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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum aktiven Cell-Balancing eines mehrere Speicherzellen aufweisenden elektrischen Energiespeichers.
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Stand der Technik
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Es besteht ein wachsender Bedarf an Energiespeichersystemen, welche sowohl in stationären als auch in mobilen Anwendungen zahlreichen Einsatz finden. Als entsprechende Beispiele sind u.a. Notstromsysteme oder Elektro-/Hybridfahrzeuge zu nennen.
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Der elektrische Energiespeicher umfasst dabei zum Beispiel mehrere als wiederaufladbare Batterien ausgebildete Speicherelemente mit als Batteriezellen ausgebildeten Speicherzellen. Die einzelnen Batteriezellen der Batterien werden in Serie und/oder parallel geschaltet, um an die jeweilige Anwendung angepasste Leistungs- und/oder Energiedaten zu erhalten.
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Dabei werden u.a. aufgrund von Produktionsschwankungen bei den einzelnen Batteriezellen hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften (z. B. Spannung, Kapazität, Innenimpedanz) Unterschiede beobachtet. In einer Batterie sind die einzelnen Batteriezellen daher in der Regel nicht identisch hinsichtlich ihres Alterungszustandes und ihrer elektrischen Leistung.
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Üblicherweise wird bei Batteriezellen, die in der Batterie in Reihe geschaltet sind, der Entladevorgang gestoppt, sobald eine der Batteriezellen ihre Entlade-Spannungsgrenze erreicht hat. Entsprechendes gilt für den Ladevorgang der Batterie. Der Ladevorgang stoppt, sobald die Ladespannungsgrenze einer der Batteriezellen erreicht ist. Die Zelle mit der geringsten Kapazität, oft auch als schwächste Zelle bezeichnet, ist daher die erste, die vollständig geladen oder entladen wird. Somit ist die Batterie bzw. das Batteriemodul immer nur so gut wie deren/dessen schwächste Zelle.
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Um eine Batterie mit gleichermaßen belastbaren Zellen bereitstellen zu können, und um darüber hinaus auch zu verhindern, dass die einzelnen Batteriezellen aufgrund unterschiedlicher Spannungszustände zusätzlich unterschiedlich stark altern, sind Methoden zum sogenannten Cell-Balancing bekannt, welche einen Ausgleich der Spannungen der einzelnen Batteriezellen zum Ziel haben.
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Ohne einen derartigen Spannungs- und Ladungsausgleich driftet der Ladezustand der unterschiedlichen Zellen im Betrieb aufgrund geringfügig unterschiedlicher Kapazitäten und geringfügig unterschiedlichen Selbstentladungen der Zellen bzw. Module auseinander.
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Hinsichtlich der Methoden zum Cell-Balancing wird zwischen aktiven und passivem Cell-Balancing unterschieden, wobei bei einem aktiven Cell-Balancing mittels eines Batterie-Management-Systems ein Ladungsausgleich unter den Speichermodulen derart erfolgt, dass die Energie der zu hoch geladenen Zellen, welche die höchste Zellspannung aufweisen, auf zu niedrig geladene Zellen mit niedriger Zellspannung verteilt wird. Bei einem passiven Cell-Balancing werden gezielt diejenigen Zellen mit der höchsten Batteriespannung so lange entladen, bis alle Zellen die gleiche Spannung aufweisen. Die Entladung erfolgt üblicherweise über Widerstände, wobei die zu entladende elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird.
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Die
EP 2400622 beschreibt einen induktiven Zellausgleich zwischen den Zellen eines Energiespeichers, bei welchem der Energiespeicher eine Induktivität aufweist, über welche mittels einer Anordnung aus Schaltern und Dioden Energie zwischen den Zellen ausgetauscht werden kann.
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Die
EP 2385605 beschreibt eine aktive Ladungsausgleichsschaltung. Die Ladungsausgleichsschaltung umfasst ein induktives Speicherelement und eine Schalteranordnung, der das induktive Speicherelement in Abhängigkeit von einem Steuersignal mit einer Vielzahl von Zellenanschlüssen zum Ladungsausgleich verbindbar ist.
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Die
US 2012/0194134 beschreibt ein Verfahren zum Ladungsausgleich in einer Ladungsspeicheranordnung, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteter Ladungsspeicherzellen aufweist, sowie eine Ladungsausgleichsschaltung. Ferner ist eine induktive Ladungsausgleichsschaltung beschrieben, die konfiguriert ist, Energie aus einer Speicherzelle zu entnehmen und diese selektiv in eine Speicherzelle oder die Gesamtladespeicheranordnung zurückzuführen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Anordnung zum Balancing der Batteriezellen eines Batteriestrangs, insbesondere der Batteriezellen eines Batteriemoduls, welcher eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen aufweist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist weiterhin eine Batteriezellenanordnung, die eine Batteriezelle und eine Ausgestaltung der damit verbundenen erfindungsgemäßen Anordnung zum Balancing der Batteriezellen eines Batteriestrangs aufweist, sowie eine Batteriestrangsteuerung zur Steuerung von Schaltvorrichtungen einer Ausgestaltung dieses Batteriestrangs.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist zudem ein Verfahren zum Balancing von Batteriezellen einer Ausgestaltung eines derartigen Batteriestrangs mit einer Ausgestaltung einer derartigen Batteriestrangsteuerung.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Anordnung zum Balancing der Batteriezellen eines Batteriestrangs, insbesondere der Batteriezellen eines Batteriemoduls, welcher eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen aufweist, eine Induktivität zur Speicherung von elektrischer Energie aufweist, wobei sie speiseseitige Schaltvorrichtungen zur Verbindung der Pole einer ersten Batteriezelle über einen ersten Anschlusspunkt und einen zweiten Anschlusspunkt mit der Induktivität aufweist, wobei sie von einer Steuerungseinrichtung derart ansteuerbar ist, dass elektrische Energie von einer wenigstens ersten Batteriezelle in die Induktivität und von der Induktivität auf wenigstens eine zweite Batteriezelle übertragbar ist, einen dritten Anschlusspunkt und einen vierten Anschlusspunkt zum Ladungsausgleich sowie zwei transferseitige Schaltvorrichtungen aufweist, wobei die Induktivität über die beiden transferseitigen Schaltvorrichtungen mit dem dritten und vierten Anschlusspunkt verbunden ist.
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Eine derartige Anordnung ist von ihrer Struktur her einfach ansteuerbar und mit wenigen Bauelementen ausführbar. Sie ist in beide Richtungen, d.h. bidirektional betreibbar, sodass ein Ladungstransfer sowohl speiseseitig von der Batteriezelle und transferseitig in ein an den dritten und vierten Anschlusspunkt anschließbares Netz erfolgen kann, als auch umgekehrt, ein Ladungstransfer von einem derartig anschließbarem Netz, bzw. einer Ladungs- oder Energiequelle über die Anschlusspunkte hin zur Batteriezelle erfolgen kann. Dabei werden im zweiten Fall die transferseitigen Anschlusspunkte, d.h. der dritte und der vierten Anschlusspunkt zur Speisung, und der erste sowie der zweite Anschlusspunkt zum Transfer der Ladung zur Batteriezelle verwendet.
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Vorteilhaft umfassen die Schaltvorrichtungen der Anordnung jeweils einen Schalter, der als Halbleiterbauelement ausgeführt ist, insbesondere als Diode, Thyristor, bipolarer Transistor, MOSFET oder IGBT. Derartige Bauelemente unterliegen keinem mechanischen Verschleiß, sind günstig herstellbar und mit einer hohen Frequenz ansteuerbar. Sie weisen allerdings eine maximale Sperrspannung auf, bis zu welcher sie betreibbar sind. Diese Einschränkung ist bei dem Anschluss der transferseitigen Anschlusspunkte zu berücksichtigen.
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Vorteilhaft ist die Anordnung derart ausgeführt, dass sie zur Verbindung des dritten Anschlusspunkts mit dem höchsten Potential und zur Verbindung des vierten Anschlusspunkts mit dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs ausgeführt ist, und die Induktivität über die transferseitigen Schaltvorrichtungen in beiden Polungen bzw. Flussrichtungen mit dem höchsten und dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs verbindbar ist. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sie für einen Betrieb mit der Spannung des Batteriestrangs ausgelegt ist und dass beispielsweise eine vom Batteriestrang bereitstellbare Ladung verwendbar ist, gezielt die Ladung in die speiseseitig angeordnete Batteriezelle zu transferieren, so dass beispielsweise alle Batteriezellen eines Batteriestrangs verwendbar sind, die schwächste Batteriezelle des Batteriestrangs zu unterstützen.
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Weist ein Batteriestrang eine sehr hohe Spannung auf, die die Verwendung von sehr teuren Halbleiterbauelementen erfordern würde, so ist dieser vorteilhaft in mehrere, in Reihe geschaltete Abschnitte, insbesondere in Module unterteilbar. Ein Abschnitt eines durch Module unterteilten Batteriestrangs stellt dabei ebenfalls einen Batteriestrang im Sinne dieser Erfindung dar.
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Da die Anordnung für einen bidirektionalen Betrieb ausgelegt ist, sind die Schaltvorrichtungen für Ströme in beiden Fließrichtungen betreibbar. Vorteilhaft umfasst die Schaltvorrichtung eine Parallelschaltung eines Schalters und einer Diode. Eine derartige Schaltvorrichtung reduziert die Komplexität der für den Betrieb der Anordnung erforderlichen Steuereinrichtung deutlich, da die Schaltvorrichtung für die Ausbildung eines leitenden Zustands nur für eine Stromrichtung entgegen der Sperrrichtung der Diode ein Steuersignal benötigt. Desweiteren bietet eine derartige Ausgestaltung größere Spielräume bei der Ausgestaltung des Schalters als Halbleiterschalter, da dieser nur für eine Stromrichtung auszulegen ist. Vorteilhaft weist die Schaltvorrichtung als Schalter einen MOSFET oder einen IGBT auf. Diese Bauteile bieten den Vorteil, dass sie parallel zu dem durch sie bereitgestellten Transistorschalter eine integrierte Diode aufweisen.
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Vorteilhaft ist der zweite speiseseitige Anschlusspunkt zur Verbindung mit dem negativen Pol der ersten Batteriezelle über eine serielle Verbindung aus zwei in Sperrrichtung angeordneten Dioden mit dem höchstem Potential des Batteriestrangs verbindbar, der erste speiseseitige Anschlusspunkt zur Verbindung mit dem positiven Pol der ersten Batteriezelle über eine serielle Verbindung aus zwei in Sperrrichtung angeordneten Dioden mit dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs verbindbar, und die Induktivität zwischen den jeweils zwei seriell angeordneten Dioden angeordnet. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Anordnung mit wenigen Bauelementen, d.h. mit vier Schaltern, vier Dioden und einer Induktivität ausführbar ist.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Batteriezellenanordnung, bei welcher die Batteriezellenanordnung eine Batteriezelle und eine damit verbundene erfindungsgemäße Anordnung zum Balancing der Batteriezellen eines Batteriestrangs aufweist. Eine derartige Batteriezellenanordnung bietet den Vorteil, dass sie eine Batteriezelle aufweist, deren Pole direkt mit den Polen weiterer Batteriezellen zur Ausbildung einer Reihenschaltung bzw. einem Batteriestrang verbindbar sind, und gleichzeitig Anschlüsse, in Form des dritten und vierten Anschlusspunktes, zu einem Ladungsausgleich aufweist, über welche die Batteriezelle unabhängig von der Positionierung der Batteriezellenanordnung in einer Reihenschaltung, d.h. unabhängig von ihrer Potentiallage innerhalb eines Batteriestrangs, gezielt geladen oder entladen werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine Batteriezellenanordnung eine Batteriezelle und eine damit verbundene und baulich integrierte Anordnung zum Balancing der Batteriezelle auf. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine modulare Einheit ausbildbar.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ferner ein Batteriestrang mit einer Mehrzahl derartiger Batteriezellenanordnungen, wobei die Anordnung für jede Batteriezellenanordnung baugleich, insbesondere identisch ausgeführt ist, und die Batteriezellen der Batteriezellenanordnung in Reihe zu einem Strang verschaltet sind. Eine baugleiche, insbesondere identische Ausführung der Batteriezellenanordnung eines Batteriestrangs erlaubt eine Rationalisierung des Fertigungsprozesses sowie die Modularisierung der Batteriezellenanordnungen.
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Vorteilhaft sind die dritten Anschlusspunkte der Anordnungen mit dem höchsten Potential und die vierten Anschlusspunkte mit dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs verbunden, wobei elektrischen Energie durch einen von einer Induktivität aufnehmbaren und abgebbaren Ausgleichsstrom zwischen den Batteriezellen übertragbar ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt die gezielte Übertragung von Ladung einer Batteriezelle auf die Batteriezellen des gesamten Batteriestrangs, oder entgegengesetzt, die Übertragung von Ladung des gesamten Batteriestrangs auf eine einzelne Batteriezelle.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist weiterhin eine Batteriestrangsteuerung zur Steuerung der Schaltvorrichtungen in einem erfindungsgemäßen Batteriestrang, wobei die Batteriestrangsteuerung ausgeführt ist, die Schaltvorrichtungen derart zu steuern, dass der Ausgleichstrom von der Induktivität aus der mit ihr in einer Batteriezellenanordnung verbundenen Batteriezelle oder aus wenigstens einer zu dieser Batteriezelle benachbarten Batteriezelle aufnehmbar ist, so dass die Richtung des durch eine wenigstens zweite Batteriezelle fließenden Ausgleichsstroms einstellbar ist.
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Vorteilhaft ist die einer Batteriezelle zugeordnete Induktivität speiseseitig nicht nur von der Batteriezelle speisbar, welcher sie zugeordnet ist, sondern auch von einer benachbarten beziehungsweise einer Reihenschaltung von benachbarten Batteriezellen, welche im Batteriestrang unter- oder oberhalb der Batteriezelle, welcher die Induktivität zugeordnet ist, angeordnet sind. Weist ein Batteriestrang beispielsweise eine Reihenschaltung von einer Mehrzahl Batteriezellenanordnungen i, j, k, l auf, von denen die Batteriezellenanordnung i mit dem höchsten Potential und die Batteriezellenanordnung l mit dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs verbunden ist, so kann beispielsweise die Induktivität der Batteriezellenanordnung j bei einer erfindungsgemäßen Steuerung der Schaltvorrichtungen auch durch die Reihenschaltung der Batteriezellen der Batteriezellenanordnungen k und l oder durch die Batteriezelle der Batteriezellenanordnungen i gespeist werden. Dazu sind in diesem Beispiel der zweite und vierte Anschlusspunkt bzw. der erste und dritte Anschlusspunkt der Anordnung j verwendbar.
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Eine derartige Steuerung der Anordnungen, bzw. der Schaltvorrichtungen des Batteriestrangs erlaubt es, unterschiedliche Induktivitäten des Batteriestrangs von einer unterschiedlichen Anzahl in Reihe geschalteter Batteriezellenanordnungen zu speisen. In Abhängigkeit von der Anzahl der speisenden Batteriezellen und damit in Abhängigkeit von der eingangsseitigen Spannungshöhe ist in der Induktivität ein unterschiedlich hoher Ausgleichstrom ausbildbar.
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Vorteilhaft ist die Höhe eines vorgebbaren Ausgleichsstromes durch die Batteriestrangsteuerung regelbar ist, wobei zur Regelung des Ausgleichsstromes die Anzahl der speisenden Batteriezellen einstellbar ist. Eine derartige Ausgestaltung der Batteriestrangsteuerung erlaubt die Geschwindigkeit eines Ladungstransfers zu steuern. Ein Einstellen der Anzahl der speisenden Batteriezellen ist dabei auch durch eine geeignete Auswahl der zur Bildung des Ausgleichstromes verwendeten Induktivität erzielbar.
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Die Richtung eines von der Induktivität der Anordnung aufnehmbaren und wieder abgebbaren Ausgleichsstromes ist durch Schaltvorrichtungen in Verbindung mit der Batteriestrangsteuerung steuerbar. Dabei wird die Richtung des durch die Induktivität fließenden Ausgleichstromes als positiv bezeichnet, welcher sich einstellt, wenn die Induktivität speiseseitig mit einer ihr zugeordneten Batteriezelle verbunden ist und ihr erster Anschlusspunkt mit dem positiven Pol der zugehörigen Batteriezelle und ihr zweiter Anschlusspunkt mit dem negativen Pol der Batteriezelle verbunden ist. Als negativer Ausgleichsstrom wird ein Ausgleichsstrom bezeichnet, der in der entgegengesetzten Richtung fließt.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zum Balancing von Batteriezellen einer Ausgestaltung eines derartigen Batteriestrangs mit einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Batteriestrangsteuerung, wobei die Richtung des Ausgleichsstromes in jeder Batteriezellenanordnung derart eingestellt wird, dass
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- • ein negativer Ausgleichsstrom eingestellt wird, wenn Energie dem Batteriestrang entnommen und der ersten Batteriezelle zugeführt werden soll;
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Ein derartiges Verfahren erlaubt die gezielte Umverteilung von Ladung einer einzelnen Batteriezelle auf alle Batteriezellen eines Batteriezellenstrangs sowie von einem Batteriezellenstrang auf eine einzelne Batteriezelle.
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Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Balancing der Batteriezellen eines Batteriestrangs;
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2 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Batteriestrangs mit einer Mehrzahl von Batteriezellen mit je einer ihnen zugeordneten erfindungsgemäßen Anordnung zum Balancing der Batteriezellen.
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1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Balancing der Batteriezellen 11 eines Batteriestrangs.
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Aus 1 ist eine Anordnung 10 zum Balancing der Batteriezellen 11 eines Batteriestrangs mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen 11 ersichtlich. Dabei weist die Anordnung 10 eine Induktivität 9 zur Speicherung von elektrischer Energie auf. Weiterhin weist die Anordnung 10 speiseseitige Schaltvorrichtungen 17 zur Verbindung der Pole einer ersten Batteriezelle 11 über einen ersten Anschlusspunkt 13 und einen zweiten Anschlusspunkt 14 mit der Induktivität 9 auf. Die Schaltvorrichtungen 17 sind von einer hier nicht gezeigten Steuerungseinrichtung derart ansteuerbar ist, dass elektrische Energie von einer wenigstens ersten Batteriezelle 11 in die Induktivität 9 und von der Induktivität 9 auf wenigstens eine zweite Batteriezelle 11 übertragbar ist. Ferner weist die Anordnung 10 einen dritten Anschlusspunkt 15 und vierten Anschlusspunkt 16 zum Ladungsausgleich und zwei transferseitige Schaltvorrichtungen 17 auf. Die Induktivität 9 ist über die beiden transferseitigen Schaltvorrichtungen 17 mit dem dritten Anschlusspunkt 15 und dem vierten Anschlusspunkt 16 verbunden.
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Die Anordnung 10 ist aufgrund einer ausreichenden Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtungen 17 geeignet, über den dritten Anschlusspunkt 15 mit dem höchsten Potential Vsmax des Batteriestrangs und dem vierten Anschlusspunkt 16 mit dem niedrigsten Potential Vsmin des Batteriestrangs verbunden zu werden. Dabei ist Induktivität 9 über die transferseitigen Schaltvorrichtungen 17 in beiden Polungen bzw. Flussrichtungen 18 mit dem höchsten und dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs für einen Ladungsausgleich mittels eines Ausgleichstroms verbindbar ist. Dabei wird ein durch die Induktivität 9 fließender Ausgleichstrom in der dargestellten Flussrichtung 18 als positiver Ausgleichstrom bezeichnet.
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Die Schaltvorrichtungen 17 umfassen jeweils eine Parallelschaltung eines Schalters 1, 2, 3, 4 und einer Diode 5, 6, 7, 8. Ferner ist der zweite speiseseitige Anschlusspunkt 14 zur Verbindung der Anordnung 10 mit dem negativen Pol der ersten Batteriezelle 11 über eine serielle Verbindung 12 aus zwei in Sperrrichtung angeordneten Dioden 5, 8 mit dem höchstem Potential Vsmax des Batteriestrangs verbindbar und der erste speiseseitige Anschlusspunkt 13 zur Verbindung der Anordnung 10 mit dem positiven Pol der ersten Batteriezelle 11 über eine serielle Verbindung 12 aus zwei in Sperrrichtung angeordneten Dioden 6, 7 mit dem niedrigsten Potential Vsmin des Batteriestrangs verbindbar. Die Induktivität 9 ist zwischen den jeweils zwei seriell angeordneten Dioden 5 und 8 bzw. 6 und 7 angeordnet, d.h. dass die Induktivität 9 mit einem ihrer Anschlüsse mit der seriellen Verbindung 12 der Dioden 5 und 8 und mit dem anderen Anschluss mit der seriellen Verbindung 12 der Dioden 6 und 7 verbunden ist.
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Aus 2 sind vier Batteriezellenanordnungen 20 ersichtlich, bei denen jede Batteriezelle 11 eine mit ihr verbundene Anordnung 10 aufweist. Zur weiteren Unterscheidung sind die vier Batteriezellenanordnungen 20 mit den Indizes i, j, k und l versehen. Die Batteriezellen 11 der Batteriezellenanordnungen 20 sind in Reihe zu einem Strang verschaltet und bilden einen Batteriestrang, bei welchen jede Batteriezellenanordnung 20 baugleich, insbesondere identisch ausgeführt ist.
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Ferner sind die dritten Anschlusspunkte 15 der Anordnungen 10 mit dem höchsten Potential Vsmax und die vierten Anschlusspunkte 16 mit dem niedrigsten Potential des Batteriestrangs Vsmin verbunden, so dass elektrischen Energie durch einen von einer Induktivität 9 aufnehmbaren und abgebbaren Ausgleichsstroms zwischen den Batteriezellen 11 übertragbar ist.
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Die Schaltvorrichtungen 17 in den Anordnungen 10 sind derart zu steuern, dass der Ausgleichstrom von der Induktivität 9 aus der mit ihr in einer Batteriezellenanordnung 20 verbundenen Batteriezelle 11 oder aus wenigstens einer zu dieser Batteriezelle 11 benachbarten Batteriezelle 11 aufnehmbar ist, so dass die Richtung des durch eine wenigstens zweite Batteriezelle 11 fließenden Ausgleichsstroms einstellbar ist.
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Im Folgenden werden einige der Steuerungsoptionen für die Schaltvorrichtungen 17 beschrieben. Dies erfolgt am Beispiel der Batteriezellenanordnung 20 mit dem Index j.
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In einer ersten Steuerungsoption werden die Schalter 1, j und 2, j der Batteriezellenanordnung 20 geschlossen. Daraufhin stellt sich in der Induktivität 9 ein in Flussrichtung 18 positiver Ausgleichsstrom ein, der von der Batteriezelle 11, j gespeist wird. Nach einem Öffnen der Schalter 1, j und 2, j fließt der in der Induktivität 9 gespeicherte Ausgleichsstrom über die Diode 5, j durch die Batteriezellen 11 i, j, k und l sowie die Diode 6, j zurück zur Induktivität 9. Dabei wird Ladung von Batteriezelle 11, j auf alle Batteriezellen 11, i, j, k, l des Batteriestrangs verteilt.
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In einer zweiten Steuerungsoption werden die Schalter 3, j und 4, j der Batteriezellenanordnung 20 geschlossen. Daraufhin stellt sich in der Induktivität 9 ein in Flussrichtung 18 negativer Ausgleichsstrom ein, der von den Batteriezellen 11, i, j, k, l gespeist wird. Nach einem Öffnen der Schalter 3, j und 4, j fließt der in der Induktivität 9 gespeicherte Ausgleichsstrom über die Diode 7, j durch die Batteriezellen 11, i sowie die Diode 8, j zurück zur Induktivität 9. Dabei wird Ladung von allen Batteriezellen 11, i, j, k, l des Batteriestrangs auf die Batteriezelle 11, j verteilt.
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In einer dritten Steuerungsoption werden die Schalter 2, j und 4, j der Batteriezellenanordnung 20 geschlossen. Daraufhin stellt sich in der Induktivität 9 ein in Flussrichtung 18 negativer Ausgleichsstrom ein, der von den Batteriezellen 11, k, l gespeist wird. Nach einem Öffnen der Schalter 3, j und 4, j fließt der in der Induktivität 9 gespeicherte Ausgleichsstrom über die Diode 7, j durch die Batteriezellen 11, i sowie die Diode 8, j zurück zur Induktivität 9. Dabei wird Ladung von den Batteriezellen 11, k, l des Batteriestrangs auf die Batteriezelle 11, j verteilt.
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In einer vierten Steuerungsoption werden die Schalter 1, j und 3, j der Batteriezellenanordnung 20 geschlossen. Daraufhin stellt sich in der Induktivität 9 ein in Flussrichtung 18 positiver Ausgleichsstrom ein, der von den Batteriezelle 11, i gespeist wird. Nach einem Öffnen der Schalter 1, j und 3, j fließt der in der Induktivität 9 gespeicherte Ausgleichsstrom über die Diode 5, j durch die Batteriezellen 11, i, j, k, l sowie die Diode 6, j zurück zur Induktivität 9. Dabei wird Ladung von einer Batteriezelle 11, j auf alle Batteriezellen 11, i, j, k, l des Batteriestrangs verteilt.
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Eine fünfte Steuerungsoption wird anhand der Batteriezellenanordnung 20 mit dem Index l beschrieben.
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In einer fünften Steuerungsoption werden die Schalter 1, l und 3, l der Batteriezellenanordnung 20 geschlossen. Daraufhin stellt sich in der Induktivität 9 ein in Flussrichtung 18 positiver Ausgleichsstrom ein, der von den Batteriezellen 11, i, j, k gespeist wird. Nach einem Öffnen der Schalter 1, l und 3, l fließt der in der Induktivität 9 gespeicherte Ausgleichsstrom über die Diode 5, l durch die Batteriezellen 11, i, j, k und l sowie die Diode 6, l zurück zur Induktivität 9. Dabei wird Ladung von drei Batteriezellen 11, i, j, k auf alle Batteriezellen 11, i, j, k, l des Batteriestrangs verteilt.
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Aus den zuvor beschriebenen Steuerungsoptionen ist ersichtlich, dass durch eine geeignete Steuerung der Schaltvorrichtungen 17 die Anzahl der speisenden Batteriezellen 11 und somit die Höhe eines Ausgleichsstromes durch die Batteriestrangsteuerung einstellbar ist. Damit ist sowohl die Höhe als auch die Richtung eines Ausgleichsstroms einstellbar. Insbesondere ist gemäß der ersten Steuerungsoption ein positiver Ausgleichstrom ausbildbar, bei welchem einer ersten Batteriezelle 11 Energie entnommen und dem Batteriestrang zugeführt wird, und mit der zweiten Steuerungsoption ein negativer Ausgleichstrom ausbildbar, bei welchem dem Batteriestrang Energie entnommen und einer zweiten Batteriezelle 11 zugeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2400622 [0009]
- EP 2385605 [0010]
- US 2012/0194134 [0011]
