at the cell terminal. In particular, when only the duty ratios 0 and 1 are used in the time periods, that is, the cell voltage or zero voltage is applied to the cell terminal in the entire time period, the time averaged output voltage of the cell can be adjusted with the length of the time periods. In this case, for example, the duty cycle 0 and 1 can be used alternately.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird für jeden Zeitabschnitt eine Zufallszahl erzeugt, die jeweils mit einem Spannungsvorgabewert verglichen wird. Bei diesem Vergleich wird entschieden, ob der Spannungsvorgabewert als größer oder kleiner als die Zufallszahl betrachtet wird, und entsprechend festgelegt, ob in dem Zeitabschnitt die Zellenspannung an dem Zellenausgang angelegt wird oder nicht. Es kann alternativ festgelegt werden, ob beim Anlegen der Zellenspannung ein Tastverhältnis innerhalb des Zeitabschnitts angewendet wird oder nicht, und wenn dies der Fall ist, das Tastverhältnis festgelegt werden. In noch einer Variante kann die Länge des Zeitabschnitts festgelegt werden. Durch die genannten Maßnahmen kann erreicht werden, dass je nach der Größe des Spannungsvorgabewerts eine höhere oder niedrigere mittlere Spannung an dem Zellenanschluss angelegt ist. Kurzfristige Abweichungen durch die statistische Natur dieses Vorgangs werden durch die Vielzahl der Zeitabschnitte ausgemittelt. Der Spannungsvorgabewert ist vorzugsweise für alle virtuellen Zellen bzw. Zeitabschnitte gleich, und in diesem Fall ein einziger Spannungsvorgabewert für die reale Zelle. Eine Steuereinrichtung, die die Spannung der realen Zelle verwaltet, kann somit durch Vorgabe eines einzigen Spannungsvorgabewerts festlegen, welche Ausgangsspannung die Zelle liefern soll. Der Spannungsvorgabewert bewirkt, dass je nach seiner Größe ein größerer oder kleinerer Zeitanteil der Zeit, in der alle Zeitabschnitte liegen, beispielsweise eines Zyklus, die Zellenspannung an den Zellenausgang angelegt ist bzw. nicht angelegt ist. Der Zeitanteil ist vorzugsweise entsprechend der Vielzahl der Zeitabschnitte real in viele kurze Teile des Zeitanteils, die jeweils in verschiedenen Zeitabschnitten liegen, unterteilt. Wenn das Anlegen und Abschalten der Zellenspannung schneller von statten geht, als der Zeitraum, über den eine konstante Spannung gebraucht wird, oder die Ausgangsspannung aus der Zelle geglättet wird, ist die durch die Zeitabschnitte dynamische Ausgangsspannung zur Versorgung von Verbrauchern oder zur Überlagerung mit anderen Zellenspannungen gut geeignet. Wenn durch den Vergleich des Spannungsvorgabewerts mit der Zufallszahl festgelegt wird, ob die Zellenspannung überhaupt an den Zellenausgang angelegt wird, oder nicht, kann in einer Variante ein Tastverhältnis vordefiniert sein, das in dem betreffenden Zeitabschnitt angewendet wird. Dieses kann insbesondere 1 oder 0 sein, was eine dauerhafte Aufschaltung der Zellenspannung auf den Zellenausgang oder ein Abtrennen der Zellenspannung von dem Zellenausgang bedeutet. Wird dies angewendet, so kann die maximal und minimal mögliche Spannung, nämlich die volle Zellenspannung bzw. keine Spannung am Zellenausgang anliegen. Rechnerisch kann dann die zeitlich gemittelte Spannung am Zellenanschluss wie folgt dargestellt werden:

wobei V_gesamt die zeitlich gemittelte Ausgangsspannung der Zelle, V_Zelle die Zellenspannung, n die Anzahl der Zeitabschnitte und n_T die Information zu jedem Zeitabschnitt ist, ob der Vergleich des Spannungsvorgabewerts mit der Zufallszahl zu dem Zeitabschnitt ein positives oder negatives Ergebnis hat, und hat dem Ergebnis entsprechend einen Wert von 0 oder 1. Die Formel gilt für gleich lang Zeitabschnitte. Zu den genannten ähnliche Verfahren und offensichtliche Kombinationen der genannten Einflussmöglichkeiten auf die Spannung am Zellenausgang sind ebenfalls denkbar. In a further embodiment of the method, a random number is generated for each time segment, which is in each case compared with a voltage specification value. In this comparison, it is decided whether the voltage command value is considered to be larger or smaller than the random number and, accordingly, whether or not the cell voltage is applied to the cell output in the period. Alternatively, it may be determined whether or not a duty ratio is applied within the period when applying the cell voltage, and if so, the duty ratio is set. In yet another variant, the length of the time segment can be specified. As a result of the measures mentioned, it is possible for a higher or lower average voltage to be applied to the cell connection, depending on the size of the voltage preset value. Short-term deviations due to the statistical nature of this process are averaged out by the large number of time periods. The voltage setpoint is preferably the same for all virtual cells or time slots, and in this case a single voltage setpoint for the real cell. A controller that manages the voltage of the real cell can thus specify by default of a single voltage preset value, which output voltage to deliver the cell. The voltage set value causes, depending on his Size is a greater or lesser proportion of the time in which all the time periods lie, for example one cycle, the cell voltage is applied to the cell output or is not applied. The time portion is preferably divided according to the plurality of time periods real into many short portions of the time portion, each lying in different time periods. If the application and disconnection of the cell voltage is faster than the period over which a constant voltage is needed, or the output voltage from the cell is smoothed, the dynamic output voltage through the time segments is for supplying consumers or for superimposing on other cell voltages well suited. If it is determined by comparing the voltage specification value with the random number whether the cell voltage is applied to the cell output at all or not, in a variant, a duty ratio applied in the relevant period can be predefined. This may in particular be 1 or 0, which means a permanent connection of the cell voltage to the cell output or a separation of the cell voltage from the cell output. If this is applied, then the maximum and minimum possible voltage, namely the full cell voltage or no voltage can be present at the cell output. The temporally averaged voltage at the cell connection can then be represented mathematically as follows:

wherein V _total, the time-averaged output voltage of the cell, V _cell, the cell voltage, n the number of time periods and n _T, the information to each time period, whether the comparison of the voltage set value has a positive or negative result with the random number to the time section, and has corresponding to the result, a value of 0 or 1. The formula applies to periods of equal length. Similar to the above-mentioned methods and obvious combinations of the said influence on the voltage at the cell output are also conceivable.

Als Zufallszahlen gelten hier auch Pseudo-Zufallszahlen. Als Ergebnis des Vergleichs der Zufallszahlen mit dem Spannungsvorgabewert können Digitalzahlen, insbesondere als eine Folge von Digitalzahlen oder als ein Digitalzahlenvektor, erzeugt werden. Aus den Tastverhältnissen, die für jede der virtuellen Zellen bzw. für jeden Zeitabschnitt gelten können, kann jeweils eine virtuelle Zellenspannung einer virtuellen Zelle hergeleitet werden. Die Summe dieser Zellenspannungen V₁, V₂...V_n ergibt die mittlere Zellenspannung am Zellenanschluss, wenn der Spannungsverlauf am Zellenanschluss ausschließlich die vorgenannten Zeitabschnitten umfasst. Da es sich bei der Festlegung der Spannungen der einzelnen virtuellen Zellen um einen stochastischen Prozess handelt, kann die tatsächlich an dem Zellenausgang anliegende mittlere Spannung von der Spannung abweichen, die mit dem Spannungsvorgabewert vorgegeben ist. Über einen längeren Zeitraum betrachtet nähert sich jedoch die mittlere Spannung am Zellenausgang dem durch den Spannungsvorgabewert vorgegebenen Spannungswert an. Random numbers also include pseudo-random numbers. As a result of the comparison of the random numbers with the voltage specification value, digital numbers, in particular as a sequence of digital numbers or as a digital number vector, can be generated. From the duty cycles, which can be valid for each of the virtual cells or for each time period, a virtual cell voltage of a virtual cell can be derived in each case. The sum of these cell voltages V ₁ , V ₂ ... V _n results in the average cell voltage at the cell connection if the voltage profile at the cell terminal comprises only the aforementioned time intervals. Since the determination of the voltages of the individual virtual cells is a stochastic process, the average voltage actually applied to the cell output can deviate from the voltage which is predetermined by the voltage preset value. However, over a longer period of time, the average voltage at the cell output approaches the voltage value given by the voltage setpoint.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vorgeschlagen, wenigstens eine der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auf mehrere Batteriezellen anzuwenden, die vorzugsweise in einer Batterie zusammengefasst sind. So ist es möglich, dass die einzelnen Batteriezellen Spannungen ausgeben, die zwischen Nullspannung und ihrer Zellenspannung liegen, so dass es nicht erforderlich ist, zur Ausgabe von Spannungen aus der Batterie, die zwischen Nullspannung und einer maximal möglichen Batteriespannung liegt, einzelne Zellen mit voller Spannung an den Batterieausgang anzulegen, während andere Batteriezellen nicht entladen werden. Auf diese Weise kann die Nutzung der einzelnen Zellen in der Batterie vergleichmäßigt werden. Außerdem ist durch die Vielzahl von virtuellen Zellen, insbesondere, wenn alle der Batteriezellen erfindungsgemäß angesteuert werden, eine sehr feine Stufung der Ausgangsspannung der Batterie möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Vielzahl von gleichzeitig ablaufenden Zeitintervallen die Ausgangsspannung besser vergleichmäßigt wird als bei einer einzelnen Zelle.In a further embodiment of the method, it is proposed to apply at least one of the embodiments of the invention described above to a plurality of battery cells, which are preferably combined in one battery. Thus, it is possible for the individual battery cells to output voltages lying between zero voltage and their cell voltage, so that it is not necessary to output individual voltages from the battery, which is between zero voltage and a maximum possible battery voltage, at full voltage to the battery outlet while other battery cells are not being discharged. In this way, the use of the individual cells in the battery can be made uniform. In addition, a very fine gradation of the output voltage of the battery is possible by the plurality of virtual cells, in particular, if all the battery cells are driven according to the invention. Another advantage is that the multiplicity of simultaneous time intervals makes the output voltage more uniform than with a single cell.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vorgeschlagen, die aus einer Zelle oder einer Batterie mit mehreren Zellen ausgegebene Spannung, die mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren an den Batterieanschluss bzw. den Zellenanschluss angelegt ist, einer Regelung zu unterwerfen. Aufgrund der statistischen Vorgehensweise beim Anlegen von Zellenspannungen an einen Ausgang kann es vorkommen, dass die ausgegebene Spannung von einer vorgegebenen Spannung abweicht. Daher kann es sinnvoll sein, die erwartungsgemäß ausgegebene Spannung zu ermitteln, was rein rechnerisch möglich ist. Der ermittelte Wert kann in einer Regelschleife zurückgeführt werden und der Spannungsvorgabewert entsprechend angepasst werden. Dazu ist beispielsweise eine P-Regelung oder eine PI-Regelung denkbar. Die Regelung kann auf eine Zelle oder auf eine ganze Batterie mit mehreren Zellen angewendet werden. Im letzteren Fall wird vorzugsweise allen Batteriezellen der gleiche Spannungsvorgabewert gegeben. Dann ist nur eine einzige Regelung erforderlich. Zusätzlich zu der rein rechnerischen Regelung ist es denkbar, auch real die ausgegebene Spannung einer Zelle oder einer ganzen Batterie zu messen und den Messwert als Istwert einer Regelung zuzuführen. Regelabweichungen können hierbei zum Beispiel durch eine Entladung der Zellen verursacht werden, deren Spannung im Entladebetrieb abfällt. Auch bei einer real rückgekoppelten Regelung kann eine P- oder PI-Regelung angewendet werden. Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise ein Teil der Steuereinrichtung, mit der die Verbindungseinrichtung ansteuerbar ist.In a further embodiment of the method, it is proposed to regulate the voltage output from a cell or a battery having a plurality of cells, which is applied to the battery terminal or the cell terminal by one of the methods described above. Due to the statistical procedure when applying cell voltages to an output, it may happen that the output voltage deviates from a predetermined voltage. Therefore, it may be useful to determine the expected output voltage, which is purely mathematically possible. The determined value can be fed back in a control loop and the voltage preset value can be adjusted accordingly. For this purpose, for example, a P-control or a PI control is conceivable. The control can be applied to one cell or to an entire multi-cell battery. In the latter case, preferably the same voltage specification value is given to all battery cells. Then only a single regulation is required. In addition to the purely mathematical control, it is also conceivable to measure real the voltage output of a cell or a whole battery and the measured value as actual value of a control. Control deviations can be caused, for example, by a discharge of the cells whose voltage drops in the discharge operation. Even with a real feedback control, a P or PI control can be used. The control device is preferably a part of the control device with which the connection device can be controlled.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrochemische Zelle vorgeschlagen, die wenigstens eine Verbindungseinrichtung und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren durchzuführen.In a further aspect of the invention, an electrochemical cell is proposed which has at least one connecting device and a control device, wherein the control device is set up to carry out one of the methods described above.

In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie vorgeschlagen, die wenigstens eine elektrochemische Zelle, wenigstens eine Verbindungseinrichtung, die wenigstens einer der elektrochemischen Zellen zugeordnet ist, und eine Steuereinrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren durchzuführen. Dadurch kann eine solche Batterie Spannungen zwischen Nullspannung und einer maximalen Batteriespannung mit einer sehr feinen Abstufung ausgeben. Durch kurze Schaltzeiten der Verbindungseinrichtung, etwa weniger als 3 ms, weniger als 1 ms oder weniger als 0,3 ms, können Zeitabschnitte sehr kurz gehalten werden, was schon im Bereich von einigen ms bis einen zig ms zu quasi-stabilen mittleren Ausgangsspannungen führen kann. Dies gilt auch für die anderen Aspekte der Erfindung. In yet a further aspect of the invention, a battery is proposed which comprises at least one electrochemical cell, at least one connection device associated with at least one of the electrochemical cells, and a control device, wherein the control device is configured to perform one of the methods described above. Thereby, such a battery can output voltages between zero voltage and a maximum battery voltage with a very fine gradation. By short switching times of the connection device, for less than 3 ms, less than 1 ms or less than 0.3 ms, time sections can be kept very short, which can lead to quasi-stable mean output voltages in the range of a few ms to a zig ms , This also applies to the other aspects of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine schematische Darstellung der Verschaltung einer elektrochemischen Zelle, 1 a schematic representation of the interconnection of an electrochemical cell,

2 eine schematische Darstellung der Ansteuerung von virtuellen Zellen der realen Zelle, 2 a schematic representation of the control of virtual cells of the real cell,

3 eine schematische Darstellung einer Spannungsregelung der Zelle, und 3 a schematic representation of a voltage regulation of the cell, and

4 ein Ablaufschema der Berechnung einer Ausgangsspannung der Zelle. 4 a flow chart of the calculation of an output voltage of the cell.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine Verschaltung der elektrochemischen Zelle 1 mit zwei Anschlüssen 2 und 3 eines Zellenanschlusses. Eine erste Elektrode der Zelle 1 ist über einen ersten Halbleiterschalter 4 in einem ersten Zweig einer Halbbrücke mit dem Ausgangsanschluss 2 verbindbar. Die zweite Elektrode der Zelle 1 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss 3 verbunden, wobei in dieser Verbindung kein Halbleiterschalter vorgesehen ist. Über einen zweiten Halbleiterschalter 5, der zwischen dem Ausgangsanschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 3 angeordnet ist, können die Ausgangsanschlüsse 2 und 3 kurzgeschlossen werden. Vorzugsweise sind die Halbleiterschalter 4 und 5 durch Schutzdioden 6 und 7 geschützt. Eine Steuereinrichtung 8 wird aus der Zelle 1 mit Strom versorgt. Die Steuereinrichtung 8 steuert über nicht dargestellte Ansteuerleitungen die Halbleiterschalter 4 und 5 an. Dabei wird vorzugsweise vermieden, die Halbleiterschalter 4 und 5 gleichzeitig durchzuschalten, da dies zu einem Kurzschluss der Zelle 1 führt. Von den Halbleiterschaltern 4 und 5 wird daher möglichst nur jeweils einer geöffnet. Wird der Halbleiterschalter 5 geöffnet, während der Halbleiterschalter 4 geschlossen ist, führt dies zur Verbindung der Ausgangsanschlüsse 2 und 3, während die Zelle 1 über den geöffneten Halbleiterschalter 4 von dem Ausgangsanschluss 2 getrennt ist. Weitere elektrochemische Zellen, die beispielsweise an den Ausgangsanschlüssen 2 und 3 angeschlossen sind, und die mit der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung in Reihe geschaltet sind, können somit in einen Betriebszustand gebracht werden, in dem die Zelle 1 keine Spannung zu einer gemeinsamen Ausgangsspannung der gesamten Reihenschaltung von mehreren Zellen beisteuert. Wird dagegen der Halbleiterschalter 5 geöffnet und der Halbleiterschalter 4 geschlossen, so liegt die Zelle 1 in Reihenschaltung zwischen den Ausgangsanschlüssen 2 und 3 und kann somit ihre Spannung in eine Reihenschaltung von mehreren Zellen einbringen. Die Halbleiterschalter sind vorzugsweise schnell schaltbare Schalter, so dass eine hohe Schaltfrequenz, vorzugsweise Bereich einiger 100 Hz bis in den kHz-Bereich, erreicht werden kann, um einen schnellen Wechsel zwischen dem Aufschalten der Spannung in eine Reihenschaltung von Zellen und dem Herausnehmen der Zelle 1 aus einer solchen Reihenschaltung realisiert werden kann. 1 schematically shows an interconnection of the electrochemical cell 1 with two connections 2 and 3 a cell connection. A first electrode of the cell 1 is via a first semiconductor switch 4 in a first branch of a half bridge with the output terminal 2 connectable. The second electrode of the cell 1 is with the second output port 3 connected, in which connection no semiconductor switch is provided. Via a second semiconductor switch 5 which is between the output terminal 2 and the output terminal 3 is arranged, the output terminals 2 and 3 be shorted. Preferably, the semiconductor switches 4 and 5 by protective diodes 6 and 7 protected. A control device 8th gets out of the cell 1 powered. The control device 8th controls the semiconductor switches via control lines, not shown 4 and 5 at. In this case, the semiconductor switches are preferably avoided 4 and 5 switch through at the same time, as this leads to a short circuit of the cell 1 leads. From the semiconductor switches 4 and 5 Therefore, if possible, only one is opened at a time. Will the semiconductor switch 5 opened while the semiconductor switch 4 is closed, this leads to the connection of the output terminals 2 and 3 while the cell 1 over the opened semiconductor switch 4 from the output terminal 2 is disconnected. Other electrochemical cells, for example, at the output terminals 2 and 3 are connected, and those with the in 1 can be brought into an operating state in which the cell 1 no voltage to a common output voltage of the entire series circuit of several cells contributed. If, however, the semiconductor switch 5 opened and the semiconductor switch 4 closed, so lies the cell 1 in series between the output terminals 2 and 3 and thus can introduce its voltage into a series connection of several cells. The semiconductor switches are preferably fast-switching switches, so that a high switching frequency, preferably a range of a few hundred Hz down to the kHz range, can be achieved in order to rapidly change between the application of the voltage to a series of cells and the removal of the cell 1 can be realized from such a series circuit.

2 zeigt schematisch eine Ansteuerung von virtuellen Zellen 10, 11, 12, ..., n die imaginär zusammen die elektrochemische Zelle 1 bilden. Es ist denkbar und wünschenswert, eine größere Anzahl als die gezeigten virtuellen Zellen vorzusehen. Die Betrachtungsweise als virtuelle Zellen wird dadurch möglich, dass jeder als solcher betrachtete oder zur Ansteuerung der Verbindungseinrichtung genutzte Zeitabschnitt, in dem die tatsächliche Zellenspannung der Zelle 1 über den Halbleiterschalter 4 an die Ausgangsanschlüsse 2 und 3 angelegt wird oder nicht oder als Tastverhältnis teilweise angelegt wird, jeweils einer virtuellen Zelle entspricht. Die Spannung der einzelnen virtuellen Zellen kann über ein Tastverhältnis eingestellt werden, dem die an die Ausgangsanschlüsse 2 und 3 angelegte Spannung während des Zeitintervalls folgt. Dabei ist die Zellenspannung entweder gar nicht, über einen gewissen Zeitraum, oder während der gesamten Zeit des Zeitabschnitts an die Ausgangsanschlüsse 2 und 3 angelegt. Wenn das Tastverhältnis in allen Zeitabschnitten gleich ist, ergibt sich im zeitlichen Mittel an den Zellenanschlüssen 2 und 3 eine Spannung, die dem Tastverhältnis entspricht. Die maximal mögliche Spannung, die eine virtuelle Zelle liefern kann, hängt mit der Länge von dem ihr zugeordneten Zeitabschnitt zusammen. Je länger dieser ist, desto höher ist die mögliche virtuelle Spannung U₁₀, U₁₁, U₁₂, bis U_n. Wird ein Tastverhältnis vorgegeben, so ist es auch denkbar, die Ausgangsspannung der realen Zelle 1 durch die Länge der Zeitabschnitte einzustellen, die jeder der virtuellen Zellen zugeordnet ist, insbesondere, wenn zugleich das Tastverhältnis in den Zeitabschnitten entweder 0 oder 1 ist, vorzugsweise abwechselnd. Es ist auch denkbar, eine Steuerung über das Tastverhältnis mit einer Steuerung der Länge der Zeitintervalle zu kombinieren. Dadurch wird eine noch feinere Auflösung der einstellbaren Ausgangsspannungen der realen Batteriezelle ermöglicht. Eine Möglichkeit, die virtuellen Spannungen U₁₀, U₁₁, U₁₂, bis U_n der einzelnen virtuellen Zellen 10, 11, 12, ..., n zu erzeugen, besteht im Ausgeben von einen Spannungsvorgabewert aus der Steuereinrichtung 8 über eine Verbindung 20 an die virtuellen Zellen 10, 11, 12, ..., n. Für jede der virtuellen Zellen 10, 11, 12, ..., n bzw. für jeden Zeitabschnitt wird eine Zufallszahl generiert, die mit dem Spannungsvorgabewert verglichen wird. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs wird danach eine Spannung der virtuellen Zelle 10, 11, 12, ..., n eingestellt. Insbesondere kann dies digital geschehen, indem das Ergebnis des Vergleichs die Binärwerte 0 und 1 annehmen kann. Im Falle eines der beiden Ergebnisse kann die Spannung einer virtuellen Zelle auf einen Maximalwert, einen durch ein Tastverhältnis einstellbaren Zwischenwert, der fest vorgegeben sein kann, oder auf Trennen der Zelle von den Ausgangsanschlüssen 2, 3 während des Zeitabschnitts gesetzt werden. Durch eine Variation des Spannungsvorgabewerts können so mehr oder weniger der virtuellen Zellen 10, 11, 12, ..., n durch Verbindung mit den Zellenanschlüssen 2, und 3 aktiviert oder deaktiviert werden oder mittels des Tastverhältnisses eine höhere oder niedrigere virtuelle Spannung an diesen eingestellt werden. Da ein Vergleich mit Zufallszahlen oder Pseudo-Zufallszahlen stattfindet, ist dies ein stochastischer Vorgang, der nur im zeitlichen Mittel eine vorgegebene Spannung erzeugt. Dennoch kann dieser Erwartungswert als gemittelte ausgegebene Spannung der Zelle über den Spannungsvorgabewert zumindest näherungsweise eingestellt werden. Die Verbindung der Zelle 1 mit einer Last 9 verläuft über die Ausgangsanschlüsse 2 und 3, die Teil der in 2 dargestellten Verbindung sind. Die Steuereinrichtung 8 wird mit Spannung aus der Zelle 1 versorgt. Die Halbleiterschalter 4 und 5 sind in 2 nicht dargestellt; sie ermöglichen jedoch, die Last 9 mit der Zelle 1 zu verbinden oder sie davon zu trennen, wie schon in Bezug auf 1 ausgeführt wurde. 2 schematically shows a control of virtual cells 10 . 11 . 12 , ..., n the imaginary together the electrochemical cell 1 form. It is conceivable and desirable to provide a larger number than the virtual cells shown. The approach as virtual cells is made possible by each time period considered as such or used to drive the connection device, in which the actual cell voltage of the cell 1 over the semiconductor switch 4 to the output terminals 2 and 3 is created or not or partially applied as a duty cycle, each corresponding to a virtual cell. The voltage of the individual virtual cells can be adjusted via a duty cycle, that to the output terminals 2 and 3 applied voltage during the time interval follows. In this case, the cell voltage is either not at all, for a certain period of time, or during the entire time of the time period at the output terminals 2 and 3 created. If the duty cycle is the same in all time periods, the average time will be at the cell terminals 2 and 3 a voltage that corresponds to the duty cycle. The maximum possible voltage that a virtual cell can deliver is related to the length of its associated time slot. The longer this is, the higher is the possible virtual voltage U ₁₀ , U ₁₁ , U ₁₂ , to U _n . If a duty cycle is specified, then it is also conceivable, the output voltage of the real cell 1 by adjusting the length of the time slots associated with each of the virtual cells, in particular if at the same time the duty cycle in the time slots is either 0 or 1, preferably alternately. It is also conceivable to combine a control over the duty cycle with a control of the length of the time intervals. This allows an even finer resolution of the adjustable output voltages of the real battery cell. One way, the virtual voltages U ₁₀ , U ₁₁ , U ₁₂ , to U _n of each virtual cell 10 . 11 . 12 , ..., n is to output a voltage command value from the controller 8th over a connection 20 to the virtual cells 10 . 11 . 12 , ..., n. For each of the virtual cells 10 . 11 . 12 , ..., n or for each period a random number is generated, which is compared with the voltage setpoint. Depending on the result of the comparison thereafter becomes a voltage of the virtual cell 10 . 11 . 12 , ..., n set. In particular, this can be done digitally, in that the result of the comparison can assume the binary values 0 and 1. In either case, the voltage of a virtual cell may be set to a maximum value, a duty cycle settable intermediate value that may be fixed, or a cell disconnected from the output terminals 2 . 3 be placed during the period of time. By varying the voltage preset value, more or fewer of the virtual cells can be used 10 . 11 . 12 , ..., n by connecting to the cell terminals 2 , and 3 be activated or deactivated or by means of the duty ratio, a higher or lower virtual voltage to be set to this. Since a comparison with random numbers or pseudo-random numbers takes place, this is a stochastic process that generates a given voltage only in the time average. Nevertheless, this expectation value can be set at least approximately as the average output voltage of the cell via the voltage specification value. The connection of the cell 1 with a load 9 passes through the output terminals 2 and 3 that part of 2 are shown connection. The control device 8th will be with tension from the cell 1 provided. The semiconductor switches 4 and 5 are in 2 not shown; however, they allow the load 9 with the cell 1 to connect or disconnect from it, as already in relation to 1 was executed.

3 zeigt schematisch eine Regelung, die vorzugsweise mit Hilfe der Steuereinrichtung 8 realisiert wird. Es wird ein Sollwert 20 als Vorgabe für eine aus der Zelle auszugebende Spannung der Regelung als Signal oder Daten vorgegeben. Von einem Verzweigungspunkt 21 wird der Sollwert einem Summationspunkt 22 zugeführt. Außerdem wird der Sollwert 20 einem Verstärkungsglied 23 zugeführt, dessen proportional verstärktes Ergebnis einem zweiten Summationspunkt 24 zugeführt wird. Das Ergebnis der Summation an dem Summationspunkt 24 ist die Stellgröße 27, die als Spannungsvorgabewert P_on für die Ausgangsspannung 25 der Zelle 1 dient. Durch Vergleich mit Zufallszahlen, die für die einzelnen virtuellen Zellen erzeugt werden, wird, wie in Bezug auf 2 erläutert, eine Ansteuerung für die Halbleiterschalter 4 und 5 erzeugt, so dass sich eine Ausgangsspannung 25 ergibt. An diese ist eine Last 9 angeschlossen. Die Ausgangsspannung 25 wird zu dem Summationspunkt 22 zurückgekoppelt. Dort geht sie mit negativem Vorzeichen ein, so dass eine Gegenkopplung vorliegt. Das Ergebnis des Summationspunktes 22 wird in einem Gewichtungsglied 26 proportional verstärkt oder abschwächt, um die Größenordnung der Ausgangsspannung an die Größenordnung der Sollspannung 20 anzupassen. Im Zusammenspiel mit dem Verstärkungsglied 23 kann eine Regelkonstante eingestellt werden. Die dargestellte Regelung kann rein rechnerisch erfolgen, da der Steuereinrichtung bekannt sein kann, welche Zufallszahlen n → für die einzelnen virtuellen Zellen erzeugt worden sind, und welche Ausgangsspannung 25 theoretisch erzeugt worden sein müsste. Dies kann rechnerisch ermittelt werden. Somit kann auch die Rückkopplung dieses Rechenergebnisses der Ausgangsspannung 25 rein rechnerisch erfolgen, ebenso wie der Rest der Regelung. Die Regelung regelt dann Schwankungen auf Grund der statistischen Erzeugungsweise der Ausgangsspannung 25 aus. Alternativ kann die Regelung real aufgebaut werden, wobei die Spannung 25 gemessen werden kann. Vorzugsweise wird sie jedoch wieder in digitale Daten gewandelt, um diese mit einer digital vorgegebenen Sollspannung 20 zu verrechnen, was der Regelung entspricht. Weiter ist es denkbar, die Regelung einschließlich Messung analog durchzuführen. 3 schematically shows a scheme, preferably with the aid of the control device 8th is realized. It becomes a setpoint 20 specified as a default for a voltage to be output from the cell control as a signal or data. From a branch point 21 the setpoint becomes a summation point 22 fed. In addition, the setpoint 20 a reinforcing member 23 supplied, the proportional amplified result a second summation point 24 is supplied. The result of the summation at the summation point 24 is the manipulated variable 27 , which is used as the voltage specification value P _on for the output voltage 25 the cell 1 serves. By comparison with random numbers generated for each virtual cell, as in relation to 2 explains a control for the semiconductor switches 4 and 5 generates, so that an output voltage 25 results. At this is a burden 9 connected. The output voltage 25 becomes the summation point 22 fed back. There it enters with a negative sign, so that there is a negative feedback. The result of the summation point 22 is in a weighting member 26 proportionally amplified or attenuated by the magnitude of the output voltage to the order of magnitude of the desired voltage 20 adapt. In interaction with the reinforcing member 23 a control constant can be set. The illustrated control can be purely mathematical, since the control device can be known which random numbers n → have been generated for the individual virtual cells and which output voltage 25 theoretically generated. This can be determined by calculation. Thus, the feedback of this calculation result of the output voltage 25 purely mathematical, as well as the rest of the scheme. The control then regulates variations due to the statistical mode of production of the output voltage 25 out. Alternatively, the control can be built real, with the voltage 25 can be measured. Preferably, however, it is again converted into digital data, with a digitally predetermined setpoint voltage 20 to settle what corresponds to the scheme. It is also conceivable to carry out the control analogously, including measurement.

4 zeigt in einem schematischen Ablauf eine Berechnung der Ausgangsspannung einer Batteriezelle U₂₀ als Ergebnis eines Vergleichs von Zufallszahlen mit einem Spannungsvorgabewert. Zunächst wird in das Verfahren der Spannungsvorgabewert P_on eingegeben. Weiter werden Zufallszahlen n₁, n₂, n₃ als Zufallszahlen n → erzeugt. In einem nächsten Schritt werden die Zufallszahlen mit dem Spannungsvorgabewert P_on verglichen, indem für jedes Element des Zufallszahlenvektors n → festgestellt wird, ob P_on kleiner oder größer ist. Als Ergebnis ergibt sich ein weiterer Vektor n →_T, der dieselbe Anzahl von Elementen, wie der Zufallszahlenvektor n → hat. Diese Anzahl entspricht auch der Anzahl der virtuellen Zellen bzw. der Anzahl der angewendeten Zeitabschnitte. Zur Berechnung der Ausgangsspannung werden die Elemente des Vektors mit digitalen Elementen n →_T aufsummiert, wodurch sich eine Zahl ergibt, die zwischen Null und der Anzahl der virtuellen Zellen n liegt. Diese Summe wird durch die Anzahl der virtuellen Zellen geteilt und mit einer Zellenspannung U₂₁ der Zelle multipliziert, um zu der über einen Zyklus, der alle Zeitabschnitte umfasst, erzeugten Ausgangsspannung der Zelle zu kommen. Die gezeigte Formel gilt für gleich lange Zeitabschnitte und für das Anlegen der Zellenspannung an die Zellenanschlüsse 2 und 3 während eines Zeitabschnitts, wenn der Vergleich zwischen P_onund der Zufallszahl des Zeitabschnitts eine 1 ergeben hat. Eine solche Spannung kann beispielsweise von einer rechnerischen Regelung, wie sie in Bezug auf 3 beschrieben wurde, verwendet werden. 4 shows in a schematic sequence a calculation of the output voltage of a battery cell U ₂₀ as a result of a comparison of random numbers with a voltage setpoint. First, the voltage command value P _{on is} input to the process. Furthermore, random numbers n ₁ , n ₂ , n _{3 are} generated as random numbers n →. In a next step, the random numbers are compared with the voltage setpoint P _on by determining for each element of the random number vector n → whether P _{on is} smaller or larger. The result is another vector n → _T , which has the same number of elements as the random number vector n →. This number also corresponds to the number of virtual cells or the number of time periods applied. To calculate the output voltage, the elements of the vector with digital elements n → _T , resulting in a number that is between zero and the number of virtual cells n. This sum is divided by the number of virtual cells and multiplied by a cell voltage U _{21 of} the cell to arrive at the output voltage of the cell generated over one cycle including all periods of time. The formula shown applies for equally long periods of time and for applying the cell voltage to the cell terminals 2 and 3 during a period of time when the comparison between P _on and the random number of the period has given a 1. Such a voltage can be, for example, from a mathematical control, as in relation to 3 has been described.

Claims

Method for providing an electrical voltage ( 25 ) from an electrochemical cell ( 1 ) on a cell connection ( 2 . 3 ), whereby the cell ( 1 ) by means of a connection device ( 4 . 5 ) for providing a cell voltage of the cell ( 1 ) with the cell connection ( 2 . 3 ) is temporarily connectable, characterized in that a control device ( 8th ) the connection device ( 4 . 5 ) such that one at the cell terminal ( 2 . 3 ) is applied with successive time segments, wherein in each of the time periods zero voltage is present or the cell voltage is applied or the cell voltage in the time periods corresponding at least to one pulse duty cycle respectively / and the time length of the time segments is varied so that at the cell terminal ( 2 . 3 ) a time averaged voltage ( 25 ), which is between zero voltage and the cell voltage.

Method according to Claim 1, in which, after a supply of electrical voltage ( 25 ) is performed by means of a number of time intervals within a time cycle 'another temporal cycle with equal time intervals.

The method of claim 2, wherein the duty cycles for individual periods of time within a cycle are different from each other, and in particular repeated in a further cycle in the same sequence.

The method of claim 1 or 2, wherein the duty cycle is the same for all periods of time and in particular this duty cycle is variable for adjusting the time-averaged voltage at the cell terminal.

Method according to one of the preceding claims, in which a random number (n →) is generated for each time segment, which is compared with a voltage specification value (P _on ), wherein after a comparison result (

n → _T

) is determined for a period of time, whether in the period of time the cell voltage is applied to the cell output ( 2 . 3 ) or not, and if so, whether or not the duty ratio is applied when the cell voltage is applied, and more particularly, if the latter is the case, the duty ratio is set.

Method according to one of the preceding claims, wherein one of the methods according to one of the preceding claims for at least one cell ( 1 ), preferably for all cells ( 1 ), within a multiple cells ( 1 ) comprehensive battery is applied.

Method according to one of the preceding claims, in which a voltage ( 25 ) on a battery connection or a cell connection ( 2 . 3 ) is used as a control variable of a control, wherein the control is a nominal voltage ( 20 ) at the battery connection or the cell connection, and the regulation as a manipulated variable ( 27 ) the voltage setpoint (P _on ) for one or more cells ( 1 ) used.

Electrochemical cell ( 1 ) with at least one connecting device ( 4 . 5 ) and a control device ( 8th ), wherein the control device ( 8th ) is arranged to carry out one of the methods according to any one of the preceding claims.

Battery with at least one electrochemical cell ( 1 ) according to claim 8.