DE102018221099A1 - Transfer device, method for operating a transfer device and vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umladevorrichtung (1) für eine Batterie, wobei die Batterie eine Reihenschaltung von mindestens zwei Batteriezellen (BT1,..., BT24) umfasst, wobei ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder einer ersten Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) über ein Schaltelement (S1,...,S25) mit einer ersten Verbindungsleitung (BL1) verbindbar ist, wobei ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder der ersten Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) über ein Schaltelement (S1,...,S25) mit einer weiteren Verbindungsleitung (BL2) verbindbar ist, wobei die Umladevorrichtung (1) mindestens einen ersten Umladezweig (2) umfasst, wobei ein erster Anschluss (A1) des Umladezweigs (2) mit der ersten Verbindungsleitung (BL1) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein weiterer Anschluss (A2) des Umladezweigs (2) mit der weiteren Verbindungsleitung (BL2) verbindbar oder verbunden ist, wobei der Umladezweig (2) eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element und mindestens einem induktiven Element umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Umladevorrichtung und ein Fahrzeug mit einer Batterie und einer Umladevorrichtung (1).The invention relates to a recharging device (1) for a battery, the battery comprising a series connection of at least two battery cells (BT1, ..., BT24), a positive pole of each odd battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) and a negative pole of each straight battery cell (BT2, BT4, ..., BT24) of the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) or a first subset of these battery cells (BT1, ..., BT24) via a switching element (S1, ..., S25) can be connected to a first connecting line (BL1), with a positive pole of each even battery cell (BT2, BT4, ..., BT24) and a negative pole of each odd battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) or the first subset of these battery cells (BT1, ..., BT24) can be connected to a further connecting line (BL2) via a switching element (S1, ..., S25), wherein the transfer device (1) comprises at least a first transfer branch (2), a first connection (A1) of the transfer branch (2) can be connected or connected to the first connecting line (BL1), a further connection (A2) of the transfer branch (2) being connectable or connected to the further connecting line (BL2), the transfer branch (2) having a series connection of at least comprises a capacitive element and at least one inductive element, as well as a method for operating a transfer device and a vehicle with a battery and a transfer device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Umladevorrichtung für eine Batterie sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Umladevorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Umladevorrichtung.The invention relates to a recharging device for a battery and a method for operating such a recharging device. The invention further relates to a vehicle with such a transfer device.

Die DE 10 2005 045 107 A1 offenbart ein Ladeverfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Batterien und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.The DE 10 2005 045 107 A1 discloses a charging method for extending the life of batteries and an apparatus for performing the same.

Die DE 10 2017 037 094 A1 offenbart eine Ladungsausgleichsschaltung für eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen sowie ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung des Ladungsausgleichs zwischen solchen Batteriezellen.The DE 10 2017 037 094 A1 discloses a charge balancing circuit for a plurality of battery cells connected in series and a method for predictive control of the charge balancing between such battery cells.

Weiter bekannt ist das Dokument M. Daowd et al. „A review of passive and active battery balancing based on Matlab/Simuling“, International Review of Electrical Engineering, Copyright 2011. Dieses offenbart verschiedene Schaltungstopologien für ein sogenanntes passives und aktives Ausgleichen von Ladungszuständen verschiedener Batteriezellen einer Batterie.The document M. Daowd et al. "A review of passive and active battery balancing based on Matlab / Simuling", International Review of Electrical Engineering, Copyright 2011. This discloses different circuit topologies for a so-called passive and active balancing of charge states of different battery cells of a battery.

Bekannt sind Verfahren zum so genannten aktiven Ladungsausgleich und Verfahren zum so genannten passiven Ladungsausgleich.Methods for so-called active charge equalization and methods for so-called passive charge equalization are known.

Das passive Ausgleichen von Ladungszuständen erzeugt in nachteiliger Weise eine unerwünscht hohe Wärmeenergie, insbesondere da ein zu hoher Ladungszustand über einen Stromfluss über einen Widerstand reduziert wird. Auch wir die nutzbare Kapazität durch die Wärmeenergie, insbesondere um den Betrag der Wärmeenergie, verringert.The passive balancing of charge states disadvantageously generates an undesirably high thermal energy, in particular since an excessively high charge state is reduced via a current flow via a resistor. The usable capacity is also reduced by the thermal energy, in particular by the amount of thermal energy.

Die Schaltungstopologien von sogenannten aktiven Ausgleichsschaltungen umfassen in der Regel eine Vielzahl von Schaltelementen, um zum Ausgleich benötigte Strompfade herzustellen bzw. nicht benötigte Strompfade zu trennen. Es ist wünschenswert, eine Anzahl der benötigten Schaltelemente zu reduzieren.The circuit topologies of so-called active compensation circuits generally include a large number of switching elements in order to produce current paths required for compensation or to separate current paths that are not required. It is desirable to reduce the number of switching elements required.

Weiter ist bekannt, dass beim aktiven Ladungsausgleich hohe Ströme auftreten können, die für die Betriebsfähigkeit der Umladevorrichtung nachteilig sein können.It is also known that high currents can occur during active charge equalization, which can be disadvantageous for the operability of the transfer device.

Es stellt sich daher das technische Problem, eine Umladevorrichtung für eine Batterie, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Umladevorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Umladevorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Gewährleistung der Betriebsfähigkeit der Umladevorrichtung erreichen. Weiter stellt sich das Problem, eine kostengünstige Umladevorrichtung zu schaffen, insbesondere mit einer minimierten Anzahl von Schaltelementen, sowie die während eines Ladungsausgleichs erzeugte Wärmeenergie zu reduzieren.The technical problem therefore arises of creating a transfer device for a battery, a method for operating such a transfer device and a vehicle with such a transfer device, which achieve an improved guarantee of the operability of the transfer device. The problem also arises of creating an inexpensive transfer device, in particular with a minimized number of switching elements, and of reducing the thermal energy generated during charge equalization.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 8 und 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subjects with the features of independent claims 1, 8 and 16. Further advantageous refinements of the invention result from the subclaims.

Vorgeschlagen wird eine Umladevorrichtung für eine Batterie, wobei die Batterie eine Reihenschaltung von mindestens zwei Batteriezellen umfasst. Vorzugsweise umfasst die Batterie eine Reihenschaltung von mehr als zwei Batteriezellen, insbesondere drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder neun oder mehr als neun Batteriezellen. Die Reihenschaltung kann hierbei eine ungerade Anzahl von Batteriezellen oder eine gerade Anzahl von Batteriezellen umfassen.A recharging device for a battery is proposed, the battery comprising a series connection of at least two battery cells. The battery preferably comprises a series connection of more than two battery cells, in particular three, four, five, six, seven, eight or nine or more than nine battery cells. The series connection can comprise an odd number of battery cells or an even number of battery cells.

Die Batterie kann insbesondere ein Fahrzeugbatterie oder einen Teil einer Fahrzeugbatterie ausbilden. Die Fahrzeugbatterie kann insbesondere eine Traktionsbatterie sein, die zur Bereitstellung von Energie für den Betrieb einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs dient.The battery can in particular form a vehicle battery or part of a vehicle battery. The vehicle battery can in particular be a traction battery which is used to provide energy for the operation of an electrical machine for driving the vehicle.

Ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle der Reihenschaltung aller Batteriezellen oder jeder ungeraden Batteriezelle einer Reihenschaltung einer ersten Teilmenge dieser Batteriezellen ist über ein Schaltelement mit einer ersten Verbindungsleitung verbindbar. Eine erste Teilmenge kann hierbei mehrere, aber nicht alle Batteriezellen der Batterie umfassen, wobei die Batteriezellen der ersten Teilmenge jedoch in Reihe geschaltete Batteriezellen sind.A positive pole of each odd battery cell and a negative pole of each even battery cell of the series connection of all battery cells or each odd battery cell of a series connection of a first subset of these battery cells can be connected to a first connecting line via a switching element. A first subset can include several, but not all, battery cells of the battery, the battery cells of the first subset, however, being battery cells connected in series.

Eine ungerade Batteriezelle bezeichnet hierbei eine Batteriezelle mit ungerader Ordnungszahl, wobei die Ordnungszahl die Platzierung der Batteriezelle in der Reihenfolge der in Reihe geschalteten Batteriezellen bezeichnet. Mit anderen Worten dient die Ordnungszahl zur Kennzeichnung der Stelle, an der sich die Batteriezelle innerhalb der Reihe von in Reihe geschalteten Batteriezellen befindet. Eine ungerade Batteriezelle ist z.B. also die erste Batteriezelle der Reihenschaltung, die dritte Batteriezelle der Reihenschaltung, die fünfte Batteriezelle der Reihenschaltung usw. Entsprechend bezeichnet eine gerade Batteriezelle eine Batteriezelle mit einer geraden Ordnungszahl. Eine gerade Batteriezelle ist z.B. die zweite Batteriezelle der Reihenschaltung, die vierte Batteriezelle der Reihenschaltung, die sechste Batteriezelle der Reihenschaltung usw.An odd battery cell here denotes a battery cell with an odd atomic number, the atomic number denoting the placement of the battery cell in the order of the battery cells connected in series. In other words, the atomic number serves to identify the position at which the battery cell is located within the row of battery cells connected in series. An odd battery cell is e.g. that is, the first battery cell of the series circuit, the third battery cell of the series circuit, the fifth battery cell of the series circuit, etc. Accordingly, a straight battery cell denotes a battery cell with an even atomic number. A straight battery cell is e.g. the second battery cell of the series circuit, the fourth battery cell of the series circuit, the sixth battery cell of the series circuit, etc.

Es ist möglich, dass jeder Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle und jeder Minuspol jeder geraden Batteriezelle über jeweils ein Schaltelement mit der ersten Verbindungsleitung verbindbar sind, wobei die Schaltelemente separat voneinander ausgebildet sind. Ist jedoch ein Minuspol einer geraden Batteriezelle mit einem Pluspol einer ungeraden Batteriezelle verbunden, so können diese Pole über ein gemeinsames Schaltelement mit der ersten Verbindungsleitung verbindbar sein. It is possible that each positive pole of each odd battery cell and each negative pole of each even battery cell can be connected to the first connecting line via a respective switching element, the switching elements being formed separately from one another. However, if a negative pole of an even battery cell is connected to a positive pole of an odd battery cell, these poles can be connectable to the first connecting line via a common switching element.

Weiter ist ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle der Reihenschaltung aller Batteriezellen oder jeder geraden Batteriezelle der ersten Teilmenge dieser Batteriezellen über ein Schaltelement mit einer weiteren Verbindungsleitung, also einer zweiten Verbindungsleitung, verbindbar.Furthermore, a positive pole of each even battery cell and a negative pole of each odd battery cell of the series connection of all battery cells or each even battery cell of the first subset of these battery cells can be connected to a further connecting line, that is to say a second connecting line, via a switching element.

Es ist möglich, dass alle Pluspole jeder geraden Batteriezelle und alle Minuspole jeder ungeraden Batteriezelle über separat voneinander ausgebildete Schaltelemente mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar sind. Ist jedoch ein Minuspol einer ungeraden Batteriezelle mit einem Pluspol einer geraden Batteriezelle verbunden, so können diese Pole über ein gemeinsames Schaltelement mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar sein.It is possible that all positive poles of each even battery cell and all negative poles of each odd battery cell can be connected to the further connecting line via switching elements which are formed separately from one another. However, if a negative pole of an odd battery cell is connected to a positive pole of an even battery cell, these poles can be connectable to the further connecting line via a common switching element.

Die Anzahl der Schaltelemente kann hierbei also um Eins größer sein als die Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen.The number of switching elements can thus be one more than the number of battery cells connected in series.

Im Sinne dieser Erfindung bedeutet „verbunden“, dass die miteinander verbundenen Elemente elektrisch verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden, sein können. Eine unmittelbare Verbindung kann eine Verbindung über ein elektrisches Verbindungselement, z.B. eine Leitung, jedoch nicht über ein elektrisches oder elektronisches Bauelement bezeichnen.For the purposes of this invention, “connected” means that the elements connected to one another can be electrically connected, in particular directly connected. A direct connection can be a connection via an electrical connection element, e.g. designate a line, but not via an electrical or electronic component.

Die Umladevorrichtung umfasst hierbei die erläuterten Schaltelemente zur Verbindung der Pole der Batteriezellen mit den entsprechenden Verbindungsleitungen. Ein Schaltelement kann insbesondere als elektronisches Schaltelement, insbesondere als MOSFET oder als IGBT, ausgebildet sein. Weiter umfasst die Vorrichtung die erläuterten Verbindungsleitungen.The recharging device in this case comprises the switching elements explained for connecting the poles of the battery cells to the corresponding connecting lines. A switching element can in particular be designed as an electronic switching element, in particular as a MOSFET or as an IGBT. The device also includes the connection lines explained.

Weiter umfasst die Umladevorrichtung mindestens einen ersten Umladezweig, der auch als erster Umladeabschnitt bezeichnet werden kann. Hierbei ist ein erster Anschluss des Umladezweigs mit der ersten Verbindungsleitung, insbesondere über genau oder mindestens ein Schaltelement, verbindbar oder verbunden, insbesondere dauerhaft verbunden. Weiter ist ein weiterer Anschluss des Umladezweigs mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar, insbesondere über genau ein oder mindestens ein Schaltelement, oder verbunden, insbesondere dauerhaft verbunden.The transfer device further comprises at least one first transfer branch, which can also be referred to as a first transfer section. In this case, a first connection of the recharging branch can be connected or connected to the first connecting line, in particular via exactly or at least one switching element, in particular permanently connected. Furthermore, a further connection of the transfer branch can be connected to the further connecting line, in particular via exactly one or at least one switching element, or connected, in particular permanently connected.

Die erste und die weitere Verbindungsleitung, die auch als zweite Verbindungsleitung bezeichnet werden kann, sind hierbei als voneinander verschiedene Verbindungsleitungen ausgebildet.The first and the further connecting line, which can also be referred to as the second connecting line, are designed here as connecting lines that are different from one another.

Der erste und der weitere Anschluss des Umladezweigs sind voneinander verschiedene Anschlüsse des Umladezweigs. Der Umladezweig kann somit eine Gesamtheit bzw. eine Gesamtschaltung von elektrischen oder elektronischen Bauelementen umfassen, die zwischen dem ersten und dem weiteren Anschluss des Umladezweigs angeordnet ist.The first and the further connection of the transfer branch are mutually different connections of the transfer branch. The transfer branch can thus comprise a whole or an overall circuit of electrical or electronic components, which is arranged between the first and the further connection of the transfer branch.

Es ist möglich, dass der erste Anschluss sowohl mit der ersten Verbindungsleitung als auch mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar ist, insbesondere mittels eines Schaltelements, z.B. mittels eines Wechselschaltelements. Allerdings kann der erste Anschluss nicht gleichzeitig sowohl mit der ersten als auch der weiteren Verbindungsleitung verbunden werden. Mit anderen Worten kann ein mit der ersten und weiteren Verbindungsleitung verbindbarer erster Anschluss in einem ersten Zustand mit der ersten Verbindungsleitung, nicht aber mit der weiteren Verbindungsleitung, und in einem weiteren Zustand mit der weiteren Verbindungsleitung, nicht aber mit der ersten Verbindungsleitung, verbunden sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert ist es aber insbesondere auch möglich, dass der erste Anschluss mit der ersten Verbindungsleitung aber nicht mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar oder verbunden ist. Mit anderen Worten kann dies bedeuten, dass die Umladevorrichtung derart konfiguriert ist, dass keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und der weiteren Verbindungsleitung herstellbar ist.It is possible that the first connection can be connected both to the first connection line and to the further connection line, in particular by means of a switching element, for example by means of a changeover switching element. However, the first connection cannot be connected to both the first and the further connecting line at the same time. In other words, a first connection which can be connected to the first and further connecting lines can be connected in a first state to the first connecting line, but not to the further connecting line, and in a further state to the further connecting line, but not to the first connecting line. As explained in more detail below, however, it is also possible, in particular, for the first connection to be connectable to the first connecting line but not to the further connecting line. In other words This can mean that the recharging device is configured such that no electrical connection can be established between the first connection and the further connecting line.

Entsprechend ist es möglich, dass der weitere Anschluss sowohl mit der ersten Verbindungsleitung als auch mit der weiteren Verbindungsleitung verbindbar ist, insbesondere mittels eines Schaltelements, z.B. mittels eines Wechselschaltelements. Allerdings kann der weitere Anschluss nicht gleichzeitig sowohl mit der ersten als auch der weiteren Verbindungsleitung verbunden werden. Mit anderen Worten kann ein mit der ersten und weiteren Verbindungsleitung verbindbarer weiterer Anschluss in einem ersten Zustand mit der ersten Verbindungsleitung, nicht aber mit der weiteren Verbindungsleitung, und in einem weiteren Zustand mit der weiteren Verbindungsleitung, nicht aber mit der ersten Verbindungsleitung, verbunden sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert ist es aber insbesondere auch möglich, dass der weitere Anschluss mit der weiteren Verbindungsleitung aber nicht mit der ersten Verbindungsleitung verbindbar oder verbunden ist. Mit anderen Worten kann dies bedeuten, dass die Umladevorrichtung derart konfiguriert ist, dass keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und der weiteren Verbindungsleitung herstellbar ist.Accordingly, it is possible for the further connection to be connectable both to the first connecting line and to the further connecting line, in particular by means of a switching element, e.g. by means of a two-way switching element. However, the further connection cannot be connected to both the first and the further connecting line at the same time. In other words, a further connection which can be connected to the first and further connecting lines can be connected in a first state to the first connecting line, but not to the further connecting line, and in a further state to the further connecting line, but not to the first connecting line. As explained in more detail below, however, it is also possible, in particular, for the further connection to be connectable to the further connecting line, but not to the first connecting line. In other words, this can mean that the recharging device is configured such that no electrical connection can be established between the first connection and the further connecting line.

Erfindungsgemäß umfasst der Umladezweig eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element und mindestens einem induktiven Element. Dass der Umladezweig die Reihenschaltung umfasst, kann bedeuten, dass der Umladezweig neben dieser Reihenschaltung auch weitere elektrische oder elektronische Bauelemente umfasst. Ein kapazitives Element kann hierbei insbesondere als Kondensator ausgebildet sein. In induktives Element kann insbesondere als Spule ausgebildet sein. Durch die Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven und mindestens einem induktiven Element wird ein Schwingkreis gebildet.According to the transfer branch comprises a series connection of at least one capacitive element and at least one inductive element. The fact that the transfer branch comprises the series connection can mean that the transfer branch also comprises further electrical or electronic components in addition to this series connection. A capacitive element can in particular be designed as a capacitor. The inductive element can be designed in particular as a coil. A resonant circuit is formed by the series connection of at least one capacitive and at least one inductive element.

Vorzugsweise wird der Umladezweig durch eine solche Reihenschaltung gebildet. In diesem Fall umfasst der Umladezweig also nur die erläuterte Reihenschaltung.The transfer branch is preferably formed by such a series connection. In this case, the transfer branch only includes the series connection explained.

Das kapazitive Element des Umladezweigs kann auch als Umladekondensator bezeichnet werden. Dieses kapazitive Element dient als Zwischenspeicher für elektrische Energie/Ladung während des Ladungsausgleichs. Ein Vorgang für den Ladungsausgleich zwischen verschiedenen Batteriezellen kann hierbei einen Entladevorgang und einen Ladevorgang umfassen.The capacitive element of the recharging branch can also be referred to as a recharging capacitor. This capacitive element serves as an intermediate store for electrical energy / charge during the charge equalization. A process for the charge equalization between different battery cells can include a discharge process and a charging process.

So ist es z.B. möglich, in einem Entladevorgang Ladung aus einer oder aus mehreren Batteriezelle(n) in das kapazitive Element zu transportieren, insbesondere über einen entsprechenden Stromfluss. Nach Beendigung dieses Transports kann dann elektrische Energie/Ladung in einem Ladevorgang aus dem kapazitiven Element des Umladezweigs in eine oder mehrere Batteriezelle(n) transportiert werden, insbesondere ebenfalls über einen entsprechenden Stromfluss. Hierbei ist eine Batteriezelle, aus der elektrische Energie im Entladevorgang in das kapazitive Element des Umladezweigs transportiert wird, vorzugsweise nicht Teil der Batteriezellen, in die im Ladevorgang elektrische Energie/Ladung aus dem kapazitiven Element des Umladezweigs transportiert wird. Vorzugsweise sind alle Batteriezellen, aus denen elektrische Energie/Ladung im Entladevorgang in das kapazitive Element des Umladezweigs transportiert wird, von den Batteriezellen, in die im Ladevorgang elektrische Energie/Ladung aus dem kapazitiven Element des Umladezweigs transportiert wird, verschieden.So it is e.g. possible to transport charge from one or more battery cell (s) into the capacitive element in one discharge process, in particular via a corresponding current flow. After this transport has ended, electrical energy / charge can then be transported in a charging process from the capacitive element of the recharging branch into one or more battery cells, in particular likewise via a corresponding current flow. In this case, a battery cell from which electrical energy is transported in the discharge process into the capacitive element of the transfer branch is preferably not part of the battery cells into which electrical energy / charge is transported from the capacitive element of the charge branch during the charging process. Preferably, all the battery cells from which electrical energy / charge is transported in the discharge process into the capacitive element of the transfer branch are different from the battery cells into which electrical energy / charge is transported from the capacitive element of the transfer branch in the charge process.

Durch das Vorhandensein des induktiven Elements im Umladezweig ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine unerwünscht hohen Ströme während des Entladevorgangs oder des Ladevorgangs auftreten können. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Betriebsfähigkeit der Umladevorrichtung in verbesserter Weise gewährleistet.The presence of the inductive element in the recharging branch advantageously results in the fact that no undesirably high currents can occur during the discharging process or the charging process. This advantageously ensures the operability of the transfer device in an improved manner.

Die Umladevorrichtung kann selbstverständlich mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Schaltelemente, insbesondere zur Einstellung von Schaltzeitpunkten der Schaltelemente, umfassen. Diese Steuereinrichtung kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein oder eine solche umfassen. Eine Recheneinrichtung kann insbesondere als Mikrocontroller oder als integrierte Schaltung, beispielsweise als FPGA, ausgebildet sein.The transfer device can of course include at least one control device for controlling the switching elements, in particular for setting switching times of the switching elements. This control device can be designed as a computing device or comprise such a device. A computing device can in particular be designed as a microcontroller or as an integrated circuit, for example as an FPGA.

Weiter kann die Umladevorrichtung eine Auswerteeinrichtung umfassen. Die Auswerteeinrichtung und die erläuterte Steuereinrichtung können als gemeinsame Einrichtung ausgebildet sein. Auch die Auswerteeinrichtung kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein oder eine solche umfassen. Mittels der Auswerteeinrichtung können nachfolgend noch näher erläuterte Größen ausgewertet werden.The transfer device can further comprise an evaluation device. The evaluation device and the explained control device can be designed as a common device. The evaluation device can also be designed as a computing device or comprise such a device. Using the evaluation device, variables explained in more detail below can be evaluated.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Umladezweig eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element, mindestens einem induktiven Element und mindestens einem resistiven Element. Das resistive Element kann insbesondere als Widerstand ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Umladezweig kein resistives Element umfasst oder enthält. Vorzugsweise wird der Umladezweig durch die erläuterte Reihenschaltung gebildet. In a further embodiment, the recharging branch comprises a series connection of at least one capacitive element, at least one inductive element and at least one resistive element. The resistive element can in particular be designed as a resistor. However, it is also possible that the transfer branch does not comprise or contain a resistive element. The transfer branch is preferably formed by the series connection explained.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Schwingungseigenschaften des durch den Umladezweig gebildeten Schwingkreises angepasst werden können. Insbesondere ermöglicht das Vorsehen eines Widerstands das Einstellen einer Dämpfung eines solchen Schwingkreises und somit von gewünschten elektrischen Eigenschaften des Schwingkreises und somit der Umladevorrichtung.This advantageously results in that the vibration properties of the resonant circuit formed by the transfer branch can be adapted. In particular, the provision of a resistor makes it possible to set a damping of such a resonant circuit and thus of desired electrical properties of the resonant circuit and thus of the transfer device.

In einer weiteren Ausführungsform bilden die Elemente der Reihenschaltung im Umladezweig einen ungedämpften Schwingkreis. Durch das Bilden eines ungedämpften Schwingkreises werden in vorteilhafter Weise ohmsche Verluste während eines Umladevorgangs reduziert. Hierdurch wird weniger Wärmeenergie auf eine Steuerplatine übertragen und es entstehen auch weniger Verluste in Bauelementen einer Steuerelektronik, die daher auch gemäß entsprechend geringerer Anforderungen ausgelegt werden können. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise ein hoher Wirkungsgrad beim Ladungsausgleich, wobei der Wirkungsgrad als Verhältnis zwischen der der/den Batteriezelle(n) des ersten Teilabschnitts im Entladevorgang entnommenen Ladung und der der/den Batteriezelle(n) des weiteren Teilabschnitts im Ladevorgang zugeführten Ladung bezeichnet wird.In a further embodiment, the elements of the series circuit form an undamped resonant circuit in the transfer branch. The formation of an undamped resonant circuit advantageously reduces ohmic losses during a recharging process. As a result, less thermal energy is transferred to a control board and there are also fewer losses in components of control electronics, which can therefore also be designed in accordance with correspondingly lower requirements. Furthermore, there is advantageously a high degree of efficiency in charge balancing, the efficiency being the ratio between the charge removed from the battery cell (s) of the first section during the discharge process and the charge supplied to the battery cell (s) of the further section during the charging process becomes.

Es ist auch möglich, dass die Elemente der Reihenschaltung im Umladezweig einen unterdämpften Schwingkreis bilden. Ein unterdämpfter Schwingkreis bezeichnet hierbei einen Schwingkreis, bei dem Zustandsgrößen, insbesondere ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung, an Anschlüssen des Schwingkreises mehrere Schwingungsvorgänge ausführt, also mehrere Schwingungsperioden durchläuft, wobei eine Amplitude der Schwingungen über die Zeit quantitativ abnimmt und sich einem Endwert nähert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein guter Kompromiss zwischen einem hinreichend hoher Wirkungsgrad beim Ladungsausgleich und ohmschen Verlusten. It is also possible for the elements of the series connection in the transfer branch to form an undamped resonant circuit. An undamped oscillating circuit here designates an oscillating circuit in which state variables, in particular an electrical current and an electrical voltage, carry out several oscillation processes at connections of the oscillating circuit, that is to say they undergo several oscillation periods, an amplitude of the oscillations decreasing quantitatively over time and approaching a final value. This advantageously results in a good compromise between a sufficiently high efficiency in charge balancing and ohmic losses.

Alternativ bilden die Elemente der Reihenschaltung im Umladezweig einen bedämpften Schwingkreis, der auch als gedämpfter Schwingkreis bezeichnet werden kann. Ein bedämpfter Schwingkreis bezeichnet hierbei einen Schwingkreis, bei dem Zustandsgrößen, insbesondere ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung an Anschlüssen des Schwingkreises, genau eine Schwingung bzw. genau eine Halbschwingung ausführt und sich dann einem Endwert ohne weitere Schwingungen nähert.Alternatively, the elements of the series connection form a damped resonant circuit in the recharging branch, which can also be referred to as a damped resonant circuit. A damped oscillating circuit here designates an oscillating circuit in which state variables, in particular an electrical current and an electrical voltage at connections of the oscillating circuit, execute exactly one oscillation or exactly one half oscillation and then approach a final value without further oscillations.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine rechenintensive Auswertung zur Bestimmung eines Schaltzeitpunkts zum Beenden eines Ladezustands notwendig ist, da bei einem bedämpften Schwingkreis ein Strom durch den Umladezweig keinen Nulldurchgang aufweist und somit nicht in unerwünschter Weise im Ladezustand Strom in das kapazitive Element des Umladezweigs zurückfließt. Vielmehr kann der Schaltzeitpunkt zum Beenden des Ladezustands eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Schaltzeitpunkt zum Einstellen des Ladezustand liegen.This advantageously results in the fact that no computationally intensive evaluation is necessary to determine a switching point in time to terminate a state of charge, since in the case of a damped oscillating circuit, a current through the recharging branch does not have a zero crossing and thus does not undesirably have current in the state of charge in the capacitive element of the recharging branch flows back. Rather, the switching time for ending the state of charge can be a predetermined time after the switching time for setting the state of charge.

In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Anschluss des Umladezweigs nicht mit der weiteren Verbindungsleitung und der weitere Anschluss des Umladezweigs nicht mit der ersten Verbindungsleitung verbindbar. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Insbesondere ist es möglich, dass der erste Anschluss dauerhaft mit der ersten Verbindungsleitung verbunden oder mit dieser verbindbar ist und die Umladevorrichtung kein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und der weiteren Verbindungsleitung umfasst. Weiter ist es vorstellbar, dass der weitere Anschluss dauerhaft mit der weiteren Verbindungsleitung verbunden oder mit dieser verbindbar ist und die Umladevorrichtung kein Mittel zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem weiteren Anschluss und der ersten Verbindungsleitung umfasst. Mit anderen Worten kann keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und der weiteren Verbindungsleitung und zwischen dem weiteren Anschluss und der ersten Verbindungsleitung vorhanden oder herstellbar sein. Selbstverständlich ist es aber möglich, eine solche elektrische Verbindung über mindestens ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, insbesondere über eine Batteriezelle oder eine Reihenschaltung von mindestens zwei Batteriezellen herzustellen.In a further embodiment, the first connection of the transfer branch cannot be connected to the further connecting line and the further connection of the transfer branch cannot be connected to the first connecting line. This has already been explained above. In particular, it is possible for the first connection to be permanently connected to the first connection line or to be connectable to it, and for the transfer device not to include any means for establishing an electrical connection between the first connection and the further connection line. Furthermore, it is conceivable that the further connection is permanently connected to the further connection line or can be connected to it, and the transfer device does not include any means for establishing an electrical connection between the further connection and the first connection line. In other words, there can be no direct electrical connection between the first connection and the further connection line and between the further connection and the first connection line. Of course, however, it is possible to establish such an electrical connection via at least one electrical or electronic component, in particular via a battery cell or a series connection of at least two battery cells.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Anzahl von Schaltelementen in der vorgeschlagenen Umladevorrichtung, die zum aktiven Ladungsausgleich dient. Insbesondere werden nämlich keine Schaltelemente zur Verbindung des ersten Anschluss mit der weiteren Verbindungsleitung und zur Verbindung des weiteren Anschluss mit der ersten Verbindungsleitung benötigt. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise die Einsparung von Herstellungskosten sowie die Einsparung von Bauraum bei der Herstellung der Umladevorrichtung.This advantageously results in a reduction in the number of switching elements in the proposed transfer device, which is used for active charge equalization. In particular, no switching elements are required to connect the first connection to the further connecting line and to connect the further connection to the first connecting line. This in turn advantageously enables the saving of manufacturing costs and the saving of installation space in the manufacture of the transfer device.

Ebenfalls wird in vorteilhafter Weise ein Rechenaufwand zur Ansteuerung der Schaltelemente reduziert. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz von im Vergleich zu einer Umladevorrichtung mit mehr Schaltelementen weniger performanten Recheneinrichtung sowie eine weitere Kostenersparnis.Computational effort to control the switching elements is also advantageously reduced. This, in turn, enables the use of computation devices which perform less than a transfer device with more switching elements, and further cost savings.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Batterie eine Reihenschaltung von mindestens vier Batteriezellen. Vorzugsweise umfasst die Batteriezelle eine Reihenschaltung von genau neun oder mehr als neun Batteriezellen. Die entsprechenden Vorteile werden nachfolgend noch näher erläutert.In a further embodiment, the battery comprises a series connection of at least four battery cells. The battery cell preferably comprises a series connection of exactly nine or more than nine battery cells. The corresponding advantages are explained in more detail below.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Umladevorrichtung einen weiteren Umladezweig. Der weitere Umladezweig umfasst eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element und mindestens einem induktiven Element. Es ist auch möglich, dass der weitere Umladezweig eine Reihenschaltung von dem mindestens einen kapazitiven Element, dem mindesten einen induktiven Element und mindestens einem resistiven Element umfasst. Vorzugsweise wird der weitere Umladezweig durch eine der angeführten Reihenschaltungen gebildet. Mit anderen Worten ist der weitere Umladezweig entsprechend dem vorhergehend erläuterten Umladezweig ausgebildet.In a further embodiment, the transfer device comprises a further transfer branch. The further transfer branch comprises a series connection of at least one capacitive element and at least one inductive element. It is also possible for the further transfer branch to comprise a series connection of the at least one capacitive element, the at least one inductive element and at least one resistive element. The further transfer branch is preferably formed by one of the series connections mentioned. In other words, the further transfer branch is designed in accordance with the transfer branch explained above.

Weiter ist ein erster Anschluss des weiteren Umladezweigs mit einer dritten Verbindungsleitung verbindbar, insbesondere über ein Schaltelement, oder verbunden, insbesondere dauerhaft verbunden. Weiter ist ein weiterer Anschluss des weiteren Umladezweigs mit einer vierten Verbindungsleitung verbindbar, insbesondere über ein Schaltelement, oder verbunden, insbesondere dauerhaft verbunden.Furthermore, a first connection of the further transfer branch can be connected to a third connecting line, in particular via a switching element, or connected, in particular permanently connected. Furthermore, a further connection of the further transfer branch can be connected to a fourth connecting line, in particular via a switching element, or connected, in particular permanently connected.

Die dritte und die vierte Verbindungsleitung sind als voneinander verschiedene Verbindungsleitungen ausgebildet. Weiter sind diese Verbindungsleitungen auch von der ersten und der vorhergehend erläuterten zweiten Verbindungsleitung verschieden. Wie bereits bezüglich der ersten und der zweiten Verbindungsleitung erläutert, kann es möglich sein, dass der erste Anschluss des weiteren Umladezweigs nicht mit der vierten Verbindungsleitung verbindbar ist. Ebenfalls kann der weitere Anschluss des weiteren Umladezweigs nicht mit der dritten Verbindungsleitung verbindbar sein. Auch können diese Anschlüsse nicht mit der ersten und der zweiten Verbindungsleitung verbindbar sein. The third and fourth connecting lines are designed as different connecting lines. Furthermore, these connecting lines are also different from the first and the previously explained second connecting line. As already explained with regard to the first and the second connecting line, it may be possible that the first connection of the further transfer branch cannot be connected to the fourth connecting line. Likewise, the further connection of the further transfer branch cannot be connectable to the third connecting line. Also, these connections cannot be connectable to the first and second connecting lines.

Weiter ist ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle aller Batteriezellen oder einer weiteren Teilmenge dieser Batteriezellen über ein Schaltelement mit der dritten Verbindungsleitung verbindbar. Die weitere Teilmenge von Batteriezellen umfasst mehrere, in Reihe geschaltete Batteriezellen der Batterie. Hierbei umfasst die weitere Teilmenge von Batteriezellen jedoch mindestens eine Batteriezelle, die nicht Teil der vorhergehend erläuterten ersten Teilmenge von Batteriezellen ist.Furthermore, a positive pole of each odd battery cell and a negative pole of each even battery cell of all battery cells or a further subset of these battery cells can be connected to the third connecting line via a switching element. The further subset of battery cells comprises several battery cells of the battery connected in series. Here, however, the further subset of battery cells comprises at least one battery cell that is not part of the first subset of battery cells explained above.

Alternativ ist es möglich, dass ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle einer weiteren Batterie über ein Schaltelement mit der dritten Verbindungsleitung verbindbar ist.Alternatively, it is possible that a positive pole of each odd battery cell and a negative pole of each even battery cell of another battery can be connected to the third connecting line via a switching element.

Weiter ist ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle aller Batteriezellen oder der weiteren Teilmenge dieser Batteriezellen über ein Schaltelement mit der vierten Verbindungsleitung verbindbar.Furthermore, a positive pole of each even battery cell and a negative pole of each odd battery cell of all battery cells or the further subset of these battery cells can be connected to the fourth connecting line via a switching element.

Alternativ ist es möglich, dass ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle der weiteren Batterie über ein Schaltelement mit der vierten Verbindungsleitung verbindbar ist.Alternatively, it is possible that a positive pole of each even battery cell and a negative pole of each odd battery cell of the further battery can be connected to the fourth connecting line via a switching element.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Ladungsausgleich über mehrere kapazitive Elemente erfolgen kann. Hierdurch erhöht sich wiederum in vorteilhafter Weise eine Flexibilität der Umladung sowie die Möglichkeit, Schaltelemente mit einer geringeren maximalen Spannungsfestigkeit zu verwenden. Hierdurch können wiederum Kosten bei der Herstellung der Umladevorrichtung gespart werden. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch eine Umladung zwischen Batteriezellen verschiedener Batterien erfolgen kann.This advantageously results in that a charge equalization can take place over several capacitive elements. This in turn advantageously increases the flexibility of the recharging and the possibility of using switching elements with a lower maximum dielectric strength. This in turn saves costs in the manufacture of the transfer device. Furthermore, it advantageously results that a recharge between battery cells of different batteries can also take place.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Umladevorrichtung mindestens ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung einer Spannung über dem kapazitiven Element eines Umladezweigs sowie mindestens ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung einer Spannung über dem induktiven Element eines Umladezweigs.In a further embodiment, the recharging device comprises at least one means for detecting or determining a voltage across the capacitive element of a recharging branch and at least one means for detecting or determining a voltage across the inductive element of a recharging branch.

Das Mittel zur Erfassung kann insbesondere als Spannungssensor ausgebildet sein. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf Spannungssensoren zur Erfassung oder Bestimmung der Spannung beschränkt. Alternativ oder kumulativ können weitere dem Fachmann bekannte Mittel zur Erfassung oder Bestimmung einer solchen Spannung eingesetzt werden. Die Mittel zur Erfassung oder Bestimmung können hierbei daten- und/oder signaltechnisch mit der vorhergehend erläuterten Auswerteeinrichtung verbunden sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine verbesserte Steuerung von Schaltelementen der Umladevorrichtung ermöglicht wird, nämlich eine Steuerung in Abhängigkeit der erfassten oder bestimmten Spannung. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.The means for detection can in particular be designed as a voltage sensor. Of course, however, the invention is not limited to voltage sensors for detecting or determining the voltage. Alternatively or cumulatively, further means known to those skilled in the art can be used to detect or determine such a voltage. The means for detection or determination can be connected in terms of data and / or signal technology to the previously explained evaluation device. This advantageously results in an improved control of switching elements of the recharging device being made possible, namely control depending on the detected or determined voltage. This is explained in more detail below.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb einer Umladevorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Hierbei kann ein Entladezustand eingestellt werden, wobei in dem Entladezustand ein erster Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen mit dem Umladezweig verbunden wird. In diesem Entladezustand kann elektrische Energie/Ladung von der/den Batteriezelle(n) in das mindestens eine kapazitive Element des Umladezweigs transportiert werden. Dies kann auch als Entladevorgang bezeichnet werden. Der Entladezustand kann beispielsweise durch Ansteuerung von entsprechenden Schaltelementen eingestellt werden. In dem Entladezustand kann insbesondere mindestens eine Batteriezelle des ersten Teilabschnitts entladen werden.A method for operating a transfer device according to one of the embodiments described in this disclosure is also proposed. In this case, a discharge state can be set, wherein in the discharge state a first section of the series connection of all battery cells is connected to the recharging branch. In this discharge state, electrical energy / charge can be transported from the battery cell (s) into the at least one capacitive element of the recharging branch. This can also be called an unloading process. The discharge state can be set, for example, by controlling corresponding switching elements. In the discharge state, in particular at least one battery cell of the first section can be discharged.

Der erste Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen umfasst mindestens eine, vorzugsweise jedoch mehrere in Reihe geschaltete, Batteriezelle(n) der Reihenschaltung aller Batteriezellen, weiter vorzugsweise jedoch nicht alle Batteriezellen der Reihenschaltung. Es ist aber auch möglich, dass der erste Teilabschnitt genau eine Batteriezelle umfasst.The first section of the series connection of all battery cells comprises at least one, but preferably several, series-connected battery cell (s) of the series connection of all battery cells, but further preferably not all battery cells of the series connection. However, it is also possible for the first section to comprise exactly one battery cell.

In einem Ladezustand wird ein weiterer Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen mit dem Umladezweig verbunden. Der weitere Teilabschnitt von Batteriezellen umfasst hierbei mindestens eine, vorzugsweise jedoch mehrere in Reihe geschaltete, Batteriezelle(n) der Reihenschaltung aller Batteriezellen. Es ist aber auch möglich, dass der weitere Teilabschnitt genau eine Batteriezelle umfasst.In a charge state, a further section of the series connection of all battery cells is connected to the recharging branch. The further subsection of battery cells in this case comprises at least one, but preferably several, battery cells connected in series of the series connection of all battery cells. However, it is also possible for the further subsection to comprise exactly one battery cell.

Vorzugsweise umfasst der erste Teilabschnitt mehr Batteriezellen als der weitere Teilabschnitt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein zeitlich schneller Ladungsausgleich.The first section preferably comprises more battery cells than the further section. This advantageously results in a faster charge equalization.

In diesem Ladezustand kann elektrische Energie/Ladung von dem mindestens einen kapazitiven Element des Umladezweigs in die Batteriezelle(n) des weiteren Teilabschnitts transportiert werden. Dies kann auch als Ladevorgang bezeichnet werden. Auch der Ladezustand kann eingestellt werden, insbesondere durch Ansteuerung entsprechender Schaltelemente. Weiter ist mindestens eine Batteriezelle des ersten Teilabschnitts nicht Teil des weiteren Teilabschnitts. Vorzugsweise ist keine Batteriezelle des weiteren Teilabschnitts eine Batteriezelle des ersten Teilabschnitts (und umgekehrt). Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Batteriezellen, aber nicht alle Batteriezellen, des ersten Teilabschnitts nicht Teil des weiteren Teilabschnitts sind.In this state of charge, electrical energy / charge can be transported from the at least one capacitive element of the recharging branch into the battery cell (s) of the further section. This can also be called a charging process. The state of charge can also be set, in particular by controlling corresponding switching elements. Furthermore, at least one battery cell of the first section is not part of the further section. Preferably, no battery cell of the further section is a battery cell of the first section (and vice versa). However, it is also possible that a plurality of battery cells, but not all battery cells, of the first section are not part of the further section.

Das Einstellen des Entlade- und des Ladezustands kann hierbei durch die vorhergehend erläuterte Steuereinrichtung erfolgen. Insbesondere kann der Entladezustand solange eingestellt sein, bis das mindestens eine kapazitive Element des Umladezweigs einen vorbestimmten Ladezustand erreicht hat, insbesondere bis der Ladzustand auf den vorbestimmten Ladezustand gestiegen ist, und/oder bis eine oder mehrere Batteriezelle(n) des ersten Teilabschnitts einen vorbestimmten Ladezustand erreicht hat, insbesondere bis der Ladezustand dieser Batteriezelle(n) auf den vorbestimmten Ladezustand gefallen ist.The discharge and charge state can be set by the control device explained above. In particular, the discharge state can be set until the at least one capacitive element of the recharging branch has reached a predetermined state of charge, in particular until the state of charge has risen to the predetermined state of charge, and / or until one or more battery cells in the first section have a predetermined state of charge has reached, in particular until the state of charge of this battery cell (s) has dropped to the predetermined state of charge.

Der Ladezustand kann solange eingestellt sein, bis eine oder mehrere Batteriezellen des weiteren Teilabschnitts jeweils einen vorbestimmten (gewünschten) Ladezustand erreicht haben, insbesondere bis der Ladezustand dieser Batteriezelle(n) auf diesen vorbestimmten Ladezustand gestiegen ist, und/oder bis der Ladezustand des mindestens einen kapazitiven Elements einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat, insbesondere bis dieser Ladezustand auf den vorbestimmten Schwellwert gefallen ist.The state of charge can be set until one or more battery cells of the further section have each reached a predetermined (desired) state of charge, in particular until the state of charge of this battery cell (s) has risen to this predetermined state of charge and / or until the state of charge of the at least one capacitive element has reached a predetermined threshold, in particular until this state of charge has dropped to the predetermined threshold.

Hierbei kann die Umladevorrichtung mindestens ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung des Ladezustands des mindestens einen kapazitiven Elements des Umladezweigs umfassen. Weiter kann die Umladevorrichtung mindestens ein Mittel zur Erfassung des Ladezustands einer Batteriezelle, vorzugsweise jeder Batteriezelle, der Reihenschaltung aller Batteriezellen umfassen.In this case, the transfer device can comprise at least one means for detecting or determining the state of charge of the at least one capacitive element of the transfer branch. Furthermore, the recharging device can comprise at least one means for detecting the state of charge of a battery cell, preferably each battery cell, of the series connection of all battery cells.

Eine Sequenz der Zustände „Entladezustand, Ladezustand“ bzw. „Entladezustand, Leerlaufzustand, Ladezustand“ kann periodisch wiederholt werden. In den einander entsprechenden Zuständen der verschiedenen Perioden können jeweils voneinander verschiedene Batteriezellen entladen oder geladen werden. Es ist z.B. möglich, dass in den Ladezuständen zeitlich aufeinanderfolgender Perioden jeweils eine der ungeraden Batteriezelle geladen wird. Nachdem alle ungeraden Batteriezellen geladen wurden, kann dann in den Ladezuständen von weiteren zeitlich aufeinanderfolgenden Perioden jeweils eine der geraden Batteriezelle geladen werden. Zwischen der Periodenfolge zum Laden der ungeraden Batteriezellen und der Periodenfolge zum Laden der geraden Batteriezellen kann ein Umladen des Kondensators im Umladezweig erfolgen, welches nachfolgend noch erläutert wird.A sequence of the states "discharge state, state of charge" or "discharge state, idle state, state of charge" can be repeated periodically. In the corresponding states of the different periods, different battery cells can be discharged or charged. It is e.g. possible that one of the odd battery cells is charged in the charging states of successive periods. After all the odd battery cells have been charged, one of the even battery cells can then be charged in the charging states of further periods in time. The capacitor in the recharging branch can be recharged between the period sequence for charging the odd battery cells and the period sequence for charging the even battery cells, which will be explained below.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass in den Ladezuständen zeitlich aufeinanderfolgender Perioden jeweils eine der geraden Batteriezelle geladen wird. Nachdem alle geraden Batteriezellen geladen wurden, kann dann in den Ladezuständen von weiteren zeitlich aufeinanderfolgenden Perioden jeweils eine der ungeraden Batteriezelle geladen werden. Zwischen der Periodenfolge zum Laden der geraden Batteriezellen und der Periodenfolge zum Laden der ungeraden Batteriezellen kann ein Umladen des Kondensators im Umladezweig erfolgen.Of course, it is also possible for one of the straight battery cells to be charged in the charging states of successive periods. After all the even battery cells have been charged, one of the odd battery cells can then be charged in the charge states of further periods in time. The capacitor in the recharging branch can be recharged between the period sequence for charging the even battery cells and the period sequence for charging the odd battery cells.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Verfahren zum Durchführen eines Ladungsausgleichs zwischen verschiedenen Batteriezellen der Reihenschaltung von Batteriezellen einer Batterie, die die Gewährleistung der Betriebsfähigkeit verbessert. Insbesondere wird die Höhe eines Lade- oder Entladestroms, also des im Entlade- oder Ladezustand der Umladevorrichtung fließenden Stroms, durch das mindestens eine induktive Element begrenzt.This advantageously results in a method for carrying out charge equalization between different battery cells in the series connection of battery cells of a battery, which improves the guarantee of operability. In particular, the level of a charging or discharging current, that is to say the current flowing in the discharging or charging state of the recharging device, is limited by the at least one inductive element.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Teilabschnitt mehr Batteriezellen als der weitere Teilabschnitt. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen der Anzahl der Batteriezellen des ersten Teilabschnitts und der Anzahl der Batteriezellen des weiteren Teilabschnitts größer als zwei. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine geringe Zeitdauer für den Ladungsausgleich. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein kapazitives Element mit geringer Kapazität, insbesondere im µF-Bereich, verwendet werden kann, welches wiederum die Herstellungskosten der Umladeschaltung reduziert.In a preferred embodiment, the first section comprises more battery cells than the further section. The difference between the number of battery cells of the first section and the number of battery cells of the further section is preferably greater than two. This advantageously results in a short period of time for charge equalization. Furthermore, it advantageously results that a capacitive element with low capacitance, in particular in the μF range, can be used, which in turn reduces the manufacturing costs of the recharging circuit.

Weiter vorzugsweise umfasst der erste Teilabschnitt eine ungerade Anzahl von Batteriezellen. Weiter vorzugsweise umfasst auch der weitere Teilabschnitt eine ungerade Anzahl von Batteriezellen.More preferably, the first section comprises an odd number of battery cells. More preferably, the further section also includes an odd number of battery cells.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erste Teilabschnitt mindestens drei, insbesondere genau drei, Batteriezellen. In dieser Ausführungsform kann der weitere Teilabschnitt genau eine Batteriezelle umfassen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein hoher Wirkungsgrad. Insbesondere ergibt sich der maximal mögliche Wirkungsgrad, wenn genau eine Batteriezelle geladen werden soll, also wenn der weitere Teilabschnitt genau eine Batteriezelle umfasst, wobei ein zeitlich schneller Ladungsausgleich ermöglicht wird.In a further embodiment, the first section comprises at least three, in particular exactly three, battery cells. In this embodiment, the further subsection can comprise exactly one battery cell. This advantageously results in high efficiency. In particular, the maximum possible efficiency results if exactly one battery cell is to be charged, that is to say if the further subsection comprises exactly one battery cell, wherein a rapid charge equalization is made possible.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Schaltzeitpunkt zum Herstellen oder Trennen einer Verbindung eines Teilabschnitts der Reihenschaltung, also des ersten oder des weiteren Teilabschnitts, mit dem Umladezweig derart gewählt, dass eine Amplitude des Stroms, der zu diesem Zeitpunkt durch den Umladezweig fließt und auch als Strom durch den Umladezweig bezeichnet werden kann, Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht. Der Zeitpunkt, an dem die Amplitude des Stroms durch den Umladezweig Null ist oder nicht mehr als vorbestimmtes Maß von Null abweicht, kann auch als Nullstromzeitpunkt bezeichnet werden. Dieser Zeitpunkt kann insbesondere also ein Zeitpunkt zum Einstellen oder Beenden des Ladezustands oder zum Einstellen oder Beenden des Entladezustands sein. Insbesondere ist der Zeitpunkt ein Zeitpunkt zum Beenden des Ladezustands.In a further embodiment, a switching point in time for establishing or disconnecting a section of the series connection, that is to say the first or the further section, with the transfer branch is selected such that an amplitude of the current which flows through the transfer branch at this point in time and also as a current can be designated by the transfer branch, is zero or does not deviate more than a predetermined measure from zero. The point in time at which the amplitude of the current through the recharging branch is zero or no longer deviates from zero as a predetermined measure can also be referred to as the zero current instant. This point in time can therefore in particular be a point in time for setting or ending the charge state or for setting or ending the discharge state. In particular, the point in time is a point in time for ending the charge state.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein hoher Wirkungsgrad des Ladungsausgleichs, eine weitere Verbesserung der Gewährleistung der Betriebsfähigkeit sowie eine Reduktion von Schaltverl usten.This advantageously results in a high efficiency of charge balancing, a further improvement in the guarantee of operability and a reduction in switching losses.

Diesbezüglich ist anzumerken, dass bei einem durch einen ungedämpften Schwingkreis gebildeten Umladezweig der Strom durch den Umladezweig, insbesondere im Entladezustand, einen Nulldurchgang und somit einen Vorzeichenwechsel aufweisen kann. Somit kann Strom aus den Batteriezellen wieder in das kapazitive Element zurückfließen, wodurch diese Batteriezellen wieder entladen werden und sich somit der Wirkungsgrad des Ladungsausgleichs verringert. Bei einem gedämpften Schwingkreis kann kein Nulldurchgang auftreten. In diesem Fall kann jedoch der Schaltzeitpunkt als ein Zeitpunkt gewählt werden, in dem der Strom durch den Umladezweig nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht.In this regard, it should be noted that in the case of a recharging branch formed by an undamped oscillating circuit, the current through the recharging branch, in particular in the discharge state, can have a zero crossing and thus a change of sign. Current can thus flow back from the battery cells into the capacitive element, as a result of which these battery cells are discharged again and the efficiency of the charge equalization is thus reduced. With a damped resonant circuit, no zero crossing can occur. In this case, however, the switching point in time can be selected as a point in time at which the current through the recharging branch no longer deviates from a predetermined value from zero.

Weiter kann die Umladevorrichtung ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung eines durch den Umladezweig fließenden Stroms umfassen. Weiter kann die Umladevorrichtung ein Mittel zur Prädiktion eines Zeitpunkts des Nulldurchgangs dieses Stroms umfassen. Dieses Mittel kann beispielsweise durch die Auswerte- oder Steuereinrichtung ausgebildet sein. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass mindestens ein Stromwert oder ein zeitlicher Verlauf von Stromwerten des Stroms durch den Umladezweig erfasst oder bestimmt wird, wobei dann in Abhängigkeit des Stromwerts oder des zeitlichen Verlaufs der Stromwerte ein (zukünftiger) Zeitpunkt bestimmt (prädiziert) wird, an dem die Amplitude des Stroms durch den Umladezweig Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht. Ein Schaltzeitpunkt von Schaltelementen zum Herstellen oder Trennen der erläuterten Verbindung kann dann als dieser Zeitpunkt gewählt werden.The recharging device can further comprise a means for detecting or determining a current flowing through the recharging branch. Furthermore, the recharging device can comprise a means for predicting a point in time of the zero crossing of this current. This means can be formed, for example, by the evaluation or control device. It is conceivable, for example, that at least one current value or a time profile of current values of the current is detected or determined by the recharging branch, with a (future) point in time being then determined (predicted) depending on the current value or the time profile of the current values the amplitude of the current through the recharging branch is zero or does not deviate more than a predetermined amount from zero. A switching time of switching elements for establishing or disconnecting the connection explained can then be selected as this time.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Spannung über dem mindestens einen kapazitiven Element und eine Spannung über dem mindestens einen induktiven Element des Umladezweigs bestimmt oder erfasst. Weiter wird ein Nulldifferenz-Zeitpunkt bestimmt, in dem die Spannung über dem mindestens einen kapazitiven Element nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Spannung über dem mindestens einen induktiven Element abweicht. So kann beispielsweise der Zeitpunkt bestimmt werden, an dem die Spannung über dem mindestens einen kapazitiven Element die Spannung über dem mindestens einen induktiven Element erstmals nach einem nachfolgend noch näher erläuterten Referenzzeitpunkt übersteigt.In a further embodiment, a voltage across the at least one capacitive element and a voltage across the at least one inductive element of the transfer branch are determined or detected. Furthermore, a zero difference time is determined at which the voltage across the at least one capacitive element does not deviate from the voltage across the at least one inductive element, or does not deviate by more than a predetermined amount. For example, the point in time at which the voltage across the at least one capacitive element exceeds the voltage across the at least one inductive element for the first time after a reference point in time to be explained in more detail below can be determined.

Weiter wird ein Schaltzeitpunkt zum Herstellen oder Trennen einer Verbindung eines Teilabschnitts, also des ersten oder des weiteren Teilabschnitts, der Reihenschaltung mit dem Umladezweig in Abhängigkeit des Nulldifferenz-Zeitpunkts bestimmt. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass der vorhergehend erläuterte Zeitpunkt, in dem die Amplitude des Stroms durch den Umladezweig Null wird oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht, in Zusammenhang, insbesondere in funktionellem Zusammenhang, mit dem erläuterten Nulldifferenz-Zeitpunkt steht. Beispielsweise kann der Nullstromzeitpunkt um eine vorbestimmte Zeitdauer zeitlich nach dem Nulldifferenz-Zeitpunkt liegen. In einem solchen Fall kann der funktionelle Zusammenhang durch eine Summenfunktion gebildet sein, durch die dem Nulldifferenz-Zeitpunkt eine vorbestimmte Zeitdauer hinzuaddiert wird, um den Nullstromzeitpunkt zu bestimmen.Furthermore, a switching time for establishing or disconnecting a connection of a section, that is to say the first or the further section, of the series connection with the recharging branch is determined as a function of the zero difference time. In particular, it can be assumed that the previously explained point in time, in which the amplitude of the current through the transfer branch becomes zero or does not deviate more than a predetermined amount from zero, is related, in particular functionally, to the explained zero difference time. For example, the zero current instant can be after the zero difference instant by a predetermined period of time. In such a case, the functional relationship can be formed by a sum function, by means of which a predetermined time period is added to the zero difference time in order to determine the zero current time.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Bestimmung des vorhergehend erläuterten Nullstromzeitpunkts, wodurch wiederum in einfacher Art und Weise Schaltverluste reduziert und die Gewährleistung der Betriebsfähigkeit verbessert werden kann.This advantageously results in a simple and reliable determination of the zero current instant explained above, which in turn can reduce switching losses in a simple manner and improve the operability.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt und einem Referenzzeitpunkt bestimmt, wobei der Schaltzeitpunkt derart festgelegt wird, dass eine Zeitdauer zwischen dem Schaltzeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt dem Dreifachen der Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt entspricht. Diese Festlegung erfolgt vorzugsweise, wenn der der durch den Umladezweig gebildete Schwingkreis ein gedämpfter Schwingkreis ist.In a further embodiment, a time period between the zero difference time and a reference time point is determined, the switching time point being determined such that a time period between the switching time point and the reference time point corresponds to three times the time period between the zero difference time point and the reference time point. This determination is preferably made when the resonant circuit formed by the transfer branch is a damped resonant circuit.

Auch kann die Zeitdauer zwischen dem Schaltzeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt länger als das 2,5fache, das 2,8fache oder das 2,9fache der Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt sein. Alternativ oder kumulativ kann die Zeitdauer zwischen dem Schaltzeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt kürzer als das 3fache der Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt sein. Diese Festlegung erfolgt vorzugsweise, wenn der durch den Umladezweig gebildete Schwingkreis ein ungedämpfter Schwingkreis ist, um eine Rückübertragung von Energie in den Umladezweig zu verhindern, insbesondere in einem Ladezustand. The time between the switching time and the reference time can also be longer than 2.5 times, 2.8 times or 2.9 times the time between the zero difference time and the reference time. Alternatively or cumulatively, the time period between the switching time and the reference time can be shorter than 3 times the time period between the zero difference time and the reference time. This determination is preferably made when the resonant circuit formed by the recharging branch is an undamped resonant circuit in order to prevent energy from being transferred back into the recharging branch, in particular in a charge state.

Ist der durch den Umladezweig gebildete Schwingkreis ein bedämpfter Schwingkreis, so kann die Zeitdauer zwischen dem Schaltzeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt länger als das 3fache der Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt sein.If the resonant circuit formed by the transfer branch is a damped resonant circuit, the time period between the switching time and the reference time can be longer than 3 times the time period between the zero difference time and the reference time.

Der Referenzzeitpunkt kann insbesondere als der Zeitpunkt gewählt werden, zu dem der Umladezweig zuletzt Teil eines geschlossenen Stromkreises wurde, also eingeschaltet wurde. So kann beispielsweise der Referenzzeitpunkt als der Zeitpunkt des zuletzt erfolgten Schaltvorgangs zum Herstellen einer Verbindung eines Teilabschnitts der Reihenschaltung mit dem Umladezweig gewählt werden.The reference point in time can in particular be selected as the point in time at which the recharging branch last became part of a closed circuit, that is to say was switched on. For example, the reference point in time can be selected as the point in time of the last switching operation to establish a connection of a section of the series connection to the transfer branch.

Simulationen und Versuche haben gezeigt, dass hierdurch eine ausreichend genaue und einfach zu implementierende Prädiktion des Nullstromzeitpunkts und somit des Schaltzeitpunkts zum Herstellen oder Trennen ermöglicht wird.Simulations and tests have shown that this enables a sufficiently accurate and easy-to-implement prediction of the zero-current instant and thus the switching instant for manufacture or disconnection.

In einer weiteren Ausführungsform wird in einem Umladezustand das mindestens eine kapazitive Element des Umladezweigs mit mindestens einer Batteriezelle, vorzugsweise mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen, derart verbunden, dass ein Umladen des kapazitiven Elements erfolgt. Hierbei kann insbesondere ein Polarisationswechsel des Ladezustands des kapazitiven Elements erfolgen. Eine Polarisationwechsel kann erfolgen, indem eine Spannung zwischen einem ersten Anschluss des kapazitiven Elements und einem weiteren Anschluss des kapazitiven Elements das Vorzeichen wechselt. Dies kann bedeuten, dass während des Umladevorgangs ein Vorzeichens des Ladezustands des mindestens einen kapazitiven Elements gewechselt wird. Es ist möglich, aber nicht zwingend, dass beim Polaritätswechsel zwar ein Vorzeichen, nicht aber ein Betrag des Ladezustands geändert wird. Der Umladezustand kann hierbei eingestellt werden, beispielsweise durch Ansteuerung von entsprechenden Schaltelementen.In a further embodiment, the at least one capacitive element of the recharging branch is connected to at least one battery cell, preferably to a plurality of battery cells connected in series, in such a way that the capacitive element is recharged. In particular, a change in polarization of the state of charge of the capacitive element can take place. A polarization change can take place in that a voltage changes its sign between a first connection of the capacitive element and a further connection of the capacitive element. This can mean that a sign of the state of charge of the at least one capacitive element is changed during the recharging process. It is possible, but not imperative, that a sign, but not an amount of the state of charge, is changed when the polarity is changed. The state of charge can be set here, for example by activating corresponding switching elements.

Zum Umladen des kapazitiven Elements kann eine Reihenschaltung von mehreren Batteriezellen oder aber genau eine Batteriezelle mit der einzustellenden Polarität, vorzugsweise die Batteriezelle mit der betragsmäßig höchsten Zellspannung, mit dem kapazitiven Element verbunden werden.To charge the capacitive element, a series connection of several battery cells or exactly one battery cell with the polarity to be set, preferably the battery cell with the highest cell voltage, can be connected to the capacitive element.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sowohl gerade als auch ungerade Batteriezellen der Reihenschaltung in einen Ladungsausgleich eingebunden werden können. Somit wird trotz einer geringen Anzahl von Schaltelementen sichergestellt, dass der Ladezustand von einer Vielzahl von Batteriezellen ausgeglichen werden kann. Insbesondere ergibt sich im Vergleich mit einer nachfolgend noch näher erläuterten Umladevorrichtung mit zwei Schaltelementebenen eine Reduktion der benötigen Schaltelemente.This advantageously results in the fact that both even and odd battery cells of the series circuit can be integrated into a charge equalization. Despite a small number of switching elements, this ensures that the state of charge can be compensated for by a large number of battery cells. In particular, in comparison with a transfer device with two switching element levels, which will be explained in more detail below, there is a reduction in the switching elements required.

Ebenfalls ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Bauteilschonung beim Durchführen des Ladungsausgleichs sowohl für gerade als auch ungerade Batteriezellen.Likewise, there is an advantageous protection of components when carrying out the charge equalization for both even and odd battery cells.

In einer weiteren Ausführungsform wird in einem weiteren Entladezustand ein erster Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen mit einem weiteren Umladezweig verbunden.In a further embodiment, a first partial section of the series connection of all battery cells is connected to a further recharging branch in a further discharge state.

Weiter alternativ oder kumulativ wird in einem weiteren Ladezustand ein Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen mit dem weiteren Umladezweig verbunden..Further alternatively or cumulatively, a partial section of the series connection of all battery cells is connected to the further recharging branch in a further charge state.

Es ist weiter möglich, dass in dem weiteren Entladezustand eine Reihenschaltung aller Batteriezellen oder ein Teilabschnitt dieser Reihenschaltung oder auch nur eine Batteriezelle einer weiteren Batterie mit dem weiteren Umladezweig verbunden wird. Weiter alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass in dem weiteren Ladezustand der weitere Umladezweig mit der Reihenschaltung aller Batteriezellen oder einem Teilabschnitt dieser Reihenschaltung oder einer Batteriezelle der weiteren Batterie verbunden wird.It is further possible that in the further discharge state a series connection of all battery cells or a partial section of this series connection or also only one battery cell of a further battery is connected to the further recharging branch. Further alternatively or cumulatively, it is possible that in the further state of charge the further recharging branch is connected to the series connection of all battery cells or a partial section of this series connection or a battery cell of the further battery.

Hierbei gelten die Ausführungen bezüglich des Lade- und Entladevorgangs über den ersten Umladezweig entsprechend auch für den Lade- und Entladevorgangs über den weiteren Umladezweig.Here, the statements regarding the charging and discharging process via the first transfer branch also apply accordingly to the charging and discharging process via the further transfer branch.

Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der Ladungsausgleich auch zwischen Batteriezellen verschiedener Batterien ermöglicht wird. Weiter wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein Ladungsausgleich zusätzlich oder alternativ zu dem kapazitiven Element eines Umladezweigs auch über das kapazitive Element eines weiteren Umladezweigs erfolgen kann, wodurch größere Ladungsmengen beim Ladungsausgleich transportiert werden können.This advantageously enables the charge to be balanced between battery cells of different batteries. Furthermore, it is advantageously made possible for a charge equalization to take place in addition or as an alternative to the capacitive element of a transfer branch, also via the capacitive element of a further transfer branch, as a result of which larger ones Amounts of cargo can be transported during charge balancing.

Weiter vorgeschlagen wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen und eine Umladevorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen umfasst.A vehicle, in particular a motor vehicle, is further proposed, the vehicle comprising a battery with a plurality of battery cells connected in series and a recharging device according to one of the embodiments described in this disclosure.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Umladevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2a eine erfindungsgemäße Umladevorrichtung in einem Leerlaufzustand,
  • 2b die in 2a dargestellte Umladevorrichtung in einem Entladezustand,
  • 2c die in 2a dargestellte Umladevorrichtung in einem Ladezustand,
  • 3a schematische zeitliche Verläufe von Spannungen und einem Strom in einem Umladezweig mit einem ungedämpften Resonanzschwingkreis,
  • 3b ein schematischer zeitlicher Verlauf von Spannungen und einem Strom in dem Umladezweig mit einem unterdämpften Resonanzschwingkreis,
  • 3c schematische zeitliche Verläufe von Spannungen und einem Strom im Umladezweig mit einem bedämpften Resonanzschwingkreis,
  • 4 ein schematisches Schaltbild einer Umladevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform und
  • 5 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Umladevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 1 shows a schematic circuit diagram of a transfer device according to the invention in accordance with a first embodiment,
  • 2a a transfer device according to the invention in an idle state,
  • 2 B in the 2a Reloading device shown in a discharge state,
  • 2c in the 2a shown transfer device in a state of charge,
  • 3a schematic temporal profiles of voltages and a current in a transfer branch with an undamped resonant circuit,
  • 3b 2 shows a schematic time course of voltages and a current in the transfer branch with an undamped resonant circuit,
  • 3c schematic temporal courses of voltages and a current in the transfer branch with a damped resonant circuit,
  • 4th a schematic diagram of a transfer device according to a further embodiment and
  • 5 a schematic diagram of a transfer device according to the invention according to another embodiment.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical properties.

1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Umladevorrichtung 1 für eine Batterie, wobei die Batterie eine Reihenschaltung von mehreren Batteriezellen BT1, BT2, BT3, BT4, ...., BT11, BT12 umfasst. In 1 sind Pluspole der Batteriezellen BT1, ..., BT12 mit einem „+“-Zeichen und Minuspole der Batteriezellen BT1, ..., BT12 mit einem „-“-Zeichen dargestellt. Ferner dargestellt sind Batteriezellenspannung U1, U2, U3, U4, ..., U11, U12, wobei diese Batteriezellenspannung U1, ..., U12 über der jeweiligen Batteriezelle BT1, ...., BT12 abfällt. 1 shows a schematic circuit diagram of a transfer device according to the invention 1 for a battery, the battery being a series connection of several battery cells BT1 , BT2 , BT3 , BT4 , ...., BT11 , BT12 includes. In 1 are positive poles of the battery cells BT1 , ..., BT12 with a "+" sign and negative poles of the battery cells BT1 , ..., BT12 represented with a "-" sign. Battery cell voltage is also shown U1 , U2 , U3 , U4 , ..., U11 , U12 , this battery cell voltage U1 , ..., U12 above the respective battery cell BT1 , ...., BT12 falls off.

Hierbei bilden die erste Batteriezelle BT1, die dritte Batteriezelle BT3, die fünfte Batteriezelle, die siebte Batteriezelle, die neunte Batteriezelle und die elfte Batteriezelle BT11 ungerade Batteriezellen der Reihenschaltung. Die zweite Batteriezelle BT2, die vierte Batteriezelle BT4, die sechste Batteriezelle, die achte Batteriezelle, die zehnte Batteriezelle und die zwölfte Batteriezelle BT12 bilden gerade Batteriezellen der Reihenschaltung.This is the first battery cell BT1 , the third battery cell BT3 , the fifth battery cell, the seventh battery cell, the ninth battery cell and the eleventh battery cell BT11 odd battery cells of the series connection. The second battery cell BT2 , the fourth battery cell BT4 , the sixth battery cell, the eighth battery cell, the tenth battery cell and the twelfth battery cell BT12 just form battery cells of the series connection.

Weiter umfasst die Umladevorrichtung Schaltelemente S1, S2, S3, S4, ..., S12, S13. Insbesondere ist die Anzahl von Schaltelementen S1, ..., S13 der Umladevorrichtung 1, die zum Herstellen oder Trennen der elektrischen Verbindung von Plus- oder Minuspolen der Batteriezellen BT1, ..., BT12 mit einer ersten Verbindungsleitung BL1 oder einer zweiten Verbindungsleitung BL2 dienen, um die Anzahl Eins größer als die Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen BT1, ..., BT12 der Batterie.The transfer device further comprises switching elements S1 , S2 , S3 , S4 , ..., S12 , S13 . In particular, the number of switching elements S1 , ..., S13 the transfer device 1 used to make or disconnect the positive or negative poles of the battery cells BT1 , ..., BT12 with a first connection line BL1 or a second connection line BL2 serve to make the number one greater than the number of battery cells connected in series BT1 , ..., BT12 the battery.

In 1 ist dargestellt, dass ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle BT1, BT3, ..., BT11 über ein Schaltelement S1, S3, ... mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar ist. Weiter ist dargestellt, dass auch ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle der Reihenschaltung über ein Schaltelement S3, ..., S13 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar ist. Hierbei sind Pluspole aller ungeraden Batteriezellen BT3, ..., BT11 bis auf die erste Batteriezelle BT1 mit Minuspolen der in der Reihenschaltung jeweils unmittelbar vorangehenden geraden Batteriezelle BT2, BT4, ... elektrisch verbunden.In 1 is shown to be a positive pole of every odd battery cell BT1 , BT3 , ..., BT11 via a switching element S1 , S3 , ... with the first connecting line BL1 is connectable. It is also shown that a negative pole of each straight battery cell of the series connection via a switching element S3 , ..., S13 with the first connecting line BL1 is connectable. Here are positive poles of all odd battery cells BT3 , ..., BT11 except for the first battery cell BT1 with negative poles of the straight battery cell immediately preceding each in the series connection BT2 , BT4 , ... electrically connected.

Weiter ist dargestellt, dass ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle BT2, BT4, ..., BT12 über ein Schaltelement S2, S4, ..., S12 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar ist. Weiter dargestellt ist, dass die Pluspole der geraden Batteriezellen BT2, BT4, ..., BT12 mit Minuspolen der in der Reihenschaltung jeweils unmittelbar vorhergehenden ungeraden Batteriezelle BT1, BT3, ..., BT11 elektrisch verbunden sind. Somit sind auch die Minuspole aller ungeraden Batteriezellen BT1, BT3, ..., BT11 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 über Schaltelemente S2, S4, ..., S12 elektrisch verbindbar.It is also shown that a positive pole of each straight battery cell BT2 , BT4 , ..., BT12 via a switching element S2 , S4 , ..., S12 with the second connection line BL2 is connectable. It is also shown that the positive poles of the straight battery cells BT2 , BT4 , ..., BT12 with negative poles of the odd battery cell immediately preceding each in the series connection BT1 , BT3 , ..., BT11 are electrically connected. This means that the negative poles of all odd battery cells are also negative BT1 , BT3 , ..., BT11 with the second connection line BL2 via switching elements S2 , S4 , ..., S12 electrically connectable.

Weiter dargestellt ist, dass die Umladevorrichtung 1 einen Umladezweig 2 umfasst, wobei der Umladezweig durch eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement R, einem Kondensator C und einer Spule L gebildet wird. Der Umladezweig 2 weist einen ersten Anschluss A1 und einen zweiten Anschluss A2 auf. Der erste Anschluss A1 ist elektrisch mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbunden, insbesondere dauerhaft. Weiter ist der erste Anschluss A1 des Umladezweigs 2 nicht direkt bzw. unmittelbar mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar. Insbesondere kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss A1 des Umladezweigs 2 und der zweiten Verbindungsleitung BL2 nur über mindestens eine Batteriezelle BT1, ..., BT12 hergestellt werden.It is also shown that the transfer device 1 a transfer branch 2nd comprises, the transfer branch by a series connection of a resistance element R , a capacitor C. and a coil L is formed. The transhipment branch 2nd has a first connection A1 and a second connector A2 on. The first connection A1 is electrical with the first connection line BL1 connected, especially permanently. Next is the first connection A1 of the transfer branch 2nd not directly or immediately with the second connection line BL2 connectable. In particular, an electrical connection between the first connection A1 of Transhipment branch 2nd and the second connecting line BL2 only via at least one battery cell BT1 , ..., BT12 getting produced.

Weiter dargestellt ist, dass der zweite Anschluss A2 des Umladezweigs 2 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden ist, insbesondere dauerhaft.It is also shown that the second connection A2 of the transfer branch 2nd with the second connection line BL2 is connected, especially permanently.

Insbesondere ist der zweite Anschluss A2 nicht direkt bzw. unmittelbar mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar. So kann die elektrische Verbindung des zweiten Anschlusses A2 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 (und somit mit dem ersten Anschluss A1) nur über mindestens eine Batteriezelle BT1, ..., BT12 hergestellt werden.In particular, the second port A2 not directly or immediately with the first connection line BL1 connectable. So the electrical connection of the second connection A2 with the first connecting line BL1 (and thus with the first connection A1 ) only via at least one battery cell BT1 , ..., BT12 getting produced.

Hierbei ist dargestellt, dass der Umladezweig 2 den Widerstand R umfasst. Dies ist jedoch nicht zwingend. So ist es auch vorstellbar, dass der Umladezweig 2 durch eine Reihenschaltung des Kondensators C und der Spule L gebildet wird und kein Widerstandselement R umfasst.It is shown here that the transfer branch 2nd the resistance R includes. However, this is not mandatory. So it is also conceivable that the reloading branch 2nd by connecting the capacitor in series C. and the coil L is formed and no resistance element R includes.

Weiter dargestellt ist eine Kondensatorspannung UC, die über dem Kondensator C des Umladezweigs 2 abfällt, sowie eine Spulenspannung UL, die über der Spule L abfällt.A capacitor voltage is also shown UC that over the capacitor C. of the transfer branch 2nd drops, as well as a coil voltage UL that over the coil L falls off.

Die Reihenschaltung des Widerstands R, des Kondensators C und der Spule L bilden einen Schwingkreis, insbesondere einen bedämpften Schwingkreis. Ist kein Widerstandselement R in dem Umladezweig 2 vorhanden, so bildet die Reihenschaltung im Umladezweig 2 einen ungedämpften Schwingkreis.The series connection of the resistor R , the capacitor C. and the coil L form a resonant circuit, in particular a damped resonant circuit. Is not a resistance element R in the transhipment branch 2nd is present, so the series connection forms in the transfer branch 2nd an undamped resonant circuit.

Schematisch dargestellt ist eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 3, die Schaltvorgänge der Schaltelemente S1, ..., S13 steuern kann. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 3 kann beispielsweise als Mikrocontroller oder integrierte Schaltung ausgebildet sein. Die Schaltelemente S1, ..., S13 können insbesondere als Leistungsschalter, weiter insbesondere als MOSFIT oder IGBT, ausgebildet sein.A control and evaluation device is shown schematically 3rd , the switching operations of the switching elements S1 , ..., S13 can control. The control and evaluation device 3rd can be designed, for example, as a microcontroller or integrated circuit. The switching elements S1 , ..., S13 can be designed in particular as a circuit breaker, in particular as a MOSFIT or IGBT.

2a zeigt eine Umladevorrichtung 1 mit sechs in Reihe geschalteten Batteriezellen BT1, ..., BT6 und sieben Schaltelementen S1, ..., S7. In 2a ist dargestellt, dass alle Schaltelemente S1, ..., S7 geöffnet sind. Somit ist keine der Batteriezellen BT1, ..., BT6 mit einer ersten Verbindungsleitung BL1 oder einer zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden. Dieser Zustand der Umladevorrichtung 1 kann auch als Leerlaufzustand bezeichnet werden. 2a shows a transfer device 1 with six battery cells connected in series BT1 , ..., BT6 and seven switching elements S1 , ..., S7 . In 2a is shown that all switching elements S1 , ..., S7 are open. So none of the battery cells BT1 , .. ., BT6 with a first connection line BL1 or a second connection line BL2 connected. This state of the transfer device 1 can also be called an idle state.

Im erläuterten Ausführungsbeispiels werden in einem Entladezustand zwei Schaltelemente, nämlich das dritte Schaltelement S3 und das sechste Schaltelement S6, geschlossen. Hierdurch wird ein Minuspol der zweiten Batteriezelle BT2 sowie ein Pluspol der dritten Batteriezelle BT3 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbunden. Weiter wird ein Minuspol der fünften Batteriezelle BT5 und ein Pluspol der sechsten Batteriezelle BT6 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden. Insgesamt wird also im Entladezustand ein erster Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen BT1, ..., BT6 mit dem Umladezweig 2 verbunden, wobei der erste Teilabschnitt durch eine Reihenschaltung aus der dritten Batteriezelle BT3, der vierten Batteriezelle BT4 und der fünften Batteriezelle BT5 gebildet wird. In diesem Entladezustand fließt Ladung aus diesem ersten Teilabschnitt der Reihenschaltung, also aus der dritten, vierten, und fünften Batteriezelle BT3, BT4, BT5 in den Kondensator C des Umladezweigs 2, was auch als Entladevorgang bezeichnet werden kann.In the exemplary embodiment explained, two switching elements, namely the third switching element, are in a discharge state S3 and the sixth switching element S6 , closed. This becomes a negative pole of the second battery cell BT2 and a positive pole of the third battery cell BT3 with the first connecting line BL1 connected. Next is a negative pole of the fifth battery cell BT5 and a positive pole of the sixth battery cell BT6 with the second connection line BL2 connected. Overall, a first section of the series connection of all battery cells is thus in the discharge state BT1 , ..., BT6 with the transfer branch 2nd connected, the first section being connected in series by the third battery cell BT3 , the fourth battery cell BT4 and the fifth battery cell BT5 is formed. In this discharge state, charge flows from this first section of the series circuit, that is from the third, fourth and fifth battery cells BT3 , BT4 , BT5 in the capacitor C. of the transfer branch 2nd , which can also be called unloading.

Nach einer vorbestimmten Zeitdauer oder nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Ladezustands des Kondensators C des Umladezweigs 2 oder nach Erreichen eines vorbestimmten Minimal-Ladezustands einer Batteriezelle BT3, BT4, BT5 des ersten Teilabschnitts werden alle Schaltelemente S1, ..., S7 geöffnet und der in 2a dargestellte Leerlaufzustand eingestellt.After a predetermined period of time or after reaching a predetermined target state of charge of the capacitor C. of the transfer branch 2nd or after reaching a predetermined minimum state of charge of a battery cell BT3 , BT4 , BT5 In the first section, all switching elements S1 , ..., S7 opened and the in 2a idle state shown set.

Dann, also zeitlich nach dem Entladezustand und dem auf dem Entladezustand folgenden Leerlaufzustand wird der in 2c dargestellte Ladezustand der Umladevorrichtung 1 eingestellt. Hierzu werden Schaltelemente, nämlich im vorliegenden Fall das erste und das zweite Schaltelement S1, S2, geschlossen. Somit wird ein Pluspol der ersten Batteriezelle BT1 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 und somit mit dem ersten Anschlusspunkt A1 verbunden. Weiter wird ein Minuspol der ersten Batteriezelle BT1 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 und dem zweiten Anschlusspunkt A2 verbunden. In diesem Entladezustand fließt Ladung aus dem Kondensator C in die erste Batteriezelle BT1. Dies kann auch als Ladevorgang bezeichnet werden.Then, in time after the discharge state and the idle state following the discharge state, the in 2c shown state of charge of the reloading device 1 set. For this purpose switching elements, namely in the present case the first and the second switching element S1 , S2 , closed. This becomes a positive pole of the first battery cell BT1 with the first connecting line BL1 and thus with the first connection point A1 connected. Next is a negative pole of the first battery cell BT1 with the second connection line BL2 and the second connection point A2 connected. In this discharge state, charge flows out of the capacitor C. into the first battery cell BT1 . This can also be called a charging process.

Es ist möglich, dass die im Entladezustand geschlossenen Schaltelemente S1, ..., S7 der Umladevorrichtung 1 sich von den im Ladezustand geschlossenen Schaltelementen S1, ..., S7 der Umladevorrichtung 1 unterscheiden. Insbesondere ist zumindest ein im Entladezustand geschlossenes Schaltelement S1, ..., S7 der Umladevorrichtung 1 im Ladezustand nicht geschlossen. Weiter sind sowohl im Lade- als auch im Entladezustand genau zwei Schaltelemente der Anzahl von Schaltelementen S1, ..., S7 geschlossen.It is possible that the switching elements closed in the discharge state S1 , ..., S7 the transfer device 1 different from the switching elements closed in the state of charge S1 , ..., S7 the transfer device 1 differentiate. In particular, at least one switching element is closed in the discharge state S1 , ..., S7 the transfer device 1 not closed when charging. Furthermore, there are exactly two switching elements of the number of switching elements in both the charging and discharging state S1 , ..., S7 closed.

Es ist anzumerken, dass die in den 2a, 2b und 2c dargestellten Zustände rein exemplarisch sind. Insbesondere ist es auch möglich, dass andere als die dargestellten Schaltelemente S1,..., S7 im Entlade- oder Ladezustand geschlossen werden.It should be noted that those in the 2a , 2 B and 2c shown states are purely exemplary. In particular, it is also possible for switching elements other than those shown S1 , ..., S7 be closed in the discharge or charge state.

Aus den 2a, 2b und 2c ergibt sich, dass der erste Teilabschnitt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Batteriezellen BT3, BT4, BT5 umfasst, wobei der weitere Teilabschnitt nur eine Batteriezelle BT1 umfasst. Somit umfasst der erste Teilabschnitt mehr Batteriezellen als der weitere Teilabschnitt. Hierbei bildet die erste Batteriezelle BT1 einen weiteren Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen BT1, ..., BT6 wobei die Batteriezelle BT1 des weiteren Teilabschnitts nicht Teil des ersten Teilabschnitts, also keine Batteriezelle BT3, BT4, BT5 des ersten Teilabschnitts, ist.From the 2a , 2 B and 2c it follows that the first section in the present exemplary embodiment has three battery cells BT3 , BT4 , BT5 comprises, the further section only one battery cell BT1 includes. Thus, the first section comprises more battery cells than the further section. Here, the first battery cell forms BT1 a further section of the series connection of all battery cells BT1 , ..., BT6 being the battery cell BT1 of the further section not part of the first section, that is, no battery cell BT3 , BT4 , BT5 of the first section.

3a zeigt einen schematischen zeitlichen Verlauf einer Kondensatorspannung UC, einer Spulenspannung UL und eines Stroms 12, der durch den Umladezweig 2 (siehe 1) fließt, insbesondere wenn ein Ladezustand eingestellt ist. Hierbei wird angenommen, dass der Umladezweig 2 einen ungedämpften Resonanzschwingkreis bildet. Insbesondere umfasst der Umladezweig 2 eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C und einer Spule L, wobei die Reihenschaltung jedoch kein Widerstandselement R umfasst. 3a shows a schematic time course of a capacitor voltage UC , a coil voltage UL and a stream 12 passing through the transhipment branch 2nd (please refer 1 ) flows, especially when a charge level is set. It is assumed that the transfer branch 2nd forms an undamped resonant circuit. In particular, the transfer branch comprises 2nd a series connection of a capacitor C. and a coil L , but the series connection is not a resistance element R includes.

Dargestellt ist, dass sowohl die Kondensatorspannung UC, die Spulenspannung UL als auch der Strom 12 im Umladezweig 2 einen periodischen zeitlichen Verlauf aufweisen.It is shown that both the capacitor voltage UC who have favourited Coil Voltage UL as well as the current 12 in the transhipment branch 2nd have a periodic course over time.

Der Zeitpunkt T0 bezeichnet einen Referenzzeitpunkt. Dieser Referenzzeitpunkt kann insbesondere der Zeitpunkt sein, zu dem die Umladevorrichtung 1 zuletzt in einen Entladezustand (siehe 2b) oder in einen Ladezustand (siehe 2c) versetzt wurde.Point of time T 0 denotes a reference point in time. This reference point in time can in particular be the point in time at which the reloading device 1 last in a discharge state (see 2 B) or to a state of charge (see 2c ) was transferred.

Weiter dargestellt ist ein Nulldifferenzzeitpunkt TND , wobei an diesem Nulldifferenzzeitpunkt TND die Kondensatorspannung UC gleich der Spulenspannung UL ist bzw. nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß davon abweicht.A zero difference time is also shown T ND , where at this zero difference time T ND the capacitor voltage UC equal to the coil voltage UL is or does not deviate from it by more than a predetermined amount.

Weiter dargestellt ist ein Nullstromzeitpunkt TIN , zu dem der Strom 12 im Umladezweig bzw. die Amplitude dieses Stroms 12 Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß davon abweicht.A zero current instant is also shown T IN to which the stream 12 in the transfer branch or the amplitude of this current 12 Is zero or deviates no more than a predetermined amount from it.

Vorzugsweise wird ein Schaltzeitpunkt zum Öffnen oder Schließen von Schaltelementen S1, ..., S13 der Umladevorrichtung (siehe 1), insbesondere zur Beendigung des Ladezustands und somit zur Einstellung des Leerlaufzustands bzw. eine weiteren Entladezustands, derart gewählt, dass er einem solchen Nullstromzeitpunkt entspricht.A switching time for opening or closing switching elements is preferred S1 , ..., S13 the transfer device (see 1 ), in particular to terminate the state of charge and thus to set the idle state or a further state of discharge, selected such that it corresponds to such a zero-current instant.

In 3a ist dargestellt, dass eine Zeitdauer vom Referenzzeitpunkt Z0 bis zum Nullstromzeitpunkt TIN dem Dreifachen der Zeitdauer zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und dem Nulldifferenzzeitpunkt TND entspricht. Wird der Nulldifferenzzeitpunkt TND bestimmt, beispielsweise durch Bestimmen/Erfassen und Vergleichen der Spulenspannung UL und der Kondensatorspannung UC, so kann der Nullstromzeitpunkt TIN und somit auch der Schaltzeitpunkt prädiziert, also vorausgesagt werden. Dies kann insbesondere durch die in 1 dargestellte Steuer- und Auswerteeinrichtung 3 erfolgen. Hierzu kann diese mit Spannungssensoren zur Erfassung der Kondensator- und Spulenspannung UC, UL (nicht dargestellt) verbunden sein.In 3a it is shown that a time period from the reference time Z 0 to the zero current time T IN three times the time between the reference time T 0 and the zero difference time T ND corresponds. If the zero difference time T ND determined, for example by determining / detecting and comparing the coil voltage UL and the capacitor voltage UC , the zero current instant T IN and thus the switching time is also predicted, i.e. predicted. This can be done in particular through the 1 shown control and evaluation device 3rd respectively. For this purpose, this can be done with voltage sensors for detecting the capacitor and coil voltage UC , UL (not shown) connected.

3b zeigt schematisch zeitliche Verläufe der Kondensatorspannung UC, der Spulenspannung UL und des Stroms 12 durch den Umladezweig 2 (siehe 1). Die in 3b dargestellten zeitlichen Verläufe stellen sich ein, wenn der Umladezweig einen unterdämpften Resonanzschwingkreis bildet. Entsprechend 3a ist ein Nulldifferenzzeitpunkt TND dargestellt. Weiter ist ein Nullstromzeitpunkt TIN dargestellt. Weiter dargestellt ist der Referenzzeitpunkt T0 . Auch aus den in 3b dargestellten zeitlichen Verläufen ergibt sich, dass die Zeitdauer zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und dem Nulldifferenzzeitpunkt TND in etwa einem Drittel der Zeitdauer zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und dem Nullstromzeitpunkt TIN entspricht. 3b shows a schematic of the capacitor voltage over time UC , the coil voltage UL and the stream 12 through the reloading branch 2nd (please refer 1 ). In the 3b Time profiles shown occur when the transfer branch forms an under-damped resonant circuit. Corresponding 3a is a zero difference time T ND shown. Next is a zero current time T IN shown. The reference time is also shown T 0 . Also from the in 3b The temporal courses shown show that the time period between the reference time T 0 and the zero difference time T ND in about a third of the time between the reference time T 0 and the zero current time T IN corresponds.

Somit kann auch für einen als unterdämpfter Resonanzschwingkreis ausgebildeten Umladezweig 2 eine gemäß der Ausführungen zu 3a erfolgende Prädiktion des Nullstromzeitpunkts TIN und somit des Schaltzeitpunkts erfolgen.Thus, it can also be used for a transfer branch designed as an undamped resonant circuit 2nd one according to the explanations 3a Prediction of the zero current instant T IN and thus the switching time.

3c zeigt schematisch zeitliche Verläufe einer Kondensatorspannung UC, einer Spulenspannung UL und eines Stroms 12 durch den Umladezweig 2 (siehe 1), die sich einstellen, wenn der von dem Umladezweig 2 gebildete Resonanzschwingkreis ein bedämpfter Resonanzschwingkreis ist. Hierbei ist ersichtlich, dass der Strom I2 im Umladezweig 2 zu keinem Zeitpunkt Null wird. In diesem Fall kann ein Schaltzeitpunkt derart gewählt werden, dass Schaltelemente S1, ..., S13 (siehe 1) geöffnet oder geschlossen werden, wenn eine Amplitude des Stroms I2 im Umladezweig 2 kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Alternativ kann der Schaltzeitpunkt derart gewählt werden, dass eine vorbestimmte Zeitdauer zwischen dem Referenzzeitpunkt T0 und dem Schaltzeitpunkt liegt. 3c shows schematically temporal profiles of a capacitor voltage UC , a coil voltage UL and a stream 12 through the reloading branch 2nd (please refer 1 ), which occur when the of the transfer branch 2nd formed resonant circuit is a damped resonant circuit. It can be seen here that the current I2 in the transhipment branch 2nd never becomes zero. In this case, a switching time can be selected such that switching elements S1 , ..., S13 (please refer 1 ) be opened or closed when an amplitude of the current I2 in the transhipment branch 2nd is less than a predetermined threshold. Alternatively, the switching point in time can be selected such that a predetermined period of time between the reference point in time T 0 and the switching time.

Für jedes der in 3a, 3b und 3c dargestellten Ausführungsbeispiele ist der Schaltzeitpunkt vorzugsweise derart zu wählen, dass der Schaltvorgang erfolgt bzw. beendet ist, bevor der Strom I2 im Umladezweig 2 in eine Richtung fließt, die der Stromrichtung unmittelbar vor Beginn des Schaltvorgangs entgegengesetzt ist. Hierdurch kann ein Rückfluss von Strom in den Kondensator C vermieden werden, wodurch wiederum eine Effizienz des Ladungsausgleichs erhöht wird.For each of the in 3a , 3b and 3c In the exemplary embodiments shown, the switching time should preferably be selected such that the switching process takes place or has ended before the current I2 in the transhipment branch 2nd flows in a direction that the current direction is opposite immediately before the start of the switching process. This can cause a backflow of current into the capacitor C. can be avoided, which in turn increases the efficiency of charge balancing.

4 zeigt eine Umladevorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist eine Batterie mit einer Reihenschaltung von 24 Batteriezellen BT1, ..., BT24 sowie einem ersten Umladezweig 2 und einem weiteren Umladezweig 4. Der weitere Umladezweig 4 umfasst eine Reihenschaltung von einem Kondensator C4 und einer Spule L4 des weiteren Umladezweigs 4. Weiter dargestellt ist eine Kondensatorspannung UC4, die über dem Kondensator C4 des weiteren Umladezweigs 4 abfällt. Weiter dargestellt ist ein erster Anschluss A14 und ein weiterer Anschluss A24 des weiteren Umladezweigs 4. Der weitere Umladezweig 4 ist hierbei über den ersten Anschluss A14 mit einer dritten Verbindungsleitung BL3 und über den zweiten Anschluss A2 mit einer vierten Verbindungsleitung BL4 verbunden, insbesondere dauerhaft. 4th shows a transfer device 1 according to a further embodiment of the invention. A battery is shown with a series connection of 24 battery cells BT1 , ..., BT24 as well as a first transfer branch 2nd and another transfer branch 4th . The further transfer branch 4th comprises a series connection of a capacitor C4 and a coil L4 the further transfer branch 4th . A capacitor voltage is also shown UC4 that over the capacitor C4 the further transfer branch 4th falls off. A first connection is also shown A14 and another connector A24 the further transfer branch 4th . The further transfer branch 4th is over the first connection A14 with a third connecting line BL3 and via the second connection A2 with a fourth connecting line BL4 connected, especially permanently.

Der erste Umladezweig 2, der durch eine Reihenschaltung eines Kondensators C2 und einer Spule L2 des ersten Umladezweigs 2 gebildet wird, ist hierbei über einen ersten Anschluss A1 mit einer ersten Verbindungsleitung BL1 und über einen zweiten Anschluss A2 mit einer zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden, insbesondere dauerhaft.The first transfer branch 2nd by a series connection of a capacitor C2 and a coil L2 of the first transfer branch 2nd is formed here via a first connection A1 with a first connection line BL1 and via a second connection A2 with a second connection line BL2 connected, especially permanently.

Weiter sind Pluspole jeder ungeraden Batteriezelle BT1, BT3,..., BT13 einer ersten Teilmenge der Reihenschaltung aller Batteriezellen BT1, ..., BT24 über Schaltelemente S1, S3, ..., S13 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar. Weiter sind auch Minuspole jeder geraden Batteriezelle der ersten Teilmenge über Schaltelemente S3, ..., S15 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar. Hierbei umfasst die erste Teilmenge der Reihenschaltung aller Batteriezellen BT1, ..., BT 24 die Reihenschaltung von der ersten bis zur vierzehnten Batteriezelle BT1, ..., BT14. Weiter sind Pluspole jeder geraden Batteriezelle dieser ersten Teilmenge über Schaltelemente S2, S4, ..., S14 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar. Ebenfalls sind Minuspole jeder ungeraden Batteriezelle BT1, BT3,..., BT13 dieser ersten Teilmenge über Schaltelemente S2, S4, ..., S14 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar.There are also positive poles of every odd battery cell BT1 , BT3 , ..., BT13 a first subset of the series connection of all battery cells BT1 , ..., BT24 via switching elements S1 , S3 , ..., S13 with the first connecting line BL1 connectable. There are also negative poles of each straight battery cell of the first subset via switching elements S3 , ..., S15 with the first connecting line BL1 connectable. The first subset of the series connection comprises all battery cells BT1 , ..., BT 24th the series connection from the first to the fourteenth battery cell BT1 , ..., BT14 . Furthermore, positive poles of each straight battery cell of this first subset are via switching elements S2 , S4 , ..., S14 with the second connection line BL2 connectable. There are also negative poles of every odd battery cell BT1 , BT3 , ..., BT13 this first subset via switching elements S2 , S4 , ..., S14 with the second connection line BL2 connectable.

Weiter dargestellt ist eine weitere Teilmenge von Batteriezellen BT11, ..., BT24 der Reihenschaltung aller Batteriezellen BT1, ..., BT24, wobei diese weitere Teilmenge die Reihenschaltung von der elften Batteriezelle BT11 bis zur vierundzwanzigsten Batteriezelle BT24 umfasst.Another subset of battery cells is also shown BT11 , ..., BT24 the series connection of all battery cells BT1 , ..., BT24 , this further subset the series connection of the eleventh battery cell BT11 up to the twenty-fourth battery cell BT24 includes.

Weiter ist dargestellt, dass jeder Pluspol der ungeraden Batteriezellen BT11, BT13, BT15, BT17, ...,BT23 dieser weiteren Teilmenge über Schaltelemente S11a, S13a, S15a, S17,..., S23 mit der dritten Verbindungsleitung BL3 verbindbar sind. Weiter dargestellt ist, dass Minuspole jeder geraden Batteriezelle BT12, BT14, BT16, BT18, ..., BT24 dieser weiteren Teilmenge über Schaltelemente S13a, S15a, S17, ..., S25 mit der dritten Verbindungsleitung BL3 verbindbar sind.It is also shown that each positive pole of the odd battery cells BT11 , BT13 , BT15 , BT17 , ..., BT23 this further subset via switching elements S11a , S13a , S15a , S17 , ..., S23 with the third connecting line BL3 are connectable. It is also shown that the negative poles of each straight battery cell BT12 , BT14 , BT16 , BT18 , ..., BT24 this further subset via switching elements S13a , S15a , S17 , ..., S25 with the third connecting line BL3 are connectable.

Weiter dargestellt ist, dass Pluspole jeder geraden Batteriezelle der weiteren Teilmenge über Schaltelemente S12a, S14a, S16, S18,..., S24 mit der vierten Verbindungsleitung BL4 verbindbar sind. Weiter dargestellt ist, dass Minuspole jeder ungeraden Batteriezelle der weiteren Teilmenge über Schaltelemente S12a, S14a, S16, S18,..., S24 mit der vierten Verbindungsleitung BL4 verbindbar sind.It is also shown that positive poles of each straight battery cell of the further subset via switching elements S12a , S14a , S16 , S18 , ..., S24 with the fourth connection line BL4 are connectable. It is also shown that minus poles of each odd battery cell of the further subset via switching elements S12a , S14a , S16 , S18 , ..., S24 with the fourth connection line BL4 are connectable.

Somit kann für einen Ladungsausgleich zwischen Batteriezellen BT1,..., BT24 sowohl der Kondensator C2 des ersten Umladezweigs 2 als auch der Kondensator C4 des weiteren Umladezweigs 4 genutzt werden. Insbesondere können die Batteriezellen BT11,..., BT14 der Schnittmenge zwischen der ersten und der weiteren Teilmenge sowohl für einen Transport von Ladung/elektrischer Energie zwischen diesen Batteriezellen BT11,..., BT14 und dem Kondensator C2 des ersten Umladezweigs 2 als auch dem Kondensator C4 des weiteren Umladezweigs 4 genutzt werden. Somit kann also ein solcher Transport entweder zwischen dem Kondensator C2 des ersten Umladezweigs 2 und den Batteriezellen BT11,..., BT14 der Schnittmenge oder zwischen dem Kondensator C4 des weiteren Umladezweigs 4 und diesen Batteriezellen BT11,..., BT14 erfolgen.Thus, a charge balance between battery cells BT1 , ..., BT24 both the capacitor C2 of the first transfer branch 2nd as well as the capacitor C4 the further transfer branch 4th be used. In particular, the battery cells BT11 , ..., BT14 the intersection between the first and the further subset both for a transport of charge / electrical energy between these battery cells BT11 , ..., BT14 and the capacitor C2 of the first transfer branch 2nd as well as the capacitor C4 the further transfer branch 4th be used. Thus, such a transport can either be between the capacitor C2 of the first transfer branch 2nd and the battery cells BT11 , ..., BT14 the intersection or between the capacitor C4 the further transfer branch 4th and these battery cells BT11 , ..., BT14 respectively.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch Schaltelemente S1, ..., S25 mit niedrigen maximalen Spannungsfestigkeiten verwendet werden können.This advantageously results in switching elements S1 , ..., S25 can be used with low maximum dielectric strengths.

5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Umladevorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ein Umladezweig 2 mit einem Kondensator C und einer Spule L, die in Reihe geschaltet sind. Weiter dargestellt ist ein erster Anschluss A1 und ein zweiter Anschluss A2 des Umladezweigs 2. Weiter dargestellt ist eine Reihenschaltung von vier Batteriezellen BT1, BT2, BT3, BT4. Weiter dargestellt ist eine erste Verbindungsleitung BL1 und eine zweite Verbindungsleitung BL2. 5 shows a schematic circuit diagram of a transfer device 1 according to a further embodiment of the invention. A transfer branch is shown 2nd with a capacitor C. and a coil L connected in series. A first connection is also shown A1 and a second connector A2 of the transfer branch 2nd . Also shown is a series connection of four battery cells BT1 , BT2 , BT3 , BT4 . A first connecting line is also shown BL1 and a second connection line BL2 .

Die Pluspole jeder ungeraden Batteriezelle BT1, BT3 der Reihenschaltung von Batteriezellen BT1,..., BT4 sind über Schaltelemente S1, S3 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar. Die Minuspole jeder geraden Batteriezelle BT2, BT4 sind über Schaltelemente S3, S5 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbindbar. Die Pluspole jeder geraden Batteriezelle BT2, BT4 sind über Schaltelemente S2, S4 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar. Entsprechend sind Minuspole jeder ungeraden Batteriezelle BT1, BT3 über Schaltelemente S2, S4 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar.The plus poles of every odd battery cell BT1 , BT3 the series connection of battery cells BT1 , ..., BT4 are about switching elements S1 , S3 with the first connecting line BL1 connectable. The minus poles of every straight battery cell BT2 , BT4 are via switching elements S3 , S5 with the first connecting line BL1 connectable. The plus poles of every straight battery cell BT2 , BT4 are about switching elements S2 , S4 with the second connection line BL2 connectable. The negative poles of each odd battery cell are correspondingly BT1 , BT3 via switching elements S2 , S4 with the second connection line BL2 connectable.

Weiter dargestellt ist, dass der erste Anschluss A1 des Umladezweigs 2 über ein Schaltelement SA1 entweder mit der ersten Verbindungsleitung BL1 oder mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbindbar ist. Dies bedeutet, dass der erste Anschluss A1 über das Schaltelement SA1 entweder mit der ersten Verbindungsleitung BL1 oder mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden ist bzw. verbunden werden kann. Weiter dargestellt ist, dass der zweite Anschluss A2 über ein Schaltelement SA2 entweder mit der ersten Verbindungsleitung BL1 oder mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden ist bzw. verbunden werden kann. Die Schaltelemente SA1, SA2, über die die Anschlüsse A1, A2 mit den Verbindungsleitungen BL1, BL2 verbindbar sind, sind insbesondere als Wechselschaltelemente ausgebildet. Hierbei kann die Umladevorrichtung 1 derart konfiguriert sein, dass der zweite Anschluss A2 nicht mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbunden werden kann, wenn der erste Anschluss A2 über das Schaltelement SA1 mit der ersten Verbindungsleitung BL1 verbunden ist. Weiter kann der zweite Anschluss A2 über das Schaltelement SA2 nicht mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden werden, wenn der erste Anschluss A1 über das Schaltelement SA1 mit der zweiten Verbindungsleitung BL2 verbunden ist.It is also shown that the first connection A1 of the transfer branch 2nd via a switching element SA1 either with the first connecting line BL1 or with the second connecting line BL2 is connectable. This means that the first connection A1 via the switching element SA1 either with the first connecting line BL1 or with the second connecting line BL2 is connected or can be connected. It is also shown that the second connection A2 via a switching element SA2 either with the first connecting line BL1 or with the second connecting line BL2 is connected or can be connected. The switching elements SA1 , SA2 through which the connections A1 , A2 with the connecting lines BL1 , BL2 are connectable, are designed in particular as two-way switching elements. Here, the reloading device 1 be configured such that the second port A2 not with the first connection line BL1 can be connected when the first port A2 via the switching element SA1 with the first connecting line BL1 connected is. The second connection can continue A2 via the switching element SA2 not with the second connection line BL2 be connected when the first port A1 via the switching element SA1 with the second connection line BL2 connected is.

Hierbei können die Schaltelemente S1, ..., S5, über die Pole der Batteriezellen BT1, ..., BT4 mit Verbindungsleitungen BL1, BL2 verbindbar sind bzw. über die die Verbindung zwischen den Polen und den Verbindungsleitungen BL1, BL2 herstellbar oder trennbar ist, als Schaltelemente S1, ..., S5 einer ersten Schaltelementebene bezeichnet werden. Die Schaltelemente SA1, SA2, über die eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen A1, A2 des Umladezweigs 2 und den Verbindungsleitungen BL1, BL2 herstellbar oder trennbar sind, können als Schaltelemente einer zweiten Schaltelementebene bezeichnet werden.Here, the switching elements S1 , ..., S5 , over the poles of the battery cells BT1 , ..., BT4 with connecting lines BL1 , BL2 are connectable or via the connection between the poles and the connecting lines BL1 , BL2 can be produced or separated as switching elements S1 , ..., S5 a first switching element level. The switching elements SA1 , SA2 , through which an electrical connection between the connections A1 , A2 of the transfer branch 2nd and the connecting lines BL1 , BL2 that can be produced or separated can be referred to as switching elements of a second switching element level.

Hierbei umfasst die in 5 dargestellte Ausführungsform Schaltelemente der ersten und der zweiten Schaltelementebene. Die in 1 dargestellte Ausführungsform umfasst hierbei Schaltelemente der ersten Schaltelementebene, jedoch keine Schaltelemente der zweiten Schaltelementebene.Here, the in 5 Embodiment shown switching elements of the first and second switching element level. In the 1 The embodiment shown here comprises switching elements of the first switching element level, but no switching elements of the second switching element level.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
UmladevorrichtungReloading device
22nd
UmladezweigTranshipment branch
33rd
Steuer- und AuswerteeinrichtungControl and evaluation device
44th
weiterer Umladezweigfurther transfer branch
C, C2, C4C, C2, C4
Kondensatorcapacitor
L, L2, L4L, L2, L4
SpuleKitchen sink
RR
WiderstandselementResistance element
S1, ..., S25S1, ..., S25
SchaltelementSwitching element
BT1, ..., BT24BT1, ..., BT24
BatteriezelleBattery cell
BL1BL1
erste Verbindungsleitungfirst connection line
BL2BL2
zweite Verbindungsleitungsecond connecting line
BL3BL3
dritte Verbindungsleitungthird connecting line
BL4BL4
vierte Verbindungsleitungfourth connecting line
A1A1
erster Anschlussfirst connection
A2A2
zweiter Anschlusssecond connection
A14A14
erster Anschluss des weiteren Umladezweigsfirst connection of the further transfer branch
A24A24
weiterer Anschluss des weiteren Umladezweigsfurther connection of the further transfer branch
I2I2
Strom durch den UmladezweigCurrent through the transfer branch
UCUC
KondensatorspannungCapacitor voltage
ULUL
SpulenspannungCoil tension
T0 T 0
ReferenzzeitpunktReference time
TND T ND
NulldifferenzzeitpunktZero difference time
TIN T IN
NullstromzeitpunktZero current time

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102005045107 A1 [0002]DE 102005045107 A1 [0002]
  • DE 102017037094 A1 [0003]DE 102017037094 A1 [0003]

Claims (16)

Umladevorrichtung für eine Batterie, wobei die Batterie eine Reihenschaltung von mindestens zwei Batteriezellen (BT1,..., BT24) umfasst, wobei ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder einer ersten Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) über ein Schaltelement (S1,...,S25) mit einer ersten Verbindungsleitung (BL1) verbindbar ist, wobei ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder der ersten Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) über ein Schaltelement (S1,...,S25) mit einer weiteren Verbindungsleitung (BL2) verbindbar ist, wobei die Umladevorrichtung (1) mindestens einen ersten Umladezweig (2) umfasst, wobei ein erster Anschluss (A1) des Umladezweigs (2) mit der ersten Verbindungsleitung (BL1) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein weiterer Anschluss (A2) des Umladezweigs (2) mit der weiteren Verbindungsleitung (BL2) verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umladezweig (2) eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element und mindestens einem induktiven Element umfasst.Transfer device for a battery, the battery comprising a series connection of at least two battery cells (BT1, ..., BT24), with a positive pole of each odd battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) and a negative pole of each even battery cell (BT2 , BT4, ..., BT24) of the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) or a first subset of these battery cells (BT1, ..., BT24) with a switching element (S1, ..., S25) a first connecting line (BL1) can be connected, a positive pole of each even battery cell (BT2, BT4, ..., BT24) and a negative pole of each odd battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) of the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) or the first subset of these battery cells (BT1, ..., BT24) can be connected to a further connecting line (BL2) via a switching element (S1, ..., S25), the transfer device (1) at least comprises a first transfer branch (2), a first connection (A1) of the transfer branch (2) with the first connector Connection line (BL1) is connectable or connected, with a further connection (A2) of the transfer branch (2) being connectable or connected to the further connection line (BL2), characterized in that the transfer branch (2) is a series connection of at least one capacitive element and comprises at least one inductive element. Umladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umladezweig (2) eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element, mindestens einem induktiven Element und mindestens einem resistiven Element umfasst.Reloading device after Claim 1 , characterized in that the transfer branch (2) comprises a series connection of at least one capacitive element, at least one inductive element and at least one resistive element. Umladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Reihenschaltung im Umladezweig (2) einen ungedämpften oder einen bedämpften Schwingkreis bilden.Transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the elements of the series connection in the transfer branch (2) form an undamped or a damped resonant circuit. Umladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (A1) des Umladezweigs (2) nicht mit der weiteren Verbindungsleitung (BL2) und der weitere Anschluss (A2) des Umladezweigs nicht mit der ersten Verbindungsleitung (BL1) verbindbar ist.Transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the first connection (A1) of the transfer branch (2) cannot be connected to the further connecting line (BL2) and the further connection (A2) of the transfer branch cannot be connected to the first connecting line (BL1). Umladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Reihenschaltung von mindestens vier Batteriezellen (BT1,..., BT24) umfasst.Transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the battery comprises a series connection of at least four battery cells (BT1, ..., BT24). Umladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umladevorrichtung (2) einen weiteren Umladezweig (4) umfasst, wobei der weitere Umladezweig (4) eine Reihenschaltung von mindestens einem kapazitiven Element und mindestens einem induktiven Element umfasst, wobei ein erster Anschluss (A14) des weiteren Umladezweigs (4) mit einer dritten Verbindungsleitung (BL3) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein weiterer Anschluss (A24) des weiteren Umladezweigs (4) mit einer vierten Verbindungsleitung (BL4) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein Pluspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) und ein Minuspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) aller Batteriezellen (BT1,... , BT24) oder einer weiteren Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder von Batteriezellen einer weiteren Batterie über ein Schaltelement (S11a,...,S25) mit der dritten Verbindungsleitung (BL3) verbindbar ist, wobei ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle (BT2, BT4, ..., BT24) und ein Minuspol jeder ungeraden Batteriezelle (BT1, BT3, ..., BT23) aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder der weiteren Teilmenge dieser Batteriezellen (BT1,..., BT24) oder von Batteriezellen einer weiteren Batterie über ein Schaltelement (S11a,... ,S25) mit der vierten Verbindungsleitung (BL4) verbindbar ist.Transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transfer device (2) comprises a further transfer branch (4), the further transfer branch (4) comprising a series connection of at least one capacitive element and at least one inductive element, a first connection ( A14) of the further transfer branch (4) can be connected or connected to a third connecting line (BL3), wherein a further connection (A24) of the further transfer branch (4) can be connected or connected to a fourth connecting line (BL4), one positive pole of each odd Battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) and a negative pole of each straight battery cell (BT2, BT4, ..., BT24) of all battery cells (BT1, ..., BT24) or a further subset of these battery cells (BT1 ,. .., BT24) or battery cells of a further battery can be connected to the third connecting line (BL3) via a switching element (S11a, ..., S25), with one positive pole of each straight battery ie cell (BT2, BT4, ..., BT24) and a negative pole of each odd battery cell (BT1, BT3, ..., BT23) of all battery cells (BT1, ..., BT24) or the further subset of these battery cells (BT1 ,. .., BT24) or battery cells of a further battery can be connected to the fourth connecting line (BL4) via a switching element (S11a, ..., S25). Umladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umladevorrichtung (2) mindestens ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung einer Spannung über dem kapazitiven Element eines Umladezweigs (2, 4) und mindestens ein Mittel zur Erfassung oder Bestimmung einer Spannung über dem induktiven Element eines Umladezweigs (2, 4) umfasst.Transfer device according to one of the preceding claims, characterized in that the transfer device (2) has at least one means for detecting or determining a voltage across the capacitive element of a transfer branch (2, 4) and at least one means for detecting or determining a voltage across the inductive element of a transfer branch (2, 4). Verfahren zum Betrieb einer Umladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Entladezustand ein erster Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) mit dem Umladezweig (2) verbunden wird, wobei in einem Ladezustand ein weiterer Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) mit dem Umladezweig (2) verbunden wird, wobei mindestens eine Batteriezelle (BT1,..., BT24) des ersten Teilabschnitts nicht Teil des weiteren Teilabschnitts ist.Method for operating a reloading device (1) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that in a discharge state a first section of the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) is connected to the recharging branch (2), with a further section of the series connection of all battery cells (BT1, ... , BT24) is connected to the recharging branch (2), at least one battery cell (BT1, ..., BT24) of the first section not being part of the further section. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilabschnitt mehr Batteriezellen (BT1,..., BT24) als der weitere Teilabschnitt umfasst.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the first section comprises more battery cells (BT1, ..., BT24) than the further section. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilabschnitt mindestens drei Batteriezellen (BT1,..., BT24) umfasst.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the first section comprises at least three battery cells (BT1, ..., BT24). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltzeitpunkt zum Herstellen oder Trennen einer Verbindung eines Teilabschnitts der Reihenschaltung mit dem Umladezweig (2) derart gewählt wird, dass eine Amplitude des Stroms (12), der durch den Umladezweig (2) fließt, Null ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von Null abweicht. Procedure according to one of the Claims 8 to 11 , characterized in that a switching time for establishing or separating a connection of a section of the series connection to the transfer branch (2) is selected such that an amplitude of the current (12) flowing through the transfer branch (2) is zero or no longer as a predetermined measure deviates from zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung (UC) über dem mindestens eine kapazitiven Element und eine Spannung (UL) über dem mindestens einen induktiven Element des Umladezweigs (2) bestimmt oder erfasst wird, wobei ein Nulldifferenz-Zeitpunkt (TND) bestimmt wird, in dem die Spannung (UC) über dem mindestens einen kapazitiven Element nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Spannung (UL) über dem mindestens einen induktiven Element abweicht, wobei ein Schaltzeitpunkt zum Herstellen oder Trennen einer Verbindung eines Teilabschnitts der Reihenschaltung mit dem Umladezweig (2) in Abhängigkeit des Nulldifferenz-Zeitpunkts (TND) bestimmt wird.Procedure according to one of the Claims 8 to 11 , characterized in that a voltage (UC) across the at least one capacitive element and a voltage (UL) across the at least one inductive element of the transfer branch (2) is determined or detected, a zero difference time (T ND ) being determined, in which the voltage (UC) across the at least one capacitive element does not deviate from the voltage (UL) across the at least one inductive element, or does not deviate more than a predetermined amount, with a switching time for establishing or disconnecting a section of the series circuit from the Reloading branch (2) is determined as a function of the zero difference time (T ND ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt (TND) und einem Referenzzeitpunkt (T0) bestimmt wird, wobei der Schaltzeitpunkt derart festgelegt wird, dass eine Zeitdauer zwischen dem Schaltzeitpunkt und dem Referenzzeitpunkt (T0) dem Dreifachen der Zeitdauer zwischen dem Nulldifferenz-Zeitpunkt (TND) und dem Referenzzeitpunkt (T0) entspricht.Procedure according to Claim 12 , characterized in that a time period between the zero difference time (T ND ) and a reference time (T 0 ) is determined, the switching time being determined such that a time period between the switching time and the reference time (T 0 ) is three times the time period between the zero difference time (T ND ) and the reference time (T 0 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Umladezustand das mindestens eine kapazitive Element des Umladezweigs (2) mit mindestens einer Batteriezelle (BT1,..., BT24) derart verbunden wird, dass ein Umladen des kapazitiven Elements erfolgt.Procedure according to one of the Claims 8 to 13 , characterized in that in a recharging state the at least one capacitive element of the recharging branch (2) is connected to at least one battery cell (BT1, ..., BT24) such that the capacitive element is recharged. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Entladezustand ein erster Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) mit einem weiteren Umladezweig (4) verbunden wird und/oder in einem weiteren Ladezustand ein Teilabschnitt der Reihenschaltung aller Batteriezellen (BT1,..., BT24) mit dem weiteren Umladezweig (4) verbunden wird.Procedure according to one of the Claims 8 to 14 , characterized in that in a further discharge state a first section of the series connection of all battery cells (BT1, ..., BT24) is connected to a further transfer branch (4) and / or in a further state of charge a section of the series connection of all battery cells (BT1, ... ..., BT24) is connected to the further transfer branch (4). Fahrzeug mit einer Batterie und einer Umladevorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.Vehicle with a battery and a transfer device (1) according to one of the Claims 1 to 7 .
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