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Die vorliegende Erfindung betrifft ein (Batterie-)Zellmodul sowie ein Verfahren zum Betreiben des Zellmoduls, insbesondere als Teil einer entsprechenden Batterie.
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Zellmodule, die aus einer Anzahl von Zellen bestehen, benötigen insbesondere bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen eine Zellüberwachung, um die Zellen immer im korrekten Betriebsfenster zu betreiben. Für diesen Zweck werden auf Controller-Platinen, die zur Überwachung der Zellen verwendet werden (cell monitoring controller, CMC), spezielle integrierte Schaltkreise zur Überwachung der Zellspannungen eingesetzt, die individuell für diesen Zweck entwickelt und angeboten werden. Ein solcher spezieller integrierter Schaltkreis wird auch als anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis bezeichnet (application-specific integrated circuit, ASIC), für den nachfolgend die englische Abkürzung ASIC verwendet wird.
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Ein ASIC verfügt dabei immer über eine bestimmte Anzahl von Messeingängen und kann somit nur eine bestimmte Anzahl von Zellen überwachen. Ist die Anzahl der zu überwachenden Zellen im Zellmodul größer als die Anzahl der Messkanäle des ASIC, so müssen mehrere ASIC zur Überwachung der Zellen des Zellmoduls eingesetzt werden. Idealerweise wird die Anzahl der Zellen gleichmäßig auf die ASIC verteilt. Ist beispielsweise ein ASIC auf die Überwachung von sechs Zellen ausgelegt und verfügt das Zellmodul über zehn Zellen, so werden zwei ASICs eingesetzt, wobei jeder ASIC fünf Zellen überwacht. Hierzu können die beiden Pole einer Zelle mit entsprechenden Messeingängen elektrisch gekoppelt sein, so dass die zwischen den Polen anliegende Zellspannung ermittelt werden kann. Dennoch kann es vorkommen, dass ein Zellmodul über eine ungerade Anzahl von Zellen verfügt oder aufgrund der hohen Zellanzahl eine Mehrzahl von ASICs verwendet werden muss, so dass nicht jeder ASIC mit der gleichen Anzahl von Zellen zur Überwachung verbunden wird.
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Damit ein ASIC die Zellspannung korrekt messen kann, muss der positive Spannungsversorgungsanschluss des ASIC, beispielsweise der Vcc-Anschluss, mit dem Pluspol der ersten (bzw. letzten) überwachten Zelle und der negative Spannungsversorgungsanschluss, beispielsweise der GND-Anschluss, muss entsprechend mit dem Minuspol der letzten (bzw. ersten) überwachten Zelle verbunden werden. Ein ASIC entnimmt dabei den Zellen, an die er angeschlossen ist, den benötigten Versorgungsstrom. Weist ein ASIC eine kleinere Anzahl angeschlossener Zellen auf als ein anderer ASIC der Controller-Platine, so werden die Zellen des Zellmoduls stärker belastet, die an den ASIC mit der geringeren Zellanzahl angeschlossen sind. Dieser Umstand führt über die Lebensdauer der Batterie dazu, dass diese Zellen kontinuierlich immer etwas stärker belastet sind als die übrigen Zellen der Batterie. Dies führt zu einem inhomogenen Alterungsverhalten der Zellen der Batterie, was wiederum den insgesamt nutzbaren Betriebsbereich stark einschränkt, da jeweils die am stärksten gealterte Zelle das nutzbare Betriebsfenster vorgibt.
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Ausgehend davon kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, ein Zellmodul und ein dazugehöriges Betriebsverfahren bereitzustellen, so dass eine inhomogene Alterung der Zellen vermieden werden kann.
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Eine Lösung hierfür wird durch das erfindungsgemäße Zellmodul, durch eine auf diesem aufbauende Batterie sowie durch ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Zellmoduls gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der beiliegenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wird ein Zellmodul bereitgestellt, welches insbesondere in einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, etwa eines Elektrofahrzeugs, verwendet werden kann. Unter dem Zellmodul wird eine Untereinheit innerhalb einer Batterie verstanden, die mindestens zwei (Energiespeicher-)Zellen aufweist, die für die Dauer des Betriebs des Zellmoduls miteinander elektrisch verbunden sind. Jede Zelle kann beispielsweise einer galvanischen Sekundärzelle entsprechen. Das erfindungsgemäße Zellmodul weist eine Mehrzahl von Zellen, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und mindestens zwei Zellüberwachungsschaltkreise zur Ermittlung einer zwischen den Polen von Zellen vorliegenden Spannung (Zellspannung) auf, wobei jeder Zellüberwachungsschaltkreis zwei Spannungsversorgungsanschlüsse aufweist, wobei ein erster Spannungsversorgungsanschluss mit einem positiven Pol (Pluspol) einer Zelle gekoppelt ist und ein zweiter Spannungsversorgungsanschluss mit einem negativen Pol (Minuspol) einer Zelle gekoppelt ist. Damit bezieht ein Zellüberwachungsschaltkreis, welcher einem ASIC entsprechen kann, seine Betriebsenergie aus der Reihenschaltung von Zellen zwischen den und inklusive der Zellen, an die seine Spannungsversorgungsanschlüsse gekoppelt sind. Bei dem ersten Spannungsversorgungsanschluss kann es sich um einen positiven Pol und bei dem zweiten Spannungsversorgungsanschluss kann es sich entsprechend um einen negativen Pol des Zellüberwachungsschaltkreises handeln.
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Das erfindungsgemäße Zellmodul weist ferner eine Schaltvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, den ersten Spannungsversorgungsanschluss des ersten Zellüberwachungsschaltkreises und den zweiten Spannungsversorgungsanschluss des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises wahlweise mit jeweils einem von zwei positiven Polen bzw. mit jeweils einem von zwei negativen Polen unterschiedlicher Zellen zu koppeln. Anders ausgedrückt ist die Schaltvorrichtung eingerichtet, die Position des Anschlusspunktes eines der Spannungsversorgungsanschlüsse von mindestens zwei Zellüberwachungsschaltkreisen an der Reihenschaltung der Zellen zu versetzen. Dabei kann bevorzugt die Position des Anschlusspunktes eines Spannungsversorgungsanschlusses von einer Position zwischen zwei aneinander gekoppelten Zellen zu einer Position zwischen einer dieser Zellen und ihrer Nachbarzelle umgeschaltet werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Zellmoduls kann die Schaltvorrichtung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweisen, wobei jeder der Schalter einem einpoligen Wechselschalter entsprechen kann. Der erste Schalter kann mit seinen Kontakten an den ersten Spannungsversorgungsanschluss eines Zellüberwachungsschaltkreises und an zwei positive Pole von zwei ersten Zellen gekoppelt sein. Das heißt, dass je nach Stellung des ersten Schalters der erste Spannungsversorgungsanschluss wahlweise mit dem positiven Pol von einer von zwei ersten Zellen gekoppelt ist. Insbesondere können die zwei ersten Zellen benachbarte Zellen sein, d.h. mit Pluspol an Minuspol aneinander gekoppelte Zellen. In gleicher Weise kann der zweite Schalter einem einpoligen Wechselschalter entsprechen und mit seinen Kontakten an den zweiten Spannungsversorgungsanschluss des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises und an zwei negative Pole von zwei zweiten Zellen gekoppelt sein. Das heißt, dass je nach Stellung des zweiten Schalters der zweite Spannungsversorgungsanschluss mit dem negativen Pol von einer der zwei zweiten Zellen gekoppelt ist, wobei auch die zwei zweiten Zellen benachbart sein können. Jedenfalls können die zwei ersten Zellen um eine Zelle gegenüber den zwei zweiten Zellen in der Reihenschaltung der Zellen verschoben/versetzt sein. Die Schaltkonfiguration der Schaltvorrichtung ist ferner derart ausgestaltet, dass ein Umschaltvorgang bewirkt, dass der Anschlusspunkt des ersten Spannungsversorgungsanschlusses und der Anschlusspunkt des zweiten Spannungsversorgungsanschlusses, bevorzugt synchron, in gleicher Richtung entlang der Reihenschaltung der Zellen versetzt werden. Da in der Reihenschaltung der Zellen jeder Pol einer Zelle mit einem Gegenpol ihrer benachbarten Zellen gekoppelt ist, bewirkt ein Umschaltvorgang, dass der Anschlusspunkt des ersten Spannungsversorgungsanschlusses und der Anschlusspunkt des zweiten Spannungsversorgungsanschlusses sozusagen um eine Zelle weiter in der Reihenschaltung der Zellen versetzt werden. Insbesondere können bei beiden Schaltstellungen der Schaltvorrichtung der Anschlusspunkt des ersten Spannungsversorgungsanschlusses des ersten Zellüberwachungsschaltkreises und der Anschlusspunkt des zweiten Spannungsversorgungsanschlusses des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises gleich sein bzw. auf dem gleichen Potential innerhalb der Reihenschaltung der Zellen liegen. Bei den Zählwörtern „erster“ und „zweiter“ handelt es sich um eine willkürliche Nummerierung, welche mindestens zwei von einer Mehrzahl von Zellüberwachungsschaltkreisen auszeichnen soll, die einen schaltbaren Spannungsversorgungsanschluss haben. Statt zwei getrennten Wechselschaltern kann die Schaltvorrichtung einen zweipoligen Wechselschalter aufweisen.
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Die Ansteuerung der Schalter der Schaltvorrichtung, unabhängig von ihrer Ausgestaltung, kann durch die Zellüberwachungsschaltkreise selbst vorgenommen werden, welche für gewöhnlich eine Anzahl von GPIO-Kontakten (GPIO - general purpose input/output: Allzweckeingabe/-Ausgabe) aufweisen, über welche die Schalter angesteuert werden können. Ferner können die Zellüberwachungsschaltkreise untereinander kommunizieren, um eine synchrone Umschaltung der Schalter zu bewirken.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Zellmoduls können der erste Spannungsversorgungsanschluss des ersten Zellüberwachungsschaltkreises und der zweite Spannungsversorgungsanschluss des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises miteinander gekoppelt sein und einen vereinten Spannungsversorgungsanschluss der beiden Zellüberwachungsschaltkreise bilden. Zugleich kann dann die Schaltvorrichtung einen vereinten Schalter aufweisen, welcher eingerichtet ist den Spannungsversorgungsanschluss mit jeweils einem von zwei Anschlusspunkten zu koppeln, wovon einer mit einem Pol einer Zelle und der andere mit dem anderen Pol (Gegenpol) derselben Zelle gekoppelt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die zuvor erwähnten zwei Schalter mittels eines vereinten Schalters realisiert. Gegebenenfalls müssen hier Wechselwirkungen zwischen den beiden zusammengeschalteten Zellüberwachungsschaltkreisen berücksichtigt werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Zellmoduls kann an jeden umschaltbaren Spannungsversorgungsanschluss eines Zellüberwachungsschaltkreises eine Pufferkapazität gekoppelt sein, die derart dimensioniert ist, dass der Anschlusspunkt jedes der umschaltbaren Spannungsversorgungsanschlüsse während des Betriebs des Zellüberwachungsschaltkreises umschaltbar ist. Dadurch ist die Umschaltung der Anschlusspunkte der umschaltbaren Spannungsversorgungsanschlüsse jederzeit möglich und nicht nur auf Zeitpunkte vor Inbetriebnahme des Zellmoduls beschränkt, etwa auf den Zeitpunkt des Neustarts des Fahrzeugs.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Zellmoduls kann jeder Zellüberwachungsschaltkreis eine Mehrzahl von Messeingängen aufweisen, wovon jeder mit mindestens einem Pol einer Zelle gekoppelt ist. Bis auf Randzellen der Reihenschaltung der Zellen kann jeder Messeingang zum Abtasten eines Potentials am Pol und zugleich am Gegenpol der Nachbarzelle verwendet werden. Ferner kann zwischen einem der Messeingänge jedes Zellüberwachungsschaltkreises, bei dem ein Spannungsversorgungsanschluss schaltbar ausgestaltet ist, und seinem entsprechenden Anschlusspunkt an einem Pol einer Zelle, ein Aktivierungsschalter angeordnet sein. Bei dem Aktivierungsschalter kann es sich um einen einfachen Schließschalter bzw. einpoligen Einschalter handeln. Die Aktivierungsschalter können synchron mit der Schaltvorrichtung geschaltet werden um dem Umstand Rechnung zu tragen, dass sich durch den Schaltvorgang der Schaltvorrichtung die Anzahl der von einem Zellüberwachungsschaltkreis überwachten Zellen (d.h. die Anzahl der Zellen zwischen den Anschlusspunkten seiner beiden Spannungsversorgungsanschlüsse) ändert.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird ferner eine Batterie bereitgestellt, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, etwa eines Elektrofahrzeugs, welche mindestens ein hierin beschriebenes Zellmodul aufweist.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird ferner ein Verfahren zum Betreiben eines hierin beschriebenen Zellmoduls bereitgestellt, aufweisend ein Umschalten der Schaltvorrichtung, um einen Schaltzustand von jeweils einem der beiden Spannungsversorgungsanschlüsse von mindestens zwei Zellüberwachungsschaltkreisen bezüglich der Pole der Zellen zu verändern. Wie bereits erläutert, entspricht die Änderung des Schaltzustands der schaltbaren Spannungsversorgungsanschlüsse einer Änderung ihrer Anschlusspunkte an der Reihenschaltung der Zellen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Umschalten der Aktivierungsschalter derjenigen Zellüberwachungsschaltkreise aufweisen, bei denen der Schaltzustand der Spannungsversorgungsanschlüsse mittels der Schaltvorrichtung verändert worden ist, bevorzugt gleichzeitig mit dem Umschalten der Schaltvorrichtung. Das Umschalten der Aktivierungsschalter bewirkt, dass Messeingänge der dazugehörigen Zellüberwachungsschaltkreise aktiviert bzw. deaktiviert werden und so ihre Anzahl an die veränderte Anzahl der Zellen angepasst wird, die ein Zellüberwachungsschaltkreis nach erfolgtem Schaltvorgang der Schaltvorrichtung überwacht bzw. die diesem zwecks Überwachung der Zellspannung zugeordnet sind.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann es sich bei der Batterie um eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs handeln und das Umschalten der Schaltvorrichtung kann zyklisch bei jedem Neustart des Fahrzeugs erfolgen. Ferner kann das Umschalten in Intervallen erfolgen, wobei versucht wird, die Intervalle möglichst gleich lang zu halten. Dazu kann von mindestens einem Zellüberwachungsschaltkreis oder einem gesonderten Modul die Zeit aufgezeichnet werden, während welcher ein Schaltzustand der Schaltvorrichtung vorgelegen hat. Nach Erreichen eines Schwellenwertes kann unverzüglich oder erst beim nächsten erfolgenden Neustart des Fahrzeugs der entsprechend andere Schaltzustand der Schaltvorrichtung eingestellt werden. Dadurch kann eine gleichmäßige Beanspruchung der Zellen angestrebt werden trotz möglicherweise sehr inhomogenen Fahrzeug-Inbetriebnahmezeiten (beispielsweise eine längere Autobahnfahrt gefolgt von einer Anzahl kurzer Fahrten).
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Die Schaltvorrichtung sowie die Aktivierungsschalter können als energiesparende Transistor-Schaltung implementiert sein, beispielsweise auf Basis von MOSFETs.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- 1 zeigt einen Schaltplan eines üblichen Zellmoduls gemäß Stand der Technik.
- 2 zeigt einen ersten Schaltzustand eines Zellmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt einen zweiten Schaltzustand eines Zellmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Schaltplan eines üblichen Zellmoduls 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Zwischen einem ersten Anschlusskontakt 2 und einem zweiten Anschlusskontakt 3 des Zellmoduls 1 ist eine Reihenschaltung 4 von fünf Zellen 41-45 angeordnet, nämlich eine erste Zelle 41, eine zweite Zelle 42, eine dritte Zelle 43, eine vierte Zelle 44 und eine fünfte Zelle 45 in Reihe geschaltet. Bis auf die erste Zelle 41 und die fünfte Zelle 45, welche Randzellen bzw. außenliegende Zellen der Reihenschaltung 4 darstellen, sind die inneren Zellen mit ihren Gegenpolen aneinander gekoppelt. Zur Überwachung der Zellspannung der Zellen 41-45 sind ein erster Zellüberwachungsschaltkreis 5 und ein zweiter Zellüberwachungsschaltkreis 6 bereitgestellt. Der erste Zellüberwachungsschaltkreis 5 weist vier Messeingänge 51-54 auf, wovon die letzten drei Messeingänge 52-54 mit jeweils einem Pol einer Zelle gekoppelt sind. Hier ist zu beachten, dass beispielsweise der dritte Messeingang 53 eine Doppelfunktion erfüllt, da er sowohl mit dem Pluspol der ersten Zelle 41 als auch mit dem Minuspol 42 der zweiten Zelle 42 gekoppelt ist. Der erste Zellüberwachungsschaltkreis 5 weist einen ersten Spannungsversorgungsanschluss 55, welcher an den Pluspol der zweiten Zelle 42 gekoppelt ist, und einen zweiten Spannungsversorgungsanschluss 56 auf, welcher an den Minuspol der ersten Zelle 41 gekoppelt ist. Damit stellen die ersten beiden Zellen 41, 42 die Betriebsspannung für den ersten Zellüberwachungsschaltkreis 5 bereit und sind zugleich dem ersten Zellüberwachungsschaltkreis 5 zur Überwachung der Zellspannung zugeordnet. Da der erste Zellüberwachungsschaltkreises 5 für die Bestimmung der Zellspannung von insgesamt drei Zellen ausgelegt ist, wird einer der Messeingänge (hier der erste Messeingang 51) nicht verwendet.
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Der zweite Zellüberwachungsschaltkreise 6 weist ebenfalls vier Messeingängen 61-64 auf und ist analog zum ersten Zellüberwachungsschaltkreis 5 mit der Reihenschaltung 4 der Zellen 61-64 gekoppelt: sein erster Spannungsversorgungsanschluss 65 ist an den Pluspol der fünften Zelle 45 gekoppelt und sein zweiter Spannungsversorgungsanschluss 66 ist an den Minuspol der dritten Zelle 43 gekoppelt. Damit stellen die dritte, vierte und fünfte Zelle 43 - 45 die Betriebsspannung für den zweiten Zellüberwachungsschaltkreis 6 bereit und sind zugleich dem zweiten Zellüberwachungsschaltkreis 6 zur Überwachung der Zellspannung zugeordnet.
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Das in 1 Szenario veranschaulicht den bereits angesprochenen Fall einer ungleichmäßigen Belastung der Zellen 41-45. Da der erste Zellüberwachungsschaltkreis 5 nur aus zwei Zellen 41, 42 und der zweite Zellüberwachungsschaltkreis 6 jedoch aus drei Zellen 43-45 versorgt wird, werden die ersten beiden Zellen 41, 52 insgesamt stärker belastet als die übrigen drei Zellen 43-45. Dies führt zu einer höheren Belastung und somit zur vorzeitigen Alterung der ersten und zweiten Zelle 41, 42.
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Zur Vermeidung der ungleichmäßigen Belastung wird ein Zellmodul 10 mit einem Schaltaufbau gemäß 2 bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Zellmodul 10 ist gegenüber dem in 1 gezeigten Zellmodul 1 dahingehend modifiziert, dass eine zyklische Umschaltung der Spannungsversorgung der Zellüberwachungsschaltkreise 5, 6 möglich ist, so dass die Zellen eines Zellmoduls im Mittel eine gleichmäßige Belastung erfahren. Da der Aufbau des erfindungsgemäßen Zellmoduls 10 in Grundzügen dem in 1 gezeigten Aufbau ähnelt, sind die gleichen Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen worden und werden nicht erneut im Detail beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Zellmodul 10 ist mittels vier Schaltern - einem ersten Schalter S1, einem zweiten Schalter S2, einem dritten Schalter S3 und einem vierten Schalter S4 - gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Zellmodul (1) erweitert worden, wobei der erste und der zweite Schalter S1, S2 die zuvor definierte Schaltvorrichtung bilden. Mittels des ersten Schalters S1 kann der erste Spannungsversorgungsanschluss 55 des ersten Zellüberwachungsschaltkreises 5 wahlweise mit dem Pluspol der zweiten Zelle 42 oder mit dem Pluspol der dritten Zelle 43 gekoppelt werden. Analog dazu kann mittels des zweiten Schalters S2 der zweite Spannungsversorgungsanschluss 66 des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises 6 wahlweise mit dem Minuspol der dritten Zelle 43 oder mit dem Minuspol der vierten Zelle 44 gekoppelt werden.
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Die in 2 gezeigte Schaltstellung der Schalter S1, S2 entspricht einem ersten Schaltzustand des Zellmoduls 10 bzw. der Schaltvorrichtung und zugleich dem invariablen Zustand des in 1 veranschaulichten Zellmoduls 1 gemäß Stand der Technik. Zusätzlich sind der dritte Schalter S3 und der vierte Schalter S4 in dem Zellmodul 10 vorgesehen, um nicht benötigte Messeingänge der Zellüberwachungsschaltkreise 5, 6 inaktiv zu schalten. So ist bei der ersten Schaltstellung der dritte Schalter S3 geöffnet, da dem ersten Zellüberwachungsschaltkreis 5 nur die ersten beiden Zellen 41, 42 zugeordnet sind und die dritte Zelle 43 nicht vom ersten, sondern vom zweiten Zellüberwachungsschaltkreis 6 überwacht wird. Deshalb ist zugleich der vierte Schalter S4 geschlossen. Der dritte und vierte Schalter S3, S4 müssen nicht als gesonderte Bauteile vorliegen, sondern können auch in dem dazugehörigen Zellüberwachungsschaltkreis 5, 6 integriert sein bzw. ihre Funktionalität kann in dem dazugehörigen Zellüberwachungsschaltkreis 5, 6 integriert sein, indem die entsprechenden Messeingänge schaltbar ausgestaltet sind.
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In 3 ist eine zweite Schaltstellung des Zellmoduls 10 bzw. der Schalter gezeigt, welche aus der in 2 gezeigten ersten Schaltstellung durch Umlegen der vier Schalter S1-S4 hervorgeht und einen zweiten Schaltzustand des Zellmoduls 10 definiert. Das Umschalten der vier Schalter S1-S4 bewirkt, dass nun der erste Spannungsversorgungsanschluss 55 des ersten Zellüberwachungsschaltkreises 5 an den Pluspol der dritten Zelle 43 gekoppelt ist und zugleich der zweite Spannungsversorgungsanschluss 66 des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises 6 an den Minuspol der vierten Zelle 44 gekoppelt ist. Zusätzlich werden der dritte und vierte Schalter S3, S4 umgeschaltet, um den wieder benötigten ersten Messeingang 51 des ersten Zellüberwachungsschaltkreises 5 betriebsbereit zu schalten und den nicht benötigten vierten Messeingang 64 des zweiten Zellüberwachungsschaltkreises 6 zu deaktivieren.
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Aus dem Vergleich der beiden in den 2 und 3 veranschaulichten Schaltstellungen geht hervor, dass ein Schaltvorgang der Schaltvorrichtung bewirkt, dass eine Zelle - hier die dritte Zelle 43 - sozusagen von einem Zellüberwachungsschaltkreis an einen anderen Zellüberwachungsschaltkreis übergeben wird, beispielsweise an einen Zellüberwachungsschaltkreis, welcher zur Überwachung benachbarter Zellen vorgesehen ist. Hierbei wird die Zuordnung der Zellen zu einem Zellüberwachungsschaltkreis über die Lage seiner Spannungsversorgungsanschlüsse definiert, wobei alle Zellen, die in der Reihenschaltung 4 der Zellen 41-45 zwischen den Spannungsversorgungsanschlüssen eines Zellüberwachungsschaltkreises angeordnet sind, als diesem Zugeordnet betrachtet werden. Anders ausgedrückt bewirkt ein Umschalten der Schaltvorrichtung, dass der Anschlusspunkt eines Spannungsversorgungsanschlusses eines Zellüberwachungsschaltkreises und ein Anschlusspunkt eines dazu gegenpoligen Spannungsversorgungsanschlusses eines weiteren Zellüberwachungsschaltkreises zusammen gleichsinnig (d.h. z.B. entlang des Potentialgefälles oder Potentialanstiegs innerhalb der Reihenschaltung 4 der Zellen) von ihrer Position zwischen einem Zellenpaar zu einer Position zwischen einer Zelle dieses Zellenpaars und einer dazu benachbarten Zelle überführt werden.
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Folglich ist die Schaltvorrichtung eingerichtet, ein gleichsinniges bzw. in die gleiche Richtung wirkendes Versetzen der Anschlusspunkte von gegenpoligen Spannungsversorgungsanschlüssen von zwei Zellüberwachungsschaltkreisen herbeizuführen, die bevorzugt zusammenhängende benachbarte Untergruppen von Zellen in der Reihenschaltung 4 überwachen. Durch einen zeitlich ausgeglichenen Betrieb des Zellmoduls 10 in beiden Schaltzuständen kann eine im Mittel ausgewogene oder gleichmäßige Beanspruchung der Zellen 41-45 durch die ASICs erreicht werden. Dadurch kann eine gleichmäßige Alterung der Zellen erreicht werden, was zu Erhöhung der Lebensdauer des Zellmoduls und des Ausnutzungsgrades der Zellmodule führt. Bei Verwendung des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Zellmoduls sowie des dazugehörigen Betriebsverfahrens können zudem die erforderlichen Balancing-Zeiten reduziert werden, da der Aufbau bereits auf eine gleichmäßige Beanspruchung der Zellen ausgelegt ist. Die genannten Vorteile lassen sich durch eine vergleichsweise einfache Abwandlung der bekannten Zellmodultopologie realisieren bei Verwendung von nur wenigen Zusatzelementen.
