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
Die
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
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 in2a dargestellte Umladevorrichtung in einem Entladezustand, -
2c die in2a 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.
-
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 the2a Reloading device shown in a discharge state, -
2c in the2a 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 -
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.
Hierbei bilden die erste Batteriezelle
Weiter umfasst die Umladevorrichtung Schaltelemente
In
Weiter ist dargestellt, dass ein Pluspol jeder geraden Batteriezelle
Weiter dargestellt ist, dass die Umladevorrichtung
Weiter dargestellt ist, dass der zweite Anschluss
Insbesondere ist der zweite Anschluss
Hierbei ist dargestellt, dass der Umladezweig
Weiter dargestellt ist eine Kondensatorspannung
Die Reihenschaltung des Widerstands
Schematisch dargestellt ist eine Steuer- und Auswerteeinrichtung
Im erläuterten Ausführungsbeispiels werden in einem Entladezustand zwei Schaltelemente, nämlich das dritte Schaltelement
Nach einer vorbestimmten Zeitdauer oder nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Ladezustands des Kondensators
Dann, also zeitlich nach dem Entladezustand und dem auf dem Entladezustand folgenden Leerlaufzustand wird der in
Es ist möglich, dass die im Entladezustand geschlossenen Schaltelemente
Es ist anzumerken, dass die in den
Aus den
Dargestellt ist, dass sowohl die Kondensatorspannung
Der Zeitpunkt
Weiter dargestellt ist ein Nulldifferenzzeitpunkt
Weiter dargestellt ist ein Nullstromzeitpunkt
Vorzugsweise wird ein Schaltzeitpunkt zum Öffnen oder Schließen von Schaltelementen
In
Somit kann auch für einen als unterdämpfter Resonanzschwingkreis ausgebildeten Umladezweig
Für jedes der in
Der erste Umladezweig
Weiter sind Pluspole jeder ungeraden Batteriezelle
Weiter dargestellt ist eine weitere Teilmenge von Batteriezellen
Weiter ist dargestellt, dass jeder Pluspol der ungeraden Batteriezellen
Weiter dargestellt ist, dass Pluspole jeder geraden Batteriezelle der weiteren Teilmenge über Schaltelemente
Somit kann für einen Ladungsausgleich zwischen Batteriezellen
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch Schaltelemente
Die Pluspole jeder ungeraden Batteriezelle
Weiter dargestellt ist, dass der erste Anschluss
Hierbei können die Schaltelemente
Hierbei umfasst die in
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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