DE102018116480A1 - Battery circuit with multiplexer battery modules - Google Patents

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Stephan Prüfling
Harald Paschke
Florian Schmidbauer
Carsten Eilers
Patrick Meyer
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Abstract

In einer Batterieschaltung Batterieschaltung mit einem ersten und einem zweiten Multiplexer-Batteriemodul umfasst das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul jeweils: einen Batteriestrang mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, einen ersten und einen zweiten Anschluss, und eine Mehrzahl von modulinternen Schaltern zum Abgreifen eines Potentials entlang des Batteriestrangs, wobei das erste bzw. zweite Multiplexer-Batteriemodul eingerichtet ist, durch Schalten von zwei Schaltern der modulinternen Schalter eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss zu erzeugen, wobei die Batterieschaltung eine Steuerungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, eine abweichende Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle des ersten Multiplexer-Batteriemoduls durch selektives gegenpoliges In-Reihe-Schalten von Batteriezellen des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls auszugleichen.

Figure DE102018116480A1_0000
In a battery circuit with a first and a second multiplexer battery module, the first and the second multiplexer battery module each comprise: a battery string with a plurality of battery cells connected in series, a first and a second connection, and a plurality of module-internal switches for tapping of a potential along the battery string, the first or second multiplexer battery module being set up to generate a voltage difference between the first and the second connection by switching two switches of the module-internal switches, the battery circuit comprising a control unit which is set up to to compensate for a different amount of charge in a different battery cell of the first multiplexer battery module by selectively connecting the opposite polarity of the battery cells of the first and second multiplexer battery modules.
Figure DE102018116480A1_0000

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Batterieschaltungen mit einer Mehrzahl von Batteriezellen zur Ausgabe einer Spannung, insbesondere für Anwendungen in der Elektromobilität.The present invention relates to battery circuits with a plurality of battery cells for outputting a voltage, in particular for applications in electromobility.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Mit der zunehmenden Verbreitung von digitalen mobilen Geräten und der steigenden Förderung der Elektromobilität ist eine Nachfrage nach neuen Energiespeicherkonzepten entstanden, welche die gestiegenen Anforderungen an Lebensdauer, Energiedichte und Einsatzvielfalt erfüllen können. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, wird intensiv an alternativen Materialzusammensetzungen für Batterien geforscht. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Batterieeigenschaften können angepasste interne Schaltungs- und Steuerungsmöglichkeiten für eine Batterie sein.With the increasing spread of digital mobile devices and the increasing promotion of electromobility, there has been a demand for new energy storage concepts that can meet the increased requirements for service life, energy density and versatility. In order to meet these requirements, intensive research is being carried out on alternative material compositions for batteries. Another possibility for improving the battery properties can be adapted internal switching and control options for a battery.

Batterien bestehen häufig aus einer Vielzahl von Batteriezellen, welche miteinander verschaltet werden, um eine bestimmte Spannung zu erzeugen bzw. einen bestimmten Strom bereitzustellen. Dabei können Herstellungstoleranzen dazu führen, dass die unterschiedlichen Batteriezellen der Batterie abweichende elektrische Eigenschaften haben, sodass gegebenenfalls einzelne Batteriezellen stärker geladen bzw. entladen werden. Da eine zu starke Ladung bzw. Entladung einer Batteriezelle die Batteriezelle beschädigen kann, können die Herstellungstoleranzen bedingen, dass ein Lade- bzw. Entladevorgang vorzeitig abgebrochen werden muss. In diesem Fall kann die in den Batteriezellen zur Verfügung stehende Kapazität nicht effizient ausgenutzt werden. Herkömmliche Verfahren zum Ausgleich der Ladungsmenge in einzelnen Batteriezellen erfordern häufig die Verwendung zusätzlicher elektronischer Komponenten oder erhöhen die Anzahl der verwendeten Schalter in der Batterie.Batteries often consist of a large number of battery cells, which are interconnected in order to generate a certain voltage or provide a certain current. Manufacturing tolerances can lead to the fact that the different battery cells of the battery have different electrical properties, so that individual battery cells may be charged or discharged more. Since excessive charging or discharging of a battery cell can damage the battery cell, the manufacturing tolerances may mean that a charging or discharging process must be stopped prematurely. In this case, the capacity available in the battery cells cannot be used efficiently. Conventional methods for balancing the amount of charge in individual battery cells often require the use of additional electronic components or increase the number of switches used in the battery.

Weiterhin können eine Mehrzahl von Anwendungen, insbesondere in der Elektromobilität, häufig die Ausgabe von AC-Spannungen erfordern, welche herkömmlicherweise durch PWM-Modulation der von der Batterie abgegebenen DC-Spannung und anschließende Tiefpass-Filtermethoden erzeugt werden. Diese zusätzlichen Schritte benötigen jedoch zusätzliche Elektronikschaltkreise und erhöhen somit das Gewicht, die Verluste und die Kosten der Batterie.Furthermore, a multiplicity of applications, in particular in electromobility, can frequently require the output of AC voltages which are conventionally generated by PWM modulation of the DC voltage emitted by the battery and subsequent low-pass filter methods. However, these additional steps require additional electronic circuitry, increasing the weight, loss, and cost of the battery.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 110 410 A1 offenbart ein modulares Energiespeicher-Direktumrichtersystem, welches zum Erzeugen einer Ausgangsspannung eine Vielzahl von Transistoren zum Verschalten der jeweiligen Batteriezellen verwendet, sodass eine beliebige Verschaltung der Batteriezellen erreicht werden kann. Durch dynamisches Verschalten der Batterien können ebenfalls Wechselspannungen erzeugt werden. Durch galvanisches Isolieren der Batteriezellen mit den Schaltern können bestimmte Batteriezellen beliebig geladen und entladen werden.The disclosure DE 10 2014 110 410 A1 discloses a modular energy storage direct converter system which uses a plurality of transistors to connect the respective battery cells to generate an output voltage, so that any connection of the battery cells can be achieved. Alternating voltages can also be generated by dynamically interconnecting the batteries. By galvanically isolating the battery cells with the switches, certain battery cells can be charged and discharged as desired.

Eine hohe Menge an elektronischen Komponenten, wie Transistoren bzw. Schaltern, erhöht jedoch das Volumen, das Gewicht und die Kosten der Batterie.However, a large amount of electronic components, such as transistors or switches, increases the volume, weight and cost of the battery.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGGENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Batterieschaltung bereitzustellen, welche mit einer verringerten Anzahl an Schaltern betrieben und zum Erzeugen oder Aufnehmen einer vorgegebenen Spannungskurve verwendet werden kann, während gleichzeitig eine Beschränkung der Funktionalität der Batteriezellen durch Herstellungstoleranzen eingeschränkt ist.The invention is therefore based on the object of providing a battery circuit which can be operated with a reduced number of switches and used to generate or record a predetermined voltage curve, while at the same time limiting the functionality of the battery cells by manufacturing tolerances.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Batterieschaltung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.The object of the invention is achieved by a battery circuit and a method according to the independent claims. The dependent claims relate to preferred embodiments of the invention.

In einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Batterieschaltung, welche ein erstes und ein zweites Multiplexer-Batteriemodul umfasst. Das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul umfassen jeweils einen Batteriestrang mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, einen ersten und einen zweiten Anschluss, und eine Mehrzahl von modulinternen Schaltern zum Abgreifen eines Potentials entlang des Batteriestrangs. Das erste bzw. zweite Multiplexer-Batteriemodul ist eingerichtet, durch Schalten von zwei Schaltern der modulinternen Schalter eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss zu erzeugen. Die Batterieschaltung umfasst eine Steuerungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine abweichende Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle des ersten Multiplexer-Batteriemoduls durch selektives gegenpoliges In-Reihe-Schalten von Batteriezellen des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls auszugleichen.In a first aspect, the invention relates to a battery circuit which comprises a first and a second multiplexer battery module. The first and the second multiplexer battery module each comprise a battery string with a plurality of battery cells connected in series, a first and a second connection, and a plurality of module-internal switches for tapping a potential along the battery string. The first or second multiplexer battery module is set up to generate a voltage difference between the first and the second connection by switching two switches of the module-internal switches. The battery circuit comprises a control unit which is set up to compensate for a different amount of charge in a different battery cell of the first multiplexer battery module by selectively connecting the battery cells of the first and the second multiplexer battery module in opposite polarity.

In der Batterieschaltung gemäß dem ersten Aspekt kann die Anzahl an verwendeten Schaltern effektiv verringert werden, indem die Batteriezellen zu Modulen paketiert werden, welche in Reihe geschaltete Batteriezellen aufweisen. Eine Teilspannung der Summenspannung der Batteriezellen eines Batteriemoduls kann durch Abgreifen des Potentials entlang des Batteriestrangs erhalten werden.In the battery circuit according to the first aspect, the number of switches used can be effectively reduced by packaging the battery cells into modules which have battery cells connected in series. A partial voltage of the total voltage of the battery cells Battery module can be obtained by tapping the potential along the battery string.

Bei abweichender Ladung in einer der Batteriezellen können das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul gegenpolig in Reihe geschaltet werden, sodass die abweichende Ladung von den Batteriezellen des jeweils anderen Multiplexer-Batteriemoduls kompensiert werden kann. Somit werden keine Schalter zum galvanischen Trennen der Batteriezellen eines Batteriestrangs benötigt. Da selbst optimale Schalter einen bestimmten Widerstand besitzen, kann ein solcher Verzicht auf galvanische Trennung der Batteriezellen eines Batteriestrangs nicht nur eine Verringerung der Kosten und des Gewichts der Batterieschaltung erlauben, sondern auch die mögliche Energieausbeute erhöhen.If the charge in one of the battery cells is different, the first and the second multiplexer battery module can be connected in series with opposite polarity, so that the different charge can be compensated for by the battery cells of the other multiplexer battery module. Thus, no switches are required for the galvanic isolation of the battery cells of a battery string. Since even optimal switches have a certain resistance, such a waiver of galvanic isolation of the battery cells of a battery string can not only allow a reduction in the cost and weight of the battery circuit, but also increase the possible energy yield.

Ein Multiplexer-Batteriemodul umfasst vorzugsweise mindestens 3 Batteriezellen, oder mindestens 4 Batteriezellen.A multiplexer battery module preferably comprises at least 3 battery cells, or at least 4 battery cells.

In einigen Ausführungsformen ist die Anzahl an Batteriezellen in einem Multiplexer-Batteriemodul so eingerichtet, dass eine Summenspannung des Batteriestrangs des Multiplexer-Batteriemoduls bei vollständiger Ladung der Batteriezellen kleiner als 50 V ist, insbesondere zwischen 40 und 50 V. Beispielsweise kann ein Multiplexer-Batteriemodul 4 oder 12 Batteriezellen umfassen.In some embodiments, the number of battery cells in a multiplexer battery module is set up such that a total voltage of the battery string of the multiplexer battery module when the battery cells are fully charged is less than 50 V, in particular between 40 and 50 V. For example, a multiplexer battery module 4 or 12 Include battery cells.

Die abweichende Ladung der abweichenden Batteriezelle kann ein Ladungswert sein, welcher von dem durchschnittlichen Ladungswert der Batteriezellen des Batteriestrangs abweicht. Ein Ausgleich der Ladung kann durchgeführt werden, wenn die abweichende Ladung einen Schwellwert überschreitet. Die abweichende Ladung kann aus dem Ladungsabfluss aus dem Multiplexer-Batteriemodul ermittelt oder kann durch geeignete Mittel zur Strom- bzw. Ladungsmessung bestimmt werden.The deviating charge of the deviating battery cell can be a charge value which deviates from the average charge value of the battery cells of the battery string. The charge can be balanced if the different charge exceeds a threshold value. The deviating charge can be determined from the charge outflow from the multiplexer battery module or can be determined by suitable means for measuring current or charge.

Die modulinternen Schalter können beliebige elektrische bzw. elektronische Elemente sein, welche zumindest eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Schalteranschluss steuern können. Vorzugsweise kann der Widerstand der elektrischen Verbindung über ein elektrisches Signal an den modulinternen Schalter eingestellt werden, sodass in einem ersten Schaltzustand der Widerstand hoch ist und in einem zweiten Schaltzustand der Widerstand niedrig ist. Die modulinternen Schalter können beispielsweise Halbleitertransistoren sein, wobei ein elektrisches Signal an einem dritten Schalteranschluss des modulinternen Schalters den Widerstand einer elektrischen Verbindung zwischen den ersten und zweiten Schaltanschlüssen des Schalters steuert.The module-internal switches can be any electrical or electronic elements that can control at least one electrical connection between a first and a second switch connection. The resistance of the electrical connection can preferably be set via an electrical signal to the module-internal switch, so that the resistance is high in a first switching state and the resistance is low in a second switching state. The module-internal switches can be, for example, semiconductor transistors, an electrical signal at a third switch connection of the module-internal switch controlling the resistance of an electrical connection between the first and second switching connections of the switch.

Dementsprechend soll galvanische Trennung im Folgenden derart verstanden werden, dass die galvanische Trennung ebenfalls einer elektronischen Trennung entsprechen kann, so dass ein Widerstand zwischen den Schalteranschlüssen im Zustand der galvanischen Trennung (nicht verbunden) gegenüber einem leitenden Zustand (verbunden) wesentlich erhöht ist.Accordingly, galvanic isolation is to be understood in the following in such a way that the galvanic isolation can also correspond to an electronic isolation, so that a resistance between the switch connections in the state of the galvanic isolation (not connected) compared to a conductive state (connected) is significantly increased.

In einigen Ausführungsformen ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, eine Zellenkapazität der Batteriezellen in den Multiplexer-Batteriemodulen zu registrieren und eine abweichende Batteriezelle mit abweichender Ladungsmenge von den anderen Batteriezellen in dem Batteriestrang der Multiplexer-Batteriemodule zu ermitteln.In some embodiments, the control unit is set up to register a cell capacity of the battery cells in the multiplexer battery modules and to determine a different battery cell with a different charge amount from the other battery cells in the battery string of the multiplexer battery modules.

Dazu kann die Steuerungseinheit geeignete Mittel aufweisen, welche es erlauben, den Ladungsabfluss aus einem Multiplexer-Batteriemodul bzw. die jeweilige Zellenspannung in einem Multiplexer-Batteriemodul zu detektieren und die Kapazität der Batteriezelle entsprechend zu bestimmen.For this purpose, the control unit can have suitable means which allow the charge discharge from a multiplexer battery module or the respective cell voltage in a multiplexer battery module to be detected and the capacity of the battery cell to be determined accordingly.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes der Multiplexer-Batteriemodule eine erste Potentialabgriffsleitung und eine zweite Potentialabgriffsleitung, welche jeweils mit dem ersten und dem zweiten Anschluss des Multiplexer-Batteriemoduls verbunden sind, und die Schalter des Multiplexer-Batteriemoduls verbinden jeweils die erste und die zweite Potentialabgriffsleitung mit Potentialabgriffen entlang des Batteriestrangs.In a preferred embodiment, each of the multiplexer battery modules comprises a first potential tap line and a second potential tap line, which are each connected to the first and second connection of the multiplexer battery module, and the switches of the multiplexer battery module each connect the first and the second potential tap line to Potential taps along the battery string.

Wenn sowohl die erste Potentialabgriffsleitung als auch die zweite Potentialabgriffsleitung jeweils mit einem Schalter mit einem Potentialabgriff entlang des Batteriestrangs verbunden werden, so ergibt sich an den Anschlüssen eine ausgegebene Spannung, welche der Zellenspannung der Batteriezellen zwischen den Potentialabgriffen entspricht. Auf diese Weise können Teilspannungen des Batteriestrangs an den Anschlüssen abgegriffen werden.If both the first potential tap line and the second potential tap line are each connected to a switch with a potential tap along the battery string, the result is a voltage output at the connections which corresponds to the cell voltage of the battery cells between the potential taps. In this way, partial voltages of the battery string can be tapped at the connections.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an den Enden und jeweils zwischen benachbarten Batteriezellen des Batteriestrangs ein Potentialabgriff angeordnet.In a preferred embodiment, a potential tap is arranged at the ends and in each case between adjacent battery cells of the battery string.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder der Potentialabgriffe des Batteriestrangs über jeweils einen Schalter mit der ersten Potentialabgriffsleitung und mit der zweiten Potentialabgriffsleitung verbunden.In a preferred embodiment, each of the potential taps of the battery string is connected via a switch to the first potential tap line and to the second potential tap line.

Wenn an jedem der Potentialabgriffe des Batteriestrangs jeweils zwei Schalter angeordnet sind, welche den Potentialabgriff mit der ersten bzw. zweiten Potentialabgriffsleitung verbinden können, dann kann eine beliebige Teilspannung und Polungsrichtung von jeweils benachbarten und in Reihe geschalteten Batteriezellen des Batteriestrangs abgegeben werden.If two switches are arranged on each of the potential taps of the battery string, which can connect the potential tap to the first or second potential tap line, then any partial voltage and Direction of polarity from adjacent and series-connected battery cells of the battery string are released.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss ein Mehrfaches der Zellenspannung der Batteriezellen des Batteriestrangs.In a preferred embodiment, the voltage difference between the first and the second connection is a multiple of the cell voltage of the battery cells of the battery string.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen benachbarten Batteriezellen eines Batteriestrangs kein Schalter zum galvanischen Trennen der benachbarten Batteriezellen angeordnet.In a preferred embodiment, no switch for galvanically isolating the adjacent battery cells is arranged between adjacent battery cells of a battery string.

Wenn kein Schalter zum galvanischen Trennen der benachbarten Batteriezellen vorhanden ist, kann eine Energieausbeute aus dem Multiplexer-Batteriemodul erhöht werden.If there is no switch for galvanically isolating the neighboring battery cells, an energy yield from the multiplexer battery module can be increased.

In einigen Ausführungsformen ist eine Anzahl von Schaltern der modulinternen Schalter zum galvanischen Trennen der benachbarten Batteriezellen kleiner oder gleich einem Drittel der Anzahl der Batteriezellen des Batteriestrangs.In some embodiments, a number of switches of the module-internal switches for galvanically isolating the adjacent battery cells is less than or equal to one third of the number of battery cells in the battery string.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Batterieschaltung eingerichtet, den zweiten Anschluss des ersten Multiplexer-Batteriemoduls mit dem ersten Anschluss des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls zumindest zum Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge zu verbinden, und die Steuerungseinheit ist eingerichtet, zum Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge durch Schalten von zwei Schaltern des ersten Multiplexer-Batteriemoduls eine Spannungsdifferenz mit einer ersten Polungsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des ersten Multiplexer-Batteriemoduls zu erzeugen, wobei die Spannungsdifferenz eine Zellenspannung der abweichenden Batteriezelle umfasst, und durch Schalten von zwei Schaltern des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls eine Spannungsdifferenz mit einer zweiten entgegengesetzten Polungsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls zu erzeugen.In a preferred embodiment, the battery circuit is set up to connect the second connection of the first multiplexer battery module to the first connection of the second multiplexer battery module at least to compensate for the different amount of charge, and the control unit is set up to compensate for the different amount of charge by switching two Switches of the first multiplexer battery module to generate a voltage difference with a first polarity direction between the first and the second connection of the first multiplexer battery module, the voltage difference comprising a cell voltage of the different battery cell, and by switching two switches of the second multiplexer battery module a voltage difference with a second opposite polarity direction between the first and the second terminal of the second multiplexer battery module.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die modulinternen Schalter zeitabhängig derart zu steuern, dass eine periodische Spannungsmodulation zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der Multiplexer-Batteriemodule erzeugt wird.In a preferred embodiment, the control unit is set up to control the module-internal switches in a time-dependent manner such that periodic voltage modulation is generated between the first and the second connection of the multiplexer battery modules.

Die Multiplexer-Batteriemodule können durch zeitabhängiges Schalten der modulinternen Schalter beliebige Spannungsprofile erzeugen, wobei die Spannungswerte ein Vielfaches der Zellenspannung einer Batteriezelle sind.The multiplexer battery modules can generate any voltage profiles by time-dependent switching of the module-internal switches, the voltage values being a multiple of the cell voltage of a battery cell.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsmodulation eine AC-Spannung.In a preferred embodiment, the voltage modulation is an AC voltage.

Die Erzeugung einer AC-Spannung kann zum Betreiben eines Elektromotors verwendet werden. Die direkte Erzeugung einer Wechselspannung auf Modulebene kann die Anforderung an zusätzliche Leistungselektronik senken. Dabei hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund der annähernd sinusförmigen erzeugten Spannung die mittig liegenden Batteriezellen stärker belastet werden können als die am äußeren Rand des Batteriestrangs liegenden Batteriezellen.The generation of an AC voltage can be used to operate an electric motor. The direct generation of an alternating voltage at the module level can lower the requirement for additional power electronics. It has been shown, however, that due to the approximately sinusoidal generated voltage, the battery cells located in the center can be subjected to greater loads than the battery cells located on the outer edge of the battery string.

Durch gegenpoliges In-Reihe-Schalten des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls kann eine abweichende Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle ausgeglichen werden. Somit kann die von der verringerten Schalteranzahl herrührende Reduzierung der Freiheitsgrade in den in Reihe geschalteten Batteriezellen durch dynamische Verschaltung der Multiplexer-Batteriemodule adressiert werden.By connecting the first and the second multiplexer battery module in opposite poles, a different amount of charge of a different battery cell can be compensated. The reduction in the degrees of freedom in the battery cells connected in series due to the reduced number of switches can thus be addressed by dynamic interconnection of the multiplexer battery modules.

Analog zu der Spannungsmodulation beim Erzeugen einer AC-Spannung kann in einigen Ausführungsformen auch die Aufnahme von Energie bzw. Ladung von den Batteriezellen durch die Schaltermatrix gesteuert werden. Dazu kann entsprechend der an den Anschlüssen anliegenden Ladespannung die Anzahl an ausgewählten Batteriezellen des Batteriestrangs synchron zu der Frequenz einer AC-Ladespannung moduliert werden. Zur Aufnahme von Ladung können Multiplexer-Batteriemodule der Batterieschaltung parallel und/oder in Reihe geschaltet werden, sodass eine vorgegebene Ladespannung zum Laden der Batteriezellen verwendet werden kann.Analogous to the voltage modulation when generating an AC voltage, the switch matrix can also control the absorption of energy or charge from the battery cells in some embodiments. For this purpose, the number of selected battery cells of the battery string can be modulated synchronously with the frequency of an AC charging voltage in accordance with the charging voltage applied to the connections. To take charge, multiplexer battery modules of the battery circuit can be connected in parallel and / or in series, so that a predetermined charging voltage can be used to charge the battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen der Multiplexer-Batteriemodule während der Erzeugung der Spannungsmodulation durchgeführt.In a preferred embodiment, the charge equalization between the battery cells of the multiplexer battery modules is carried out during the generation of the voltage modulation.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die abweichende Batteriezelle gegenpolig zu dem zweiten Batteriemodul in Reihe zu schalten, wenn eine vorgegebene Ausgangsspannung für das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul in einem Zeitabschnitt der Spannungsmodulation kleiner als eine Summenspannung der Batteriezellen des Batteriestrangs des zweiten Batteriemoduls ist.In a preferred embodiment, the control unit is set up to connect the deviating battery cell in series with the opposite polarity to the second battery module if a predetermined output voltage for the first and the second multiplexer battery module is less than a total voltage of the battery cells of the battery string in a period of the voltage modulation second battery module.

Somit kann während einer Aufnahme bzw. Abgabe von Ladung durch das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul ein dynamischer Ladungsausgleich zwischen ausgewählten Batteriezellen der jeweiligen Multiplexer-Batteriemodule durchgeführt werden.A dynamic charge equalization between selected battery cells of the respective multiplexer battery modules can thus be carried out while the first and second multiplexer battery modules are receiving or delivering charge.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Batteriemodule mindestens einen Überbrückungsschalter, welcher dazu eingerichtet ist, mindestens eine der Batteriezellen kurzzuschließen. In a preferred embodiment, the battery modules comprise at least one bypass switch, which is set up to short-circuit at least one of the battery cells.

Der Überbrückungsschalter kann bei einer Fehlfunktion einer Batteriezelle eines Batteriestrangs dazu verwendet werden, eine fehlerhafte Batteriezelle zu überbrücken. Dem Überbrückungsschalter kann ein minimaler Widerstand zugeordnet sein, sodass eine verbleibende Ladung in der überbrücken Batteriezelle abfließen kann, ohne das Multiplexer-Batteriemodul zu beschädigen.The bypass switch can be used to bridge a faulty battery cell in the event of a battery cell malfunction. A minimal resistance can be assigned to the bridging switch, so that a remaining charge can flow away in the bridged battery cell without damaging the multiplexer battery module.

In einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern eines ersten und eines zweiten Multiplexer-Batteriemoduls. Das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul umfassen jeweils einen Batteriestrang mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, einen ersten und einen zweiten Anschluss und eine Mehrzahl von modulinternen Schaltern zum Potentialabgriff entlang des Batteriestrangs. Das erste bzw. zweite Multiplexer-Batteriemodul ist eingerichtet, durch Schalten von zwei Schaltern der modulinternen Schalter eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Ausgleichen einer abweichenden Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle des ersten Multiplexer-Batteriemoduls durch selektives gegenpoliges In-Reihe-Schalten von Batteriezellen des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls.In a second aspect, the invention relates to a method for controlling a first and a second multiplexer battery module. The first and the second multiplexer battery module each comprise a battery string with a plurality of battery cells connected in series, a first and a second connection and a plurality of module-internal switches for potential tapping along the battery string. The first or second multiplexer battery module is set up to generate a voltage difference between the first and the second connection by switching two switches of the module-internal switches. The method comprises equalizing a different amount of charge in a different battery cell of the first multiplexer battery module by selectively switching the opposite polarity of the battery cells of the first and second multiplexer battery modules.

In einigen Ausführungsformen bezieht sich das Verfahren auf eine Batterieschaltung gemäß dem ersten Aspekt und kann dazu dienen, deren Ausführungsformen zu steuern und/oder die Funktionalität der Ausführungsformen zu implementieren.In some embodiments, the method relates to a battery circuit according to the first aspect and can serve to control its embodiments and / or to implement the functionality of the embodiments.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner zeitabhängiges Steuern der modulinternen Schalter, um eine periodische Spannungsmodulation zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der Multiplexer-Batteriemodule zu erzeugen.In a preferred embodiment, the method further comprises time-dependent control of the module-internal switches in order to generate a periodic voltage modulation between the first and the second connection of the multiplexer battery modules.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge zwischen den Batteriezellen der Multiplexer-Batteriemodule während der Erzeugung der Spannungsmodulation durchgeführt.In a preferred embodiment, the balancing of the different amount of charge between the battery cells of the multiplexer battery modules is carried out during the generation of the voltage modulation.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das gegenpolige In-Reihe-Schalten der abweichenden Batteriezelle des ersten Multiplexer-Batteriemoduls zu dem zweiten Batteriemodul, wenn eine vorgegebene Ausgangsspannung für das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul in einem Zeitabschnitt der Spannungsmodulation kleiner als die Summenspannung der Batteriezellen des Batteriestrangs des zweiten Batteriemoduls ist.In a preferred embodiment, the method further comprises connecting the different battery cell of the first multiplexer battery module to the second battery module in opposite polarity if a predetermined output voltage for the first and the second multiplexer battery module is less than the total voltage in a period of the voltage modulation the battery cells of the battery string of the second battery module.

Figurenlistelist of figures

Die erfindungsgemäßen Eigenschaften und die verschiedenen Vorteile der Batterieschaltungen und Steuerungsverfahren erschließen sich am besten aus einer detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:

  • 1 ein Beispiel eines Batteriemoduls darstellt;
  • 2 ein Beispiel eines umgepolten Batteriemoduls illustriert;
  • 3A-D vier Schaltungsmöglichkeiten eines Batteriemoduls zur Ausgabe einer einfachen Zellenspannung gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
  • 4A-C drei Schaltungsmöglichkeiten eines Batteriemoduls zur Ausgabe einer doppelten Zellenspannung gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
  • 5A, B zwei Schaltungsmöglichkeiten eines Batteriemoduls zur Ausgabe einer dreifachen Zellenspannung gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
  • 6A, B exemplarische Strom- bzw. Spannungskurven zur Veranschaulichung eines Ladevorgangs eines Batteriemoduls mit einer AC-Spannung veranschaulicht;
  • 7A-C eine schematische Entwicklung des Ladezustands von Batteriezellen eines Batteriestrangs bei einem unkorrigierten Ladeverfahren mit einer AC-Spannungsquelle gemäß einem Beispiel darstellt;
  • 8 eine Schalterstellung zum Ausgleich einer abweichenden Ladungsmenge in einer Batteriezelle in einer Batterieschaltung mit zwei Multiplexer-Batteriemodulen gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
  • 9 ein Multiplexer-Batteriemodul mit einer Überbrückungsschaltung gemäß einem Beispiel zeigt; und
  • 10 ein beispielhaftes Multiplexer-Batteriemodul zeigt, welches zum modulinternen Ladungsausgleich mit einem DC-DC Wandler verbunden ist.
  • 11 eine beispielhafte Verschaltungsmöglichkeit für erfindungsgemäße Multiplexer-Batteriemodule veranschaulicht.
  • 12 eine Verschaltung von mehreren Multiplexer-Batteriemodulen zum Erzeugen einer dreiphasigen AC-Spannung gemäß einem Beispiel veranschaulicht.
The properties according to the invention and the various advantages of the battery circuits and control methods can best be derived from a detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 illustrates an example of a battery module;
  • 2 illustrates an example of a reversed battery module;
  • 3A-D illustrates four circuit options of a battery module for outputting a simple cell voltage according to an example;
  • 4A-C illustrates three circuit possibilities of a battery module for outputting a double cell voltage according to an example;
  • 5A, B two circuit options of a battery module for outputting a triple cell voltage illustrated according to an example;
  • 6A, B exemplary current or voltage curves for illustrating a charging process of a battery module with an AC voltage;
  • 7A-C a schematic development of the state of charge of battery cells of a battery string in an uncorrected charging method with an AC voltage source according to an example;
  • 8th a switch position to compensate for a different amount of charge in a battery cell in a battery circuit with two multiplexer battery modules according to an example;
  • 9 Figure 4 shows a multiplexer battery module with a bypass circuit according to an example; and
  • 10 shows an exemplary multiplexer battery module which is connected to a DC-DC converter for internal charge equalization.
  • 11 illustrates an exemplary connection possibility for multiplexer battery modules according to the invention.
  • 12 illustrates an interconnection of multiple multiplexer battery modules for generating a three-phase AC voltage according to an example.

1 zeigt ein Beispiel eines Multiplexer-Batteriemoduls 10. Das Multiplexer-Batteriemodul 10 umfasst einen Batteriestrang 12, welcher vier in Reihe geschaltete Batteriezellen 14a, 14b, 14c, 14d umfasst, eine erste Potentialabgriffsleitung 16 und eine zweite Potentialabgriffsleitung 18. Zwischen den Batteriezellen 14a, 14b, 14c, 14d sind Potentialabgriffe Po bis P4 angeordnet, welche über modulinterne Schalter So, S1, S2, S3, S4 einer Schaltermatrix 20 selektiv mit der ersten und/oder der zweiten Potentialabgriffsleitung 16, 18 verbunden werden können. 1 shows an example of a multiplexer battery module 10 , The multiplexer battery module 10 includes a battery string 12 , which has four battery cells connected in series 14a . 14b . 14c . 14d comprises a first potential tap line 16 and a second potential tap line 18 , Between the battery cells 14a . 14b . 14c . 14d are taps po to P4 arranged, which via module-internal switches So . S1 . S2 . S3 . S4 a switch matrix 20 selectively with the first and / or the second potential tap line 16 . 18 can be connected.

Die Potentialabgriffe Po und P4 sind an den jeweiligen Enden des Batteriestrangs 12 angeordnet. Die Potentialabgriffe P1 bis P3 liegen zwischen benachbarten Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12. Durch entsprechendes Schalten der Schalter So-S4, welche mit den Potentialabgriffen P0-P4 verbunden sind, kann somit eine Spannung einer Auswahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d ausgewählt werden.The potential taps po and P4 are at the respective ends of the battery string 12 arranged. The potential taps P1 to P3 lie between neighboring battery cells 14a -14d of the battery string 12 , By switching the switches So- S4 which with the potential taps P0 - P4 a voltage of a selection of battery cells connected in series can thus be connected 14a - 14d to be selected.

Eine von den Batteriezellen 14a-14d erzeugte Spannungsdifferenz, welche über die Schaltermatrix 20 ausgewählt und an die erste und die zweite Potentialabgriffsleitung 16, 18 weitergegeben wird, kann an einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 24 abgegriffen werden. Somit kann eine ausgewählte Spannung der Batteriezellen 14a-14d des Multiplexer-Batteriemoduls 10 entlang der elektrischen Leitungen 26, 28 bereitgestellt werden.One of the battery cells 14a - 14d generated voltage difference, which over the switch matrix 20 selected and to the first and the second potential tap line 16 . 18 can be passed on to a first connection 22 and a second connector 24 be tapped. Thus, a selected voltage of the battery cells 14a - 14d of the multiplexer battery module 10 along the electrical lines 26 . 28 to be provided.

In dem Beispiel in 1 ist die Schaltermatrix 20 derart eingestellt, dass der Schalter S0 den Potentialabgriff P0 mit der ersten Potentialabgriffsleitung 16 verbindet (Schalterstellung 2), und der Schalter S4 den Potentialabgriff P4 mit der zweiten Potentialabgriffsleitung 18 verbindet (Schalterstellung 1). Die Potentialabgriffe P1 bis P3 sind dabei nicht mit einer Potentialabgriffsleitung 16, 18 verbunden (Schalterstellung „off“). Somit wird zwischen dem ersten und zweiten Anschluss 22, 24 des Batteriemoduls 10 eine Spannungsdifferenz erzeugt, welche der Summenspannung der Batteriezellen 14a bis 14d des Batteriestrangs 12 entspricht.In the example in 1 is the switch matrix 20 set so that the switch S0 the potential tap P0 with the first potential tap line 16 connects (switch position 2 ), and the switch S4 the potential tap P4 with the second potential tap line 18 connects (switch position 1 ). The potential taps P1 to P3 are not with a potential tap 16 . 18 connected (switch position "off"). Thus, between the first and second port 22 . 24 of the battery module 10 generates a voltage difference which is the total voltage of the battery cells 14a to 14d of the battery string 12 equivalent.

Die Schalter S0 bis S4 können jeweils durch zwei Halbleiterschalter implementiert werden, wobei ein erster Halbleiterschalter den jeweiligen Potentialabgriff P0 bis P4 mit der ersten Potentialabgriffsleitung 16 und ein zweiter Halbleiterschalter den jeweiligen Potentialabgriff Po bis P4 mit der zweiten Potentialabgriffsleitung 18 verbindet.The switches S0 to S4 can each be implemented by two semiconductor switches, a first semiconductor switch tapping the respective potential P0 to P4 with the first potential tap line 16 and a second semiconductor switch the respective potential tap po to P4 with the second potential tap line 18 combines.

In einigen Ausführungsformen kann die Summenspannung des Batteriestrangs 12 alternativ auch direkt an den Anschlüssen DC- und DC+ abgegriffen werden.In some embodiments, the sum voltage of the battery string 12 alternatively also directly at the connections DC- and DC + be tapped.

Eine zweite Schalterstellung der Schaltermatrix 20 des Batteriemoduls aus 1 ist in 2 gezeigt. Wie in dem Beispiel zu erkennen, kann eine zu der Spannungsdifferenz der 1 entgegengesetzte Spannungsdifferenz an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 erzeugt werden, indem die Einstellung der Schaltermatrix 20 derart angepasst wird, dass der Schalter So den Potentialabgriff Po mit der zweiten Potentialabgriffsleitung 18 verbindet (Schalterstellung 1) und der Schalter S4 den Potentialabgriff P4 mit der ersten Potentialabgriffsleitung 16 verbindet (Schalterstellung 2).A second switch position of the switch matrix 20 the battery module 1 is in 2 shown. As can be seen in the example, one of the voltage differences of the 1 opposite voltage difference at the first and second terminals 22 . 24 generated by setting the switch matrix 20 is adjusted so that the switch So the potential tap po with the second potential tap line 18 connects (switch position 1 ) and the switch S4 the potential tap P4 with the first potential tap line 16 connects (switch position 2 ).

Somit kann über die Schaltermatrix 20 das Vorzeichen der an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 abgegriffenen Spannungsdifferenz durch Anpassen der Schalterstellung der Schalter S0 und S4 eingestellt werden.Thus, the switch matrix 20 the sign of the at the first and second connections 22 . 24 tapped voltage difference by adjusting the switch position of the switches S0 and S4 can be set.

Weiterhin kann in dem Multiplexer-Batteriemodul 10 aus 1 über die Schaltermatrix 20 die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Anschluss 22, 24 als ein Mehrfaches der Zellenspannung der Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 gesteuert werden.Furthermore, in the multiplexer battery module 10 out 1 via the switch matrix 20 the voltage difference between the first and second connection 22 . 24 as a multiple of the cell voltage of the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 to be controlled.

Die 3A-3D zeigen vier Schaltungsmöglichkeiten, in denen eine Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 erzeugt wird, deren Betrag der Spannung einer Batteriezelle 14a-14d aus dem Batteriestrang 12 entspricht. Dazu wird jeweils an zu einer gegebenen Batteriezelle 14a-14d benachbarten Potentialabgriffen P0-P4 mit den zugehörigen Schaltern S0-S4 eine elektrische Verbindung zu der jeweils ersten und zweiten Potentialabgriffsleitung 16, 18 hergestellt. Die mit der Schaltermatrix 20 ausgewählten Batteriezellen 14a-14d sind dabei in den Figuren schraffiert dargestellt.The 3A-3D show four circuit options in which a voltage difference between the first and second terminals 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 is generated, the amount of the voltage of a battery cell 14a - 14d from the battery string 12 equivalent. To do this, each time to a given battery cell 14a - 14d adjacent taps P0 - P4 with the associated switches S0 - S4 an electrical connection to the respective first and second potential tap line 16 . 18 manufactured. The one with the switch matrix 20 selected battery cells 14a - 14d are hatched in the figures.

Beispielsweise kann in 3A die Zellenspannung einer vierten Batteriezelle 14d des Batteriestrangs 12 an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 abgegriffen werden, indem der Schalter S4 eine elektrische Verbindung zwischen dem Potentialabgriff P4 und der zweiten Potentialabgriffsleitung 18 herstellt und indem der Schalter S3 eine elektrische Verbindung zwischen dem Potentialabgriff P3 und der ersten Potentialabgriffsleitung 16 herstellt. Wie in den Beispielen aus 1 und 2 kann ebenfalls die Polarität der Spannungsdifferenz an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 umgekehrt werden.For example, in 3A the cell voltage of a fourth battery cell 14d of the battery string 12 on the first and second connections 22 . 24 can be tapped by the switch S4 an electrical connection between the potential tap P4 and the second potential tap line 18 manufactures and by the switch S3 an electrical connection between the potential tap P3 and the first potential tap line 16 manufactures. As in the examples 1 and 2 can also change the polarity of the voltage difference at the first and second terminals 22 . 24 be reversed.

Die 4A-4C zeigen drei Schaltungsmöglichkeiten der Schaltermatrix 20, um eine Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 zu erzeugen, die der doppelten Zellenspannung einer Batteriezelle 14a-14d des Batteriestrangs 12 entspricht. Dazu werden jeweils zwei benachbarte Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 ausgewählt und die Potentialabgriffe P0-P4 an den Enden des ausgewählten Paars von Batteriezellen 14a-14d jeweils über die Schaltermatrix 20 mit der ersten und zweiten Potentialabgriffsleitung 16, 18 verbunden.The 4A-4C show three switching options of the switch matrix 20 to a Voltage difference between the first and second connections 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 to generate double the cell voltage of a battery cell 14a - 14d of the battery string 12 equivalent. To do this, two adjacent battery cells 14a -14d of the battery string 12 selected and the potential taps P0 - P4 at the ends of the selected pair of battery cells 14a - 14d each via the switch matrix 20 with the first and second potential tap lines 16 . 18 connected.

Die 5A und 5B zeigen zwei Schaltungsmöglichkeiten in dem Batteriestrang 12, um eine Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 zu erzeugen, die der dreifachen Zellenspannung einer Batteriezelle 14a-14d des Batteriestrangs 12 entspricht. Dazu werden jeweils 3 benachbarte Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 ausgewählt und die Potentialabgriffe P0-P4 an den Enden des ausgewählten Triplets von Batteriezellen 14a-14d jeweils über die Schaltermatrix 20 mit der ersten und zweiten Potentialabgriffsleitung 16, 18 verbunden.The 5A and 5B show two circuit options in the battery string 12 to a voltage difference between the first and second terminals 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 generate three times the cell voltage of a battery cell 14a - 14d of the battery string 12 equivalent. To do this, there are 3 adjacent battery cells 14a - 14d of the battery string 12 selected and the potential taps P0 - P4 at the ends of the selected triplet of battery cells 14a - 14d each via the switch matrix 20 with the first and second potential tap lines 16 . 18 connected.

Folglich kann durch entsprechendes Schalten der Schaltermatrix 20 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 zwischen dem ersten und zweiten Anschluss 22, 24 eine Spannungsdifferenz erzeugt werden, welche einem Vielfachen der Zellenspannung einer Batteriezelle 14a-14d des Batteriestrangs 12 entspricht. Entsprechend der Beispiele aus 1 und 2 kann in dem beispielhaften Multiplexer-Batteriemodul 10 ebenfalls die Polungsrichtung der Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 ausgewählt werden.Consequently, by switching the switch matrix accordingly 20 of the multiplexer battery module 10 between the first and second port 22 . 24 a voltage difference is generated which is a multiple of the cell voltage of a battery cell 14a - 14d of the battery string 12 equivalent. According to the examples 1 and 2 can in the exemplary multiplexer battery module 10 also the polarity direction of the voltage difference between the first and second connections 22 . 24 to be selected.

Dabei ist zu beachten, dass aufgrund der Reihenschaltung in dem beispielhaft in den 1-5B gezeigten Batteriestrang 12 die von der Schaltermatrix 20 ausgewählten Batteriezellen 14a-14d grundsätzlich eine Auswahl von benachbarten Batteriezellen 14a-14d sind, welche gleichzeitig Ladung in dem jeweiligen Schaltzustand abgeben oder aufnehmen.It should be noted that due to the series connection in the example in the 1-5b shown battery string 12 that of the switch matrix 20 selected battery cells 14a - 14d basically a selection of neighboring battery cells 14a - 14d are which simultaneously release or receive charge in the respective switching state.

Die verschiedenen Schaltzustände der Schaltermatrix 20 können zeitabhängig derart gesteuert werden, dass ein zeitabhängiges Spannungsprofil an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 erzeugt werden kann. Das zeitabhängige Spannungsprofil kann dabei aus mehreren Spannungsabschnitten zusammengesetzt sein, wobei jeder Spannungsabschnitt einem bestimmten Vielfachen der Zellenspannung einer Batteriezelle 14a-14d über einen ausgewählten Zeitraum entspricht. Insbesondere kann eine Steuerungseinheit des Multiplexer-Batteriemoduls 10 dazu eingerichtet sein, die modulinternen Schalter 14a-14d zeitabhängig derart zu steuern, dass eine periodische Spannungsmodulation zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 erzeugt wird. Die periodische Spannungsmodulation kann dazu verwendet werden, um eine AC-Spannung an den ersten und zweiten Anschlüssen 20, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 auszugeben oder aufzunehmen.The different switching states of the switch matrix 20 can be controlled in a time-dependent manner in such a way that a time-dependent voltage profile at the first and second connections 22 . 24 can be generated. The time-dependent voltage profile can be composed of several voltage sections, each voltage section being a certain multiple of the cell voltage of a battery cell 14a - 14d over a selected period of time. In particular, a control unit of the multiplexer battery module 10 be set up the module-internal switch 14a - 14d to be controlled as a function of time in such a way that periodic voltage modulation between the first and the second connection 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 is produced. The periodic voltage modulation can be used to apply an AC voltage to the first and second terminals 20 . 24 of the multiplexer battery module 10 to issue or record.

Im Folgenden wird das Prinzip der Steuerung einer Batterieschaltung anhand eines Beispiels eines Ladevorgangs mit einer AC-Spannung illustriert. Gleichermaßen kann ein erfindungsgemäßes Multiplexer-Batteriemodul 10 jedoch auch zum Ausgeben einer AC-Spannung verwendet werden und die im Folgenden veranschaulichten Schaltungstechniken können gleichermaßen vorteilhaft angewandt werden.The principle of controlling a battery circuit is illustrated below using an example of a charging process with an AC voltage. Likewise, a multiplexer battery module according to the invention 10 however, can also be used to output an AC voltage and the circuit techniques illustrated below can equally be used to advantage.

6A zeigt eine schematische Auftragung eines Spannungsverlaufs UP an den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 und eines Verlaufs eines AC-Ladestroms IP gegen die Zeit t während eines Ladevorgangs des Multiplexer-Batteriemoduls 10 mit einer vorgegebenen Frequenz des AC-Ladestroms IP für einen Zeitraum, welcher einer halben Periode der vorgegebenen Frequenz entspricht. Wie in 6A zu erkennen, kann die Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 entsprechend der Frequenz des AC-Ladestroms IP moduliert werden, um die Energieaufnahme des Multiplexer-Batteriemoduls 10 zu begünstigen. 6A shows a schematic plot of a voltage curve U P on the first and second connections 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 and a course of an AC charging current I P against time t during a charging process of the multiplexer battery module 10 with a predetermined frequency of the AC charging current I P for a period that corresponds to half a period of the predetermined frequency. As in 6A can recognize the voltage difference between the first and second terminals 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 according to the frequency of the AC charging current I P be modulated to the energy consumption of the multiplexer battery module 10 to favor.

Dazu wird in einem ersten Zeitabschnitt t1 mit der Schaltermatrix 20 eine erste Batteriezelle 14a-14d des Batteriestrangs 12 wie in den Beispielen aus 3A-3D ausgewählt, sodass in dem ersten Zeitabschnitt t1 die erste Batteriezelle 14a-14d geladen wird. In einem zweiten Zeitabschnitt t2 wird ein Paar von Batteriezellen 14a-14d wie in den Beispielen aus 4A-4C ausgewählt, sodass in dem zweiten Zeitabschnitt t2 eine Ladungsmenge auf das ausgewählte Paar von Batteriezellen 14a-14d übertragen wird. In einem dritten Zeitabschnitt t3 wird ein Triplet von in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 wie in den Beispielen aus 5A, 5B ausgewählt, sodass in dem dritten Zeitabschnitt t3 das ausgewählte Triplet geladen wird. In dem vierten Zeitabschnitt wird der gesamte Batteriestrang 12 geladen.This will be done in a first period t1 with the switch matrix 20 a first battery cell 14a - 14d of the battery string 12 as in the examples 3A-3D selected so that in the first period t1 the first battery cell 14a - 14d is loaded. In a second period t2 becomes a pair of battery cells 14a - 14d as in the examples 4A-4C selected so that in the second period t2 an amount of charge on the selected pair of battery cells 14a - 14d is transmitted. In a third period t3 becomes a triplet of battery cells connected in series 14a - 14d of the battery string 12 as in the examples 5A . 5B selected so that in the third period t3 the selected triplet is loaded. In the fourth period, the entire battery string 12 loaded.

Eine vollständige Periode einer AC-Spannung kann erhalten werden, indem die für die Zeitabschnitte t1-t4 beschriebene Schaltungsfolge umgekehrt angewandt wird, um eine erste halbe Periode der AC-Spannung zu erhalten, und anschließend die zuvor erzeugte erste halbe Periode mit entgegengesetzten Polungsrichtung des Multiplexer-Batteriemoduls 10 wiederholt wird. Die Amplitude der AC-Spannung, welche von einem Multiplexer-Batteriemodul 10 erzeugt wird, entspricht dabei der Summenspannung der Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12. Die Frequenz der AC-Spannung kann von der Schaltermatrix 20 geregelt werden.A full period of an AC voltage can be obtained by looking for the periods t1 - t4 circuit sequence described is applied in reverse to obtain a first half period of the AC voltage, and then the previously generated first half period with opposite polarity direction of the multiplexer battery module 10 is repeated. The amplitude of the AC voltage generated by a multiplexer battery module 10 is generated corresponds to the Total voltage of the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 , The frequency of the AC voltage can vary from the switch matrix 20 be managed.

Wie in den 3A-5B zu erkennen, gibt es in dem beispielhaft gezeigten Multiplexer-Batteriemodule 10 vier Möglichkeiten, eine einzelne Batteriezelle 14a-14d zu laden (1Cell), drei Möglichkeiten, ein Paar von in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d zu laden (2Cell), und zwei Möglichkeiten, ein Triplet von in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d zu laden (3Cell).As in the 3A-5B to recognize, there are in the multiplexer battery modules shown as an example 10 four ways, a single battery cell 14a - 14d to charge (1Cell), three ways, a pair of battery cells connected in series 14a - 14d to charge (2Cell), and two possibilities, a triplet of battery cells connected in series 14a - 14d to load (3Cell).

Indem geeignete Batteriezellen 14a-14d ausgewählt werden, kann grundsätzlich die aufgenommene Ladung über den Batteriestrang 12 verteilt werden.By using suitable battery cells 14a - 14d can be selected, the charge taken up via the battery string 12 be distributed.

In 6B wird die aufgenommene Ladung in den jeweiligen Schaltungskonfigurationen (1Cell, 2Cell, 3Cell, 4Cell) anhand der Fläche unter der zugehörigen Stromkurve (i1Cell , i2Cell , i3Cell , i4Cell ) veranschaulicht. Aus der Auftragung der Stromflächen ist dabei erkennbar, dass ein Ladungsübertrag pro Batteriezelle 14a-14d in der Konfiguration mit einer einzelnen Batteriezelle 14a, 14d (iCell) aufgrund der höheren Steigung der Stromkurve gegenüber Konfigurationen mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d verringert sein kann.In 6B the charge absorbed in the respective circuit configurations (1Cell, 2Cell, 3Cell, 4Cell) is based on the area under the associated current curve ( i 1 Cell . i 2Cell . i 3Cell . i 4Cell ) illustrates. From the plot of the current areas it can be seen that one charge transfer per battery cell 14a - 14d in the configuration with a single battery cell 14a . 14d (iCell) due to the higher slope of the current curve compared to configurations with multiple battery cells connected in series 14a - 14d can be reduced.

In diesen Konfigurationen mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d wird jedoch, im Falle von in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d eines Batteriestrangs 12, unter anderem Ladung auf mittig liegende Batteriezellen 14b, 14c übertragen.In these configurations with multiple battery cells connected in series 14a - 14d however, in the case of battery cells connected in series 14a - 14d of a battery string 12 , among other things, charging on centrally located battery cells 14b . 14c transfer.

Wenn in dem Zeitabschnitt t1, in welchem eine geringe Spannungsdifferenz an den Anschlüssen 22, 24 anliegt, jeweils eine außenliegende Batteriezelle 14a, 14d geladen (entladen) wird, kann diese erhöhte Ladungsaufnahme (Beanspruchung) der mittig gelegenen Batteriezellen 14b, 14c teilweise kompensiert werden. Da jedoch die aufgenommene/abgegebene Ladungsmenge in dem Zeitabschnitt ti gegenüber den Zeitabschnitten t2-t4 verringert ist, kann in einigen Ausführungsformen kein vollständiger Ladungsausgleich bei durchgängiger Ladung der Batteriezellen 14a-14d erreicht werden. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn eine maximale Spannung an den Anschlüssen 22, 24 des Multiplexer-Batteriemoduls 10 während des Ladevorgangs nahe bei der maximalen Summenspannung des Batteriestrangs 12 liegt.If in the period t1 , in which a slight voltage difference at the connections 22 . 24 is present, each an external battery cell 14a . 14d is charged (discharged), this increased charge absorption (stress) of the centrally located battery cells 14b . 14c partially compensated. However, since the amount of charge charged / discharged in the time period ti compared to the time periods t2 - t4 is reduced, in some embodiments, full charge balancing cannot be achieved with continuous charging of the battery cells 14a - 14d can be achieved. This can be the case in particular if there is a maximum voltage at the connections 22 . 24 of the multiplexer battery module 10 during the charging process close to the maximum total voltage of the battery string 12 lies.

Die 7A-7C veranschaulichen die abweichende Ladungsentwicklung in den Batteriezellen 14a-14d eines Batteriestrangs 12. In 7A ist die Ladungsmenge in den Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 ausgeglichen. In 7B wurden die Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 mit einer AC-Spannung gemäß dem Schaubild aus 6 geladen, sodass die mittig liegenden Batteriezellen 14b, 14c eine erhöhte Ladungsmenge aufgenommen haben. In 7C sind die Batteriezellen 14b, 14c beinahe vollständig geladen, während die außenliegenden Batteriezellen 14a, 14d eine niedrigere aufgenommene Ladungsmenge aufweisen. Wenn anschließend eine DC-Spannung von dem Multiplexer-Batteriemodul 10 abgegeben wird, dann tritt eine vollständige Entladung der außenliegenden Batteriezellen 14a, 14d früher auf als eine Entladung der mittig liegenden Batteriezellen 14b, 14c. Die zusätzliche Ladung in den mittig liegenden Batteriezellen 14b, 14c kann somit nicht effizient genutzt werden.The 7A-7C illustrate the deviating charge development in the battery cells 14a - 14d of a battery string 12 , In 7A is the amount of charge in the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 balanced. In 7B became the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 with an AC voltage according to the diagram 6 charged so that the battery cells in the middle 14b . 14c have absorbed an increased amount of charge. In 7C are the battery cells 14b . 14c almost fully charged while the external battery cells 14a . 14d have a lower amount of charge absorbed. Then when a DC voltage from the multiplexer battery module 10 is discharged, then a complete discharge of the external battery cells occurs 14a . 14d earlier than a discharge of the battery cells in the middle 14b . 14c , The additional charge in the central battery cells 14b . 14c cannot be used efficiently.

8 zeigt eine beispielhafte Schaltungsmöglichkeit, um eine derartige ungleiche Ladungsverteilung in den Batteriezellen 14a-14d während der Abgabe oder der Aufnahme von elektrischer Ladung durch eine Batterieschaltung 8 zu kompensieren. 8th shows an exemplary circuit possibility to such an uneven charge distribution in the battery cells 14a - 14d during the delivery or ingestion of electrical charge by a battery circuit 8th to compensate.

Dazu wird der erste Anschluss 22a eines ersten Multiplexer-Batteriemoduls 10a mit dem zweiten Anschluss 24b eines zweiten Multiplexer-Batteriemoduls 10b verbunden. Anschließend werden die Batteriezellen 14a-14d der verbundenen Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b gegenpolig in Reihe geschaltet, wobei in dem zweiten Multiplexer-Batteriemodul 10b eine außenliegende Batteriezelle 14a mit einer ersten Polungsrichtung ausgewählt wird, während in dem ersten Multiplexer-Batteriemodul 10a der gesamte Batteriestrang 12 mit der entgegengesetzten Polungsrichtung ausgewählt wird.This is the first connection 22a of a first multiplexer battery module 10a with the second connector 24b a second multiplexer battery module 10b connected. Then the battery cells 14a - 14d the connected multiplexer battery modules 10a . 10b connected in reverse polarity, in the second multiplexer battery module 10b an external battery cell 14a with a first polarity direction is selected while in the first multiplexer battery module 10a the entire battery string 12 with the opposite polarity direction is selected.

Somit wird zwischen dem ersten Anschluss 22b des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls 10b und dem zweiten Anschluss 24a des ersten Multiplexer-Batteriemoduls 10a eine Spannungsdifferenz erzeugt, welche der Summenspannung von drei Batteriezellen 14a-14d der Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b entspricht. Gleichzeitig kann, während einer Abgabe oder Aufnahme von Ladung durch die Batterieschaltung 8, eine Ladungsmenge zwischen den ersten und zweiten Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10b übertragen werden.Thus, between the first connection 22b of the second multiplexer battery module 10b and the second connector 24a of the first multiplexer battery module 10a generates a voltage difference which is the total voltage of three battery cells 14a - 14d of the multiplexer battery modules 10a . 10b equivalent. At the same time, while the battery circuit is delivering or picking up charge 8th , an amount of charge between the first and second multiplexer battery modules 10a . 10b be transmitted.

Die Schalterstellung der Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b kann durch eine Steuerungseinheit (nicht gezeigt) der Batterieschaltung 8 gesteuert werden. Damit kann während einer Spannungsmodulation, welche während einer Abgabe oder einer Aufnahme von einer Ladungsmenge durch die Batterieschaltung 8 zwischen dem ersten Anschluss 22b des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls 10b und dem zweiten Anschluss 24a des ersten Multiplexer-Batteriemoduls 10a vorgegeben oder angelegt ist, ein dynamischer Ausgleich der Ladungsmenge in den Batteriezellen 14a-14d der Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b durchgeführt werden.The switch position of the multiplexer battery modules 10a . 10b can by a control unit (not shown) of the battery circuit 8th to be controlled. Thus, during a voltage modulation, which occurs during the delivery or ingestion of a quantity of charge by the battery circuit 8th between the first port 22b of the second multiplexer battery module 10b and the second connector 24a of the first multiplexer battery module 10a is specified or applied, a dynamic compensation of the amount of charge in the battery cells 14a - 14d of the multiplexer battery modules 10a . 10b be performed.

Die Steuerungseinheit kann dabei eingerichtet sein, eine abweichende Batteriezelle 14a-14d, wie eine außenliegende Batteriezelle 14a-14d, des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls 10b gegenpolig zu dem ersten Multiplexer-Batteriemodul 10a in Reihe zu schalten, wenn eine vorgegebene Ausgangsspannung für das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul 10a, 10b in einem Zeitabschnitt der Spannungsmodulation kleiner als eine Summenspannung der Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 des ersten Batteriemoduls 10a ist. The control unit can be set up to be a different battery cell 14a - 14d , like an external battery cell 14a - 14d , the second multiplexer battery module 10b opposite to the first multiplexer battery module 10a to be connected in series when a predetermined output voltage for the first and the second multiplexer battery module 10a . 10b in a period of the voltage modulation less than a total voltage of the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 of the first battery module 10a is.

Somit kann ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen 14a-14d im Betrieb der Batterieschaltung 8 erreicht werden, ohne dass dazu die Aufnahme bzw. Abgabe von Ladung unterbrochen werden muss. Gleichzeitig kann die Anzahl benötigten Schaltern S0-S4 durch die Verwendung des in 8 beispielhaft aufgezeigten Ladungsausgleichsverfahren reduziert werden. Insbesondere kann bei einer Anzahl N von Batteriezellen 14a-14d eines Batteriestrangs 12 eine Anzahl von (nur) 2N+2 Halbleiterschaltern verwendet werden, um das beispielhafte Multiplexer-Batteriemodul 10 zu implementieren.Thus, a charge balance between the battery cells 14a - 14d in the operation of the battery circuit 8th can be achieved without having to interrupt the picking up or delivery of cargo. At the same time, the number of switches required S0 - S4 by using the in 8th exemplary charge balancing procedures can be reduced. In particular, with a number N of battery cells 14a - 14d of a battery string 12 a number of (only) 2N + 2 semiconductor switches are used to make the exemplary multiplexer battery module 10 to implement.

Um den Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen 14a-14d zu steuern, kann die Steuerungseinheit den Ladungsabfluss bzw. die in den Batteriezellen 14a-14d zur Verfügung stehende Ladung/Energie mit geeigneten Mitteln ermitteln oder anhand der vorgegebenen Schalterstellungen der Schaltermatrix 20 approximieren. Die Steuerungseinheit kann weiterhin diese Verfahren kombinieren, sodass während des Betriebs die Kapazität der Batteriezellen 14a-14d anhand der Schalterstellung der Schaltermatrix 20 approximiert wird und die Kapazität regelmäßig, oder wenn eine Last der Batterieschaltung 8 reduziert ist, mit geeigneten Mitteln ermitteln. Beispielsweise kann die Kapazität der Batteriezellen 14a-14d anhand einer gemessenen Zellenspannung ermittelt und durch Integration des Ladungsabflusses (Stroms) approximiert werden.To balance the charge between the battery cells 14a - 14d to control, the control unit can charge discharge or in the battery cells 14a - 14d determine available charge / energy with suitable means or based on the specified switch positions of the switch matrix 20 approximate. The control unit can further combine these methods, so that the capacity of the battery cells during operation 14a - 14d based on the switch position of the switch matrix 20 is approximated and the capacity regularly, or when a load of the battery circuit 8th is reduced, determine with suitable means. For example, the capacity of the battery cells 14a - 14d determined using a measured cell voltage and approximated by integrating the charge discharge (current).

9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Multiplexer-Batteriemodul 10, welches zusätzlich einen Überbrückungsschalter/Bypass 30 aufweist, um eine Batteriezelle 14c des Batteriestrangs 12 kurzzuschließen. Im Betrieb der Batterieschaltung 8 können einzelne Batteriezellen 14a-14d eines Multiplexer-Batteriemoduls 10 ausfallen. Im Falle eines Kurzschluss durch die ausgefallene Batteriezelle 14c kann das Batteriemodul 10 weiterhin mit Rücksichtnahme auf die verringerte Summenspannung des Batteriestrangs 12 verwendet werden. Im Falle eines stark erhöhten Widerstands der ausgefallenen Batteriezelle 14c können jedoch hohe Verluste in dem Multiplexer-Batteriemodul 10 auftreten. In diesem Fall kann die ausgefallene Batteriezelle 14c des Batteriestrangs 12 kurzgeschlossen werden, sodass ausschließlich der Widerstand des für den Bypass 30 verwendeten Schalters anfällt. Ein solcher Überbrückungsschalter 30 kann mit einem Halbleiterschalter implementiert werden, welcher die Potentialabgriffe P2 und P3 an den jeweiligen Polen der ausgefallenen Batteriezelle 14c verbindet. Der Überbrückungsschalter 30 kann es somit erlauben, Fehlfunktionen einzelner Batteriezellen 14a-14d zu kompensieren. 9 shows another exemplary multiplexer battery module 10 , which also has a bypass switch 30 has to a battery cell 14c of the battery string 12 short-circuit. In operation of the battery circuit 8th can single battery cells 14a - 14d a multiplexer battery module 10 fail. In the event of a short circuit due to the failed battery cell 14c can the battery module 10 still taking into account the reduced total voltage of the battery string 12 be used. In the event of a greatly increased resistance of the failed battery cell 14c however, there may be high losses in the multiplexer battery module 10 occur. In this case, the failed battery cell 14c of the battery string 12 short-circuited, so that only the resistance of the bypass 30 used switch occurs. Such a bypass switch 30 can be implemented with a semiconductor switch, which taps the potential P2 and P3 at the respective poles of the failed battery cell 14c combines. The bypass switch 30 can thus allow malfunctions of individual battery cells 14a - 14d to compensate.

10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Multiplexer-Batteriemoduls 10, in welchem zum Ausgleich einer ungleichen Ladungsverteilung in den Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 ein DC-DC Wandler 32 bereitgestellt wird. Der DC-DC Wandler 32 kann an einer ersten Seite N1 mit den jeweiligen Enden des Batteriestrangs 12 und an einer zweiten Seite N2 mit der ersten und der zweiten Potentialabgriffsleitung 16, 18 verbunden werden. 10 shows another example of a multiplexer battery module 10 , in which to compensate for an uneven charge distribution in the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 a DC-DC converter 32 provided. The DC-DC converter 32 can on a first page N1 with the respective ends of the battery string 12 and on a second side N2 with the first and the second potential tap line 16 . 18 get connected.

Bei einer abweichenden Ladungsmenge in einer der Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 oder in mehreren benachbarten, in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d des Batteriestrangs 12 können die Batteriezellen 14a-14d mit der abweichenden Ladungsmenge über die Schaltermatrix 20 ausgewählt werden, sodass ein erstes Ende der ausgewählten, in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d mit der ersten Potentialabgriffsleitung 16 und ein zweites Ende der ausgewählten, in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d mit der zweiten Potentialabgriffsleitung 18 verbunden wird. Die abweichende Ladungsmenge in den ausgewählten, in Reihe geschalteten Batteriezellen 14a-14d kann anschließend über den DC-DC Wandler 32 modulintern ausgeglichen werden.If there is a different amount of charge in one of the battery cells 14a - 14d of the battery string 12 or in several neighboring battery cells connected in series 14a -14d of the battery string 12 can the battery cells 14a - 14d with the different amount of charge via the switch matrix 20 are selected so that a first end of the selected battery cells connected in series 14a - 14d with the first potential tap line 16 and a second end of the selected series-connected battery cells 14a - 14d with the second potential tap line 18 is connected. The different amount of charge in the selected battery cells connected in series 14a -14d can then via the DC-DC converter 32 be compensated internally.

In einigen Ausführungsformen wird eine Verbindung des DC-DC Wandlers 32 mit den ersten und zweiten Potentialabgriffsleitungen 16, 18 bzw. dem Batteriestrang 12 über Schalter bereitgestellt. Dies kann erlauben, dass ein DC-DC Wandler 32 zum modulinternen Ausgleich einer abweichenden Ladungsmenge einer Batteriezelle 14a-14d in einer Mehrzahl von Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10b verwendet werden kann. Somit kann eine kostengünstige Batterieschaltung 8 erhalten werden.In some embodiments, a connection of the DC-DC converter 32 with the first and second potential tap lines 16 . 18 or the battery string 12 provided via switches. This can allow a DC-DC converter 32 for internal compensation of a different amount of charge in a battery cell 14a - 14d in a plurality of multiplexer battery modules 10a . 10b can be used. Thus, an inexpensive battery circuit 8th be preserved.

11 veranschaulicht eine beispielhafte Verschaltungsmöglichkeit für erfindungsgemäße Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b. Dabei können die jeweiligen Enden DC- und DC+ eines Batteriestrangs 12 von zwei Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10b über einen Schalter SDC2 verbunden werden. Dadurch kann, wenn die Ausgabe einer DC-Spannung vorgegeben ist, welche der Summenspannung der Batteriezellen 14a bis 14d eines Multiplexer-Batteriemoduls 10a, 10b entspricht, die Anzahl an zusätzlich in Reihe geschalteten Schaltern bei der Ausgabe einer DC-Spannung reduziert werden. 11 illustrates an exemplary connection possibility for multiplexer battery modules according to the invention 10a . 10b , The respective ends DC- and DC + of a battery string 12 of two multiplexer battery modules 10a . 10b can be connected via a switch S DC2 . As a result, if the output of a DC voltage is predetermined, that of the total voltage of the battery cells 14a to 14d a multiplexer battery module 10a . 10b corresponds, the number of additional switches connected in series can be reduced when a DC voltage is output.

Die Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b können über einen weiteren Schalter SAC2 zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 24b, 22a der jeweiligen Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b in Reihe geschaltet werden, sodass auch eine Ausgabe einer AC-Spannung alternativ oder gleichzeitig zu der Ausgabe der DC-Spannung erfolgen kann. The multiplexer battery modules 10a . 10b can via a further switch S AC2 between the first and second connections 24b . 22a of the respective multiplexer battery modules 10a . 10b are connected in series so that an AC voltage can also be output alternatively or simultaneously with the output of the DC voltage.

Grundsätzlich können in der Batterieschaltung 8 eine Vielzahl von Verschaltungsmöglichkeiten von Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10b gegeben sein, welche beispielsweise durch modulexterne Schalter dynamisch eingestellt werden können. Zum Beispiel können Batteriemodule galvanisch, kapazitiv, transformatorisch, induktiv, usw. gekoppelt werden. Die Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b können dabei parallel und/oder in Reihe geschaltet werden, um die Batterieschaltung 8 an eine vorgegebene Ausgabespannung bzw. aufgenommene Spannung anzupassen.Basically, in the battery circuit 8th a variety of wiring options for multiplexer battery modules 10a . 10b be given, which can be set dynamically, for example, by external switches. For example, battery modules can be coupled galvanically, capacitively, transformatively, inductively, etc. The multiplexer battery modules 10a . 10b can be connected in parallel and / or in series to the battery circuit 8th to adapt to a given output voltage or absorbed voltage.

12 veranschaulicht eine Verschaltung von mehreren Multiplexer-Batteriemodulen 10a-10f zum Erzeugen einer dreiphasigen AC-Spannung. In der beispielhaften Schaltung ist ein erstes Multiplexer-Batteriemodul 10a mit einem zweiten Multiplexer-Batteriemodul 10b in Reihe geschaltet, wobei ein erster Anschluss 22 des ersten Multiplexer-Batteriemoduls 10a mit einem zweiten Anschluss 24 des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls 10b verbunden ist. Weiterhin ist ein drittes Multiplexer-Batteriemodul 10c mit einem vierten Multiplexer-Batteriemodul 10d in Reihe geschaltet, wobei ein erster Anschluss 22 des dritten Multiplexer-Batteriemoduls 10c mit einem zweiten Anschluss 24 des vierten Multiplexer-Batteriemoduls 10d verbunden ist. Zusätzlich ist ein fünftes Multiplexer-Batteriemodul 10e mit einem sechsten Multiplexer-Batteriemodul 10f in Reihe geschaltet, wobei ein erster Anschluss 22 des fünften Multiplexer-Batteriemoduls 10e mit einem zweiten Anschluss 24 des sechsten Multiplexer-Batteriemoduls 10f verbunden ist. 12 illustrates an interconnection of several multiplexer battery modules 10a -10f to generate a three-phase AC voltage. In the exemplary circuit is a first multiplexer battery module 10a with a second multiplexer battery module 10b connected in series, with a first connection 22 of the first multiplexer battery module 10a with a second connector 24 of the second multiplexer battery module 10b connected is. There is also a third multiplexer battery module 10c with a fourth multiplexer battery module 10d connected in series, with a first connection 22 of the third multiplexer battery module 10c with a second connector 24 of the fourth multiplexer battery module 10d connected is. In addition, there is a fifth multiplexer battery module 10e with a sixth multiplexer battery module 10f connected in series, with a first connection 22 of the fifth multiplexer battery module 10e with a second connector 24 of the sixth multiplexer battery module 10f connected is.

Die ersten Anschlüsse 22 des zweiten, vierten und sechsten Multiplexer-Batteriemoduls 10b, 10d, 10f sind jeweils mit einem Massepotenzial G verbunden. Dann können an den zweiten Anschlüssen 24 des ersten, dritten und fünften Multiplexer-Batteriemoduls 10a, 10c, 10e jeweils die Spannungsphasen U, V, W abgegriffen werden. Durch entsprechendes Schalten der modulinternen Schalter der jeweiligen Multiplexer-Batteriemodule 10a-10f kann somit eine dreiphasige AC-Spannung mit den Phasen U, V, W ohne zusätzliche Leistungselektronik bereitgestellt werden.The first connections 22 of the second, fourth and sixth multiplexer battery module 10b . 10d . 10f are each with a ground potential G connected. Then you can on the second connections 24 of the first, third and fifth multiplexer battery modules 10a . 10c . 10e each the voltage phases U . V . W be tapped. By correspondingly switching the module-internal switches of the respective multiplexer battery modules 10a - 10f can therefore be a three-phase AC voltage with the phases U . V . W can be provided without additional power electronics.

Grundsätzlich können in der Batterieschaltung 8 eine beliebige Anzahl von in Reihe geschalteten Multiplexer-Batteriemodulen 10a-10f in drei parallelen Strängen von Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10f bereitgestellt werden, sodass eine beliebige Ausgangsspannungsamplitude an den Phasen U, V, W bereitgestellt werden kann. Um eine Leistungsabgabe der Batterieschaltung 8 zu erhöhen, können weitere Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10f parallel geschaltet werden, sodass für eine Phase U, V, W eine Mehrzahl von Strängen von Multiplexer-Batteriemodulen 10a, 10f bereitgestellt werden.Basically, in the battery circuit 8th any number of multiplexer battery modules connected in series 10a - 10f in three parallel strands of multiplexer battery modules 10a . 10f are provided so that any output voltage amplitude on the phases U . V . W can be provided. To output power from the battery circuit 8th can increase further multiplexer battery modules 10a . 10f be connected in parallel so that for one phase U . V . W a plurality of strands of multiplexer battery modules 10a . 10f to be provided.

In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Funktionsweise der Batterieschaltung 8 an einem Beispiel von Multiplexer-Batteriemodulen 10, 10a-f mit jeweils 4 Batteriezellen 14a-14d veranschaulicht. Jedoch ist die Anzahl an Batteriezellen 14a-14d in einem Multiplexer-Batteriemodul 10, 10a-f nicht auf eine Zahl von 4 beschränkt, sondern kann beliebig ausgewählt werden, und die Spannungsgenerierung und der Spannungsausgleich durch die Batterieschaltung 8 kann entsprechend angepasst werden.In the previous description, the operation of the battery circuit 8th using an example of multiplexer battery modules 10 . 10a-f with 4 battery cells each 14a - 14d illustrated. However, the number of battery cells 14a - 14d in a multiplexer battery module 10 . 10a-f not limited to a number of 4, but can be selected arbitrarily, and the voltage generation and the voltage compensation by the battery circuit 8th can be adjusted accordingly.

Vorzugsweise werden die Batteriezellen 14a-14d in einem Multiplexer-Batteriemodul 10a, 10b derart paketiert, dass zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 22, 24 eines Multiplexer-Batteriemoduls 10 eine Spannung von kleiner gleich 50 V erzeugt wird, sodass ein Erfordernis von zusätzlichen Schutzmaßnahmen für die Multiplexer-Batteriemodule 10a, 10b zur Abwendung von gefährlichen Berührungsspannungen verringert werden kann. Beispielsweise können 12 Batteriezellen mit einer maximalen Zellenspannung von ca. 4 V, wie Lithium-Ionen-Batteriezellen, oder 4 Batteriezellen mit einer charakteristischen Zellenspannung von ca. 12 V, wie Bleibatterien, in einem Batteriestrang 12 für ein Multiplexer-Batteriemodul 10 verwendet werden.Preferably the battery cells 14a - 14d in a multiplexer battery module 10a . 10b packaged such that between the first and second ports 22 . 24 a multiplexer battery module 10 a voltage of less than or equal to 50 V is generated, making a requirement for additional protective measures for the multiplexer battery modules 10a . 10b can be reduced to avert dangerous touch voltages. For example, 12 battery cells with a maximum cell voltage of approximately 4 V, such as lithium-ion battery cells, or 4 battery cells with a characteristic cell voltage of approximately 12 V, such as lead batteries, in one battery string 12 for a multiplexer battery module 10 be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

88th
Batterieschaltungbattery circuit
1010
Multiplexer- BatteriemodulMultiplexer battery module
10a-f10a-f
erstes bis sechstes Multiplexer-Batteriemodulfirst to sixth multiplexer battery module
1212
Batteriestrangbattery string
14a-14d14a-14d
Batteriezellenbattery cells
1616
erste Potentialabgriffsleitungfirst potential tap line
1818
zweite Potentialabgriffsleitungsecond potential tap line
2020
Schaltermatrixswitch matrix
22(a, b)22 (a, b)
erster Anschluss (des ersten bzw. zweiten Multiplexer-Batteriemoduls)first connection (of the first or second multiplexer battery module)
24(a, b)24 (a, b)
zweiter Anschluss (des ersten bzw. zweiten Multiplexer-Batteriemoduls)second connection (of the first or second multiplexer battery module)
26, 2826, 28
elektrische Leitungenelectric lines
30 30
Überbrückungsschaltung/Bypass für eine BatteriezelleBridging circuit / bypass for a battery cell
3232
DC-DC WandlerDC-DC converter
S0-S4S0-S4
Schalter der SchaltermatrixSwitch of the switch matrix
P0-P4P0-P4
Potentialabgriffe des BatteriestrangsPotential taps of the battery string
GG
Massepotenzialground potential
U, V, WAND MANY MORE
Spannungsphasenvoltage phases
Ni, N2Ni, N2
erste, zweite Seite des DC-DC Wandlersfirst, second side of the DC-DC converter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014110410 A1 [0005]DE 102014110410 A1 [0005]

Claims (16)

Batterieschaltung (8), welche ein erstes und ein zweites Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) umfasst, wobei das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) jeweils umfassen: - einen Batteriestrang (12) mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (14a-14d), - einen ersten und einen zweiten Anschluss (22, 24), und - eine Mehrzahl von modulinternen Schaltern (S0-S4) zum Abgreifen eines Potentials entlang des Batteriestrangs (12), wobei das erste bzw. zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) eingerichtet ist, durch Schalten von zwei Schaltern (S0-S4) der modulinternen Schalter (S0-S4) eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) zu erzeugen, wobei die Batterieschaltung (8) eine Steuerungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, eine abweichende Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle (14a-14d) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) durch selektives gegenpoliges In-Reihe-Schalten von Batteriezellen (14a-14d) des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) auszugleichen.Battery circuit (8) comprising a first and a second multiplexer battery module (10, 10a, 10b), the first and the second multiplexer battery module (10, 10a, 10b) each comprising: a battery string (12) with a plurality of battery cells (14a-14d) connected in series, - a first and a second connection (22, 24), and - A plurality of module-internal switches (S0-S4) for tapping a potential along the battery string (12), the first and second multiplexer battery module (10, 10a, 10b) being set up by switching two switches (S0-S4 ) to generate a voltage difference between the first and the second connection (22, 24) of the module-internal switch (S0-S4), wherein the battery circuit (8) comprises a control unit, which is set up to charge a different amount of charge of a different battery cell (14a-14d) of the first multiplexer battery module (10, 10a) by selectively connecting the battery cells (14a-14d in series) ) of the first and the second multiplexer battery module (10, 10b). Batterieschaltung (8) nach Anspruch 1, wobei jedes der Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) eine erste Potentialabgriffsleitung (16) und eine zweite Potentialabgriffsleitung (18) umfasst, welche jeweils mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) des Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a, 10b) verbunden sind, und wobei die Schalter (S0-S4) des Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a, 10b) jeweils die erste und die zweite Potentialabgriffsleitung (18) mit Potentialabgriffen (P0-P4) entlang des Batteriestrangs (12) verbinden.Battery circuit (8) after Claim 1 , wherein each of the multiplexer battery modules (10, 10a, 10b) comprises a first potential tap line (16) and a second potential tap line (18), each of which connects to the first and second connection (22, 24) of the multiplexer battery module (10, 10a, 10b), and wherein the switches (S0-S4) of the multiplexer battery module (10, 10a, 10b) each have the first and the second potential tap line (18) with potential taps (P0-P4) along the battery string (12) connect. Batterieschaltung (8) nach Anspruch 2, wobei an Enden und jeweils zwischen benachbarten Batteriezellen (14a-14d) des Batteriestrangs (12) ein Potentialabgriff (P0-P4) angeordnet ist.Battery circuit (8) after Claim 2 , A potential tap (P0-P4) being arranged at the ends and in each case between adjacent battery cells (14a-14d) of the battery string (12). Batterieschaltung (8) nach Anspruch 3, wobei jeder der Potentialabgriffe (P0-P4) des Batteriestrangs (12) über jeweils einen Schalter (S0-S4) mit der ersten Potentialabgriffsleitung (16) und mit der zweiten Potentialabgriffsleitung (18) verbunden ist.Battery circuit (8) after Claim 3 , wherein each of the potential taps (P0-P4) of the battery string (12) is connected via a switch (S0-S4) to the first potential tap line (16) and to the second potential tap line (18). Batterieschaltung (8) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei die Batterieschaltung (8) eingerichtet ist, den zweiten Anschluss (24) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) mit dem ersten Anschluss (22) des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) zumindest zum Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge zu verbinden, und wobei die Steuerungseinheit eingerichtet ist, zum Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge, - durch Schalten von zwei Schaltern (S0-S4) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) eine Spannungsdifferenz mit einer ersten Polungsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 22a, 24, 24a) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) zu erzeugen, wobei die Spannungsdifferenz eine Zellenspannung der abweichenden Batteriezelle (14a-14d) umfasst, und - durch Schalten von zwei Schaltern (S0-S4) des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) eine Spannungsdifferenz mit einer zweiten Polungsrichtung, welche der ersten Polungsrichtung entgegengesetzt ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 22b, 24, 24b) des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) zu erzeugen.Battery circuit (8) according to one of the preceding claims, wherein the battery circuit (8) is set up to connect the second connection (24) of the first multiplexer battery module (10, 10a) to the first connection (22) of the second multiplexer battery module (10, 10b) at least to compensate for the different amount of charge , and the control unit being set up to compensate for the different amount of charge, - By switching two switches (S0-S4) of the first multiplexer battery module (10, 10a), a voltage difference with a first polarization direction between the first and the second connection (22, 22a, 24, 24a) of the first multiplexer battery module (10 , 10a), the voltage difference comprising a cell voltage of the different battery cell (14a-14d), and - By switching two switches (S0-S4) of the second multiplexer battery module (10, 10b), a voltage difference with a second polarization direction, which is opposite to the first polarity direction, between the first and the second connection (22, 22b, 24, 24b ) of the second multiplexer battery module (10, 10b). Batterieschaltung (8) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) ein Mehrfaches der Zellenspannung der Batteriezellen (14a-14d) des Batteriestrangs (12) ist.Battery circuit (8) according to one of the preceding claims, wherein the voltage difference between the first and the second connection (22, 24) is a multiple of the cell voltage of the battery cells (14a-14d) of the battery string (12). Batterieschaltung (8) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, die modulinternen Schalter (S0-S4) zeitabhängig derart zu steuern, dass eine periodische Spannungsmodulation zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) der Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) erzeugt wird.Battery circuit (8) according to one of the preceding claims, wherein the control unit is further configured to control the module-internal switches (S0-S4) in a time-dependent manner such that periodic voltage modulation between the first and the second connection (22, 24) of the multiplexer Battery modules (10, 10a, 10b) is generated. Batterieschaltung (8) nach Anspruch 7, wobei die Spannungsmodulation eine AC-Spannung ist.Battery circuit (8) after Claim 7 , where the voltage modulation is an AC voltage. Batterieschaltung (8) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen (14a-14d) der Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) während der Erzeugung der Spannungsmodulation durchgeführt wird.Battery circuit (8) after Claim 7 or 8th , wherein the charge equalization between the battery cells (14a-14d) of the multiplexer battery modules (10, 10a, 10b) is carried out during the generation of the voltage modulation. Batterieschaltung (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, die abweichende Batteriezelle (14a-14d) gegenpolig zu dem zweiten Multiplexer-Batteriemodul (10, 10b) in Reihe zu schalten, wenn eine vorgegebene Ausgangsspannung für das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) in einem Zeitabschnitt der Spannungsmodulation kleiner als eine Summenspannung der Batteriezellen (14a-14d) des Batteriestrangs (12) des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) ist.Battery circuit (8) according to one of the Claims 7 to 9 , wherein the control unit is set up to connect the different battery cell (14a-14d) in opposite polarity to the second multiplexer battery module (10, 10b) in series if a predetermined output voltage for the first and the second multiplexer battery module (10, 10a , 10b) in a time period of the voltage modulation is less than a total voltage of the battery cells (14a-14d) of the battery string (12) of the second multiplexer battery module (10, 10b). Batterieschaltung (8) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei die Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) mindestens einen Überbrückungsschalter (30) umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, mindestens eine der Batteriezellen (14a-14d) kurzzuschließen.Battery circuit (8) according to one of the preceding claims, wherein the multiplexer battery modules (10, 10a, 10b) comprise at least one bypass switch (30) which is set up to short-circuit at least one of the battery cells (14a-14d). Batterieschaltung (8) nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei zwischen benachbarten Batteriezellen (14a-14d) eines Batteriestrangs (12) kein Schalter (S0-S4) zum galvanischen Trennen der benachbarten Batteriezellen (14a-14d) angeordnet ist, und/oder wobei eine Anzahl von Schaltern (S0-S4) der modulinternen Schalter (S0-S4) zum galvanischen Trennen der benachbarten Batteriezellen (14a-14d) kleiner oder gleich einem Drittel der Anzahl der Batteriezellen (14a-14d) des Batteriestrangs (12) ist.Battery circuit (8) according to any one of the preceding claims, wherein between adjacent battery cells (14a-14d) of a battery string (12) there is no switch (S0-S4) for galvanically isolating the adjacent battery cells (14a-14d), and / or a number of switches (S0-S4) of the module-internal switches ( S0-S4) for the galvanic separation of the adjacent battery cells (14a-14d) is less than or equal to one third of the number of battery cells (14a-14d) of the battery string (12). Verfahren zum Steuern eines ersten und eines zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a, 10b), wobei das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) jeweils umfassen: - einen Batteriestrang (12) mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (14a-14d), - einen ersten und einen zweiten Anschluss (22, 24), und - eine Mehrzahl von modulinternen Schaltern (S0-S4) zum Potentialabgriff (P0-P4) entlang des Batteriestrangs (12), wobei das erste bzw. zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) eingerichtet ist, durch Schalten von zwei Schaltern (S0-S4) der modulinternen Schalter (S0-S4) eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) zu erzeugen, wobei das Verfahren umfasst: - Ausgleichen einer abweichenden Ladungsmenge einer abweichenden Batteriezelle (14a-14d) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) durch selektives gegenpoliges In-Reihe-Schalten von Batteriezellen (14a-14d) des ersten und des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a, 10b).A method of controlling a first and a second multiplexer battery module (10, 10a, 10b), the first and the second multiplexer battery module (10, 10a, 10b) each comprising: a battery string (12) with a plurality of battery cells (14a-14d) connected in series, - a first and a second connection (22, 24), and - a plurality of internal switches (S0-S4) for potential tapping (P0-P4) along the battery string (12), wherein the first and second multiplexer battery modules (10, 10a, 10b) are set up, by switching two switches (S0-S4) of the module-internal switches (S0-S4), a voltage difference between the first and the second connection (22, 24 ) to create, the method comprising: - Compensation of a different amount of charge of a different battery cell (14a-14d) of the first multiplexer battery module (10, 10a) by selectively connecting the opposite polarity of the battery cells (14a-14d) of the first and the second multiplexer battery module (10, 10a , 10b). Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner umfasst: - zeitabhängiges Steuern der modulinternen Schalter (S0-S4), um eine periodische Spannungsmodulation zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (22, 24) der Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) zu erzeugen.Procedure according to Claim 13 The method further comprises: - time-dependent control of the module-internal switches (S0-S4) in order to generate a periodic voltage modulation between the first and the second connection (22, 24) of the multiplexer battery modules (10, 10a, 10b). Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ausgleichen der abweichenden Ladungsmenge zwischen den Batteriezellen (14a-14d) der Multiplexer-Batteriemodule (10, 10a, 10b) während der Erzeugung der Spannungsmodulation durchgeführt wird.Procedure according to Claim 14 , wherein the equalization of the different amount of charge between the battery cells (14a-14d) of the multiplexer battery modules (10, 10a, 10b) is carried out during the generation of the voltage modulation. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Verfahren ferner umfasst: - gegenpoliges In-Reihe-Schalten der abweichende Batteriezelle (14a-14d) des ersten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10a) zu dem zweiten Multiplexer-Batteriemodul (10, 10b), wenn eine vorgegebene Ausgangsspannung für das erste und das zweite Multiplexer-Batteriemodul (10, 10a, 10b) in einem Zeitabschnitt der Spannungsmodulation kleiner als die Summenspannung der Batteriezellen (14a-14d) des Batteriestrangs (12) des zweiten Multiplexer-Batteriemoduls (10, 10b) ist.Procedure according to Claim 14 or 15 , the method further comprising: - connecting the opposite battery cell (14a-14d) of the first multiplexer battery module (10, 10a) to the second multiplexer battery module (10, 10b) in reverse polarity if a predetermined output voltage for the the first and the second multiplexer battery module (10, 10a, 10b) in a time period of the voltage modulation is less than the total voltage of the battery cells (14a-14d) of the battery string (12) of the second multiplexer battery module (10, 10b).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11362525B2 (en) * 2017-12-29 2022-06-14 Lianghuan FENG Full direct-current boost/buck power transmission system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110285352A1 (en) * 2009-01-30 2011-11-24 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Charge Equalization Apparatus for Series-Connected Battery String Using Regulated Voltage Source
DE102010037094A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Hochschule Regensburg Charge equalization circuit for e.g. lithium ion battery cells of vehicle, has connection unit delivering battery cell via direct current/direct current converter selectively either with another battery cell or connecting third cell
US20120256568A1 (en) * 2009-07-02 2012-10-11 Chong Uk Lee Multi-port reconfigurable battery
DE102014110410A1 (en) 2014-07-23 2016-01-28 Universität der Bundeswehr München Modular energy storage direct converter system
US20170149253A1 (en) * 2012-12-28 2017-05-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device control system, power storage system, and electrical appliance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110285352A1 (en) * 2009-01-30 2011-11-24 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Charge Equalization Apparatus for Series-Connected Battery String Using Regulated Voltage Source
US20120256568A1 (en) * 2009-07-02 2012-10-11 Chong Uk Lee Multi-port reconfigurable battery
DE102010037094A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Hochschule Regensburg Charge equalization circuit for e.g. lithium ion battery cells of vehicle, has connection unit delivering battery cell via direct current/direct current converter selectively either with another battery cell or connecting third cell
US20170149253A1 (en) * 2012-12-28 2017-05-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device control system, power storage system, and electrical appliance
DE102014110410A1 (en) 2014-07-23 2016-01-28 Universität der Bundeswehr München Modular energy storage direct converter system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11362525B2 (en) * 2017-12-29 2022-06-14 Lianghuan FENG Full direct-current boost/buck power transmission system and method

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