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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem. Das Batteriesystem umfasst dabei einen Systemausgang, der ein positives Systemterminal und ein negatives Systemterminal aufweist, und mehrere seriell miteinander zwischen den Systemterminals verschaltete Batterielevels, die jeweils ein oder mehrere parallel miteinander verschaltete Batteriepacks aufweist, wobei die Batteriepacks jeweils ein Batteriemodul, das mindestens eine Batteriezelle, einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, einen Packausgang, der ein positives Packterminal und ein negatives Packterminal aufweist, und eine Schalteinheit zur elektrischen Verbindung des Batteriemoduls mit dem Packausgang umfassen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst.
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Die Erfindung betrifft auch eine stationäre Anlage, die mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein batteriebetriebenes Gerät, das mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst.
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Stand der Technik
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Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. In solchen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, wie z. B. Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, werden aufladbare Batterien eingesetzt, vorwiegend um elektrische Antriebseinrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Zweitnutzungen von Batterien werden aus Kostengründen und Ressourcenschonung immer wichtiger. Mehrere Fahrzeug-Batterien sollen nach ihrer Nutzungszeit im Fahrzeug als Stationärer Energiespeicher genutzt werden. Hierbei werden mehrere solcher Batterien parallel und/oder seriell miteinander verschaltet. Probleme entstehen hier zum Beispiel durch unterschiedliche Alterungszustände der Batterien. Ein dynamisches Umschalten zwischen den einzelnen Batterien ist nicht möglich oder aufwendig.
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Das Dokument
US 2006/0007627 A1 beschreibt ein intelligentes Relaissystem für elektronische Schaltanordnungen. Das Relaissystem umfasst mindestens ein Relais, mindestens einen peripheren Sensor, der Daten in Bezug auf das Relaissystem erfasst, und einen Steuerlogikteil, der mit dem Relais und dem Sensor verbunden ist.
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Aus dem Dokument
US 2015/0028817 A1 ist eine Batteriesteuerschaltung für eine Batterie bekannt, die mehrere Batterieblöcke umfasst. Die Batteriesteuerschaltung umfasst eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, eine erste Anzahl von Batterieblöcke und eine zweite Anzahl von Batterieblöcke auszuwählen und die Kopplung der ersten und der zweiten Anzahl der Batterieblöcke mit Spannungsanschlüssen zu steuern.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Batteriesystem vorgeschlagen. Dabei umfasst das Batteriesystem einen Systemausgang, der ein positives Systemterminal und ein negatives Systemterminal aufweist. Das Batteriesystem umfasst ferner mehrere seriell miteinander zwischen den Systemterminals verschaltete Batterielevels, die jeweils ein oder mehrere parallel miteinander verschaltete Batteriepacks aufweist.
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Die Batteriepacks umfassen dabei jeweils ein Batteriemodul, das mindestens eine Batteriezelle, einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, einen Packausgang, der ein positives Packterminal und ein negatives Packterminal aufweist, und eine Schalteinheit zur elektrischen Verbindung des Batteriemoduls mit dem Packausgang. Mittels der Schalteinheit kann das Batteriemodul elektrisch mit dem Packausgang verbunden, sowie von dem Packausgang getrennt werden.
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Das Batteriemodul kann mehrere Batteriezellen umfassen, die innerhalb der Batteriemodule sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltetet sein können. Die Batteriezellen sind vorzugsweise als Lithium- lonen-Batteriezellen ausgeführt.
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Erfindungsgemäß weist die Schalteinheit der jeweiligen Batteriepacks ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement auf. Die Schaltelemente weisen jeweils drei Anschlüsse auf, wobei zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss eine Schaltstrecke gebildet ist, welche mittels eines dritten Anschlusses ansteuerbar ist. Die Schalteinheiten sind vorzugsweise identisch aufgebaut und auf gleiche Art mit dem Batteriemodul und mit dem Packausgang verbunden.
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Dabei ist ein erster Anschluss des ersten Schaltelements mit einem Knotenpunkt verbunden, und ein zweiter Anschluss des ersten Schaltelements mit einem der Pole des Batteriemoduls verbunden. Ein erster Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem Knotenpunkt verbunden, und ein zweiter Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit einem der Packterminals des Packausgangs verbunden. Ein erster Anschluss des dritten Schaltelements ist mit dem anderen der Pole des Batteriemoduls und mit dem anderen der Packterminals des Packausgangs verbunden, und ein zweiter Anschluss des dritten Schaltelements ist mit dem Knotenpunkt verbunden.
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Beispielsweise ist der zweite Anschluss des ersten Schaltelements mit dem positiven Pol des Batteriemoduls verbunden, und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem positiven Packterminal des Packausgangs verbunden. Der erste Anschluss des dritten Schaltelements ist dann mit dem negativen Pol des Batteriemoduls und mit dem negativen Packterminal des Packausgangs verbunden. Der negative Pol des Batteriemoduls ist dabei mit dem negativen Packterminal des Packausgangs fest verbunden.
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Das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement sind bevorzugt als Halbleiterschalter ausgebildet. Die Wahl der Halbleitertechnologie ist dabei beliebig. Dabei kann auch die Silizium-Carbid- oder Gallium-Nitrid-Technologie verwendet werden. Vorzugsweise weisen das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils eine Schaltstrecke auf. Des Weiteren kann das Schaltelement eine parallel zu der Schaltstrecke geschaltete Inversdiode, welche auch als Body-Diode bezeichnet wird, aufweisen.
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Das erste, zweite und dritte Schaltelement können jeweils mehrere parallel geschaltete Halbleiterschalter aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement als Feldeffekttransistoren (FETs) ausgebildet und weisen jeweils einen SOU RCE-Anschluss, einen DRAIN-Anschluss und einen GATE-Anschluss auf. Die Schaltelemente können derart verschaltet sein, dass jeweils der erste Anschluss der SOURCE-Anschluss, der zweite Anschluss der DRAIN-Anschluss und der dritte Anschluss der GATE-Anschluss ist. Beispielsweise handelt es sich bei den Schaltelementen um MOSFETs, insbesondere um n-Kanal-MOSFETs vom Anreicherungstyp. Bei p-Kanal-FETs sind die Schaltelemente derart verschaltet, dass jeweils der erste Anschluss der DRAIN-Anschluss, der zweite Anschluss der SOURCE-Anschluss und der dritte Anschluss der GATE-Anschluss ist.
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Alternativ können das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement als IGBTs (engl.: insulated-gate bipolar transistor) ausgebildet sein und weisen jeweils einen Kollektor-Anschluss, einen Emitter-Anschluss und einen GATE-Anschluss auf. Die Schaltelemente können derart verschaltet sein, dass jeweils der erste Anschluss der Emitter-Anschluss, der zweite Anschluss der Kollektor-Anschluss und der dritte Anschluss der GATE-Anschluss ist. Ergänzend können das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils eine zusätzliche Inversdiode umfassen.
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Vorzugsweise ist die Schalteinheit fest in dem Batteriemodul verbaut. Alternativ kann die Schalteinheit auch als ein separater Adapter ausgebildet sein, der an die jeweiligen Batteriemodule angeschlossen werden kann.
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Vorzugsweise weisen die Batterielevels des erfindungsgemäßen Batteriesystems einen Levelkondensator auf. Die Batterielevels können jeweils einen Levelkondensator aufweisen. Das Batteriesystem ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Schalteinheit eines Batteriepacks so anzusteuern, dass ein Strom durch das Batteriemodul dieses Batteriepacks fließt, wodurch elektrische Energie zu der mindestens eine Batteriezelle des Batteriemoduls übertragen wird.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Batteriesystem ferner einen Systemkondensator, der zwischen dem positiven Systemterminal und dem negativen Systemterminal geschaltet ist. Dadurch können Stromripple, die durch den angeschlossenen Verbraucher entstehen könnten, reduziert werden. Der Systemkondensator kann auch Teil einer weiteren externen Komponente sein, wie z. B. eines Wechselrichters.
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Vorzugsweise ist das Batteriesystem dazu eingerichtet, eine stufenweise Vorladung des Systemkondensators durchzuführen. Bei der Vorladung handelt es sich um eine zuschaltbare regelbare oder konstante Stromquelle oder einen Widerstand.
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Bevorzugt umfassen die Batteriepacks jeweils eine Vorladeschaltung, die auf verschiedenste Arten aufgebaut sein kann. Zum Beispiel kann sie parallel zu dem ersten und dem zweiten Schaltelement geschaltet sein. Beispielsweise umfasst die Vorladeschaltung in einer Reihenschaltung einen Schalter, einen Widerstand und eine Diode. Beispielsweise ist die Kathode der Diode mit dem positiven Packterminal des Batteriepacks und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements verbunden.
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Es wird ferner ein Fahrzeug vorgeschlagen, das mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst.
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Es wird auch eine stationäre Anlage vorgeschlagen, die mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst. Beispielsweise kann eine stationäre Anlage eine Notstromversorgung, eine Windkraftanlage, eine Photovoltaikanlage oder ein Batteriespeicher zur Netzstabilisierung sein.
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Es wird des Weiteren ein batteriebetriebenes Gerät vorgeschlagen, welches mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst. Beispielsweise kann dies ein elektrisch betriebenes Gartengerät sein.
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Vorteile der Erfindung
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystem können Batteriepacks mit unterschiedlichen Alterungszuständen und unterschiedlichen Spannungsklassen zusammengeschaltet werden und ein dynamisches Um- und Zuschalten zwischen den einzelnen Batteriepacks wird kostengünstig ermöglicht.
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Somit können die gebrauchten Batteriepacks zur Speicherung elektrischer Energie kostengünstig wiederverwendet werden, bevor ihre Bestandteile im Rahmen des Batterierecyclings stofflich wiederverwertet werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Batterielevels eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
- 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriesystems und
- 3 eine schematische Darstellung eines Batteriepacks mit einer Vorladeschaltung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Bei der Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die die Schaltelemente im geschlossenen Zustand einen Widerstand von 0 Ohm aufweisen und im geöffneten Zustand einen unendlich großen Widerstand aufweisen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriepacks 7 eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 (siehe 2). Dabei umfasst das Batteriepack 7 ein Batteriemodul 5, einen Packausgang 8 und eine Schalteinheit 60 umfasst. Die Schalteinheit 60 dient zur elektrischen Verbindung des Batteriemoduls 5 mit dem Packausgang 8.
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Das Batteriemodul 5 umfasst dabei mehrere seriell und/oder parallel miteinander Verschaltete Batteriezellen 2.
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Das Batteriemodul 5 weist ferner einen positiven Pol 22 und einen negativen Pol 21 auf. Im Leerlauf liegt eine Modulspannung UB zwischen dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 an. Der Packausgang 8 weist dabei ein positives Packterminal 12 und ein negatives Packterminal 11 auf.
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Die Schalteinheit 60 weist ein erstes Schaltelement 61, ein zweites Schaltelement 62 und ein drittes Schaltelement 63 auf. Die Schaltelemente 61, 62, 63 weisen jeweils drei Anschlüsse auf, wobei zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss eine Schaltstrecke gebildet ist, welche mittels eines dritten Anschlusses ansteuerbar ist. Für jedes Schaltelement 61, 62, 63 ist eine Inversdiode vorgesehen.
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Das erste Schaltelement 61, das zweite Schaltelement 62 und das dritte Schaltelement 63 können als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein. Die Schaltelemente 61, 62, 63 weisen jeweils einen SOURCE-Anschluss, einen DRAIN-Anschluss und einen GATE-Anschluss auf. Die Schaltelemente 61, 62, 63 sind derart verschaltet, dass jeweils der erste Anschluss der SOU RCE-Anschluss, der zweite Anschluss der DRAIN-Anschluss und der dritte Anschluss der GATE-Anschluss ist.
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Bei den Schaltelementen 61, 62, 63 kann es sich um n-Kanal-MOSFETs vom Anreicherungstyp handeln. Die Schaltelemente 61, 62, 63 weisen jeweils eine Schaltstrecke sowie eine parallel zu der Schaltstrecke geschaltete Inversdiode auf. Die Inversdiode, welche auch als Body-Diode bezeichnet wird, entsteht in jedem MOSFET aufgrund von dessen interner Struktur und ist kein explizites Bauteil.
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Alternative können die Schaltelemente 61, 62, 63 auch als IGBTs oder andere Halbleiterschalter ausgebildet sein.
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Der erste Anschluss des ersten Schaltelements 61 ist mit einem Knotenpunkt 25 verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Schaltelements 61 ist mit dem positiven Pol 22 des Batteriemoduls 5 verbunden. Ein erster Anschluss des zweiten Schaltelements 62 ist mit dem Knotenpunkt 25 verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Schaltelements 62 ist mit dem positiven Terminal 12 des Packausgangs 8 verbunden. Ein erster Anschluss des dritten Schaltelements 63 ist mit dem negativen Pol 21 des Batteriemoduls 5 und mit dem negativen Terminal 11 des Packausgangs 8 verbunden. Ein zweiter Anschluss des dritten Schaltelements 63 ist mit dem Knotenpunkt 25 verbunden.
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Die erfindungsgemäße Verschaltung der Schaltelemente 61, 62, 63 der Schalteinheit 60 ermöglicht mehrere Schaltzustände des Batteriepacks 7. Beispielsweise kann in einem ersten Schaltzustand das erste Schaltelement 61 geschlossen, das zweite Schaltelement 62 geschlossen und das dritte Schaltelement geöffnet sein. Somit ist eine Packspannung UP, die zwischen dem positiven Packterminal 12 und dem negativen Packterminal 11 anliegt, gleich der Modulspannung UB.
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In einem zweiten Schaltzustand kann das erste Schaltelement 61 geöffnet, das zweite Schaltelement 62 geschlossen und das dritte Schaltelement 63 geschlossen sein. In diesem Fall ist das Batteriemodul 5 überbrückt und somit die Packspannung UP gleich Null.
In einem dritten Schaltzustand können alle der drei Schaltelemente 61, 62, 63 geöffnet sein. In diesem Fall ist das Batteriemodul 5 abgeschaltet und vom Batteriesystem 10 getrennt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10. Vorliegend umfasst das erfindungsgemäße Batteriesystem 10 drei zwischen einem positiven Systemterminal 32 und einem negativen Systemterminal 31 seriell miteinander verschaltete Batterielevels 9, und zwar einen ersten Batterielevel 91, einen zweiten Batterielevel 92 und einen dritten Batterielevel 93. Die drei Batterielevels 91, 92, 93 umfassen dabei jeweils zwei parallel miteinander verschaltete Batteriepacks 7, die wie in 1 dargestellt ausgebildet sind.
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Der erste Batterielevel 91 umfasst dabei ein erstes Batteriepack 71 mit einer ersten Packspannung UP1 und ein zweites Batteriepack 72 mit einem zweiten Packspannung UP2. Der zweite Batterielevel 92 umfasst dabei ein drittes Batteriepack 73 mit einer dritten Packspannung UP3 und ein viertes Batteriepack 74 mit einer vierten Packspannung UP4. Der dritte Batterielevel 93 umfasst dabei ein fünftes Batteriepack 75 mit einer fünften Packspannung UP5 und ein sechstes Batteriepack 76 mit einer sechsten Packspannung UP6.
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Das erstes Batteriepack 71 umfasst ein erstes Batteriemodul 51 mit einer ersten Modulspannung UB1. Das zweites Batteriepack 72 umfasst ein zweites Batteriemodul 52 mit einer zweiten Modulspannung UB2. Das drittes Batteriepack 73 umfasst ein drittes Batteriemodul 53 mit einer dritten Modulspannung UB3. Das viertes Batteriepack 74 umfasst ein viertes Batteriemodul 54 mit einer vierten Modulspannung UB4. Das fünftes Batteriepack 75 umfasst ein fünftes Batteriemodul 55 mit einer fünften Modulspannung UB5. Das sechstes Batteriepack 76 umfasst ein sechstes Batteriemodul 56 mit einer sechsten Modulspannung UB6.
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Das Batteriesystem 10 umfasst ferner einen Systemkondensator CS, der zwischen dem positiven Systemterminal 32 und dem negativen Systemterminal 31 geschaltet ist. Für jeden Batterielevel 9 kann ferner ein Levelkondensator (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welcher jeweils parallel zu den jeweiligen Batteriepacks 7 des entsprechenden Batterielevels 91, 92, 93 verschaltet ist.
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Vorliegend in 2 sind das erste und zweite Batteriepack 71, 72 gebalanced und somit auf dem gleichen Spannungsniveau. Wie vorliegend in 2 dargestellt, sind das erste Schaltelement 61 und das zweite Schaltelement 62 des ersten und des zweiten Batteriepacks 71, 72 geschlossen und das dritte Schaltelement 63 des ersten und des zweiten Batteriepacks 71, 72 geöffnet. Somit sind das erste und das zweite Batteriepack 71, 72 aktiv zugeschaltet und der erste Batterielevel 91 ist komplett aktiviert. Eine erste Levelspannung UL1 ist dabei gleich der erste und der zweite Packspannung UP1, UP2. Im Falle, dass die Packspannungen UP1, UP2 der Batteriepacks 71, 72 nicht identisch sind (UP1 ungleich UP2), ist eine Balancing zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepacks 71, 72 notwendig. Dabei müssen die Spannungen sich nicht unbedingt entsprechen, die Ausgleichsströme dürfen nicht zu groß werden und die spezifizierten Entlade-/Ladeströme bzw. Spannungen nicht über- bzw. unterschritten werden.
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In 2 sind das erste Schaltelement 61 des dritten und des vierten Batteriepacks 73, 74 geöffnet, während das zweite und das dritte Schaltelement 62, 63 des dritten und des vierten Batteriepacks 73, 74 geschlossen sind. Somit sind das dritte und das vierte Batteriemodul 53, 54 überbrückt. Die dritte und die vierte Packspannung UP3, UP4 sind demnach gleich Null. Demzufolge ist eine zweite Levelspannung UL2 gleich Null. Der zweite Batterielevel 92 ist dabei überbrückt und komplett deaktiviert. Gründe hierfür können beispielsweise sein, dass die Batteriezellen 2 zu stark gealtert sind oder dass das Spannungsniveau im Batteriesystem 10 nicht benötigt wird.
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Im dritten Batterielevel 93, wie vorliegend in 2 dargestellt, sind das erste und das zweite Schaltelement 61, 62 des fünften Batteriepacks 75 geschlossen, während das dritte Schaltelement 63 des fünften Batteriepacks 75 geöffnet ist. Die drei Schaltelemente 61, 62, 63 des sechsten Batteriepacks 76 sind dabei geöffnet. Somit ist das fünfte Batteriepack 75 aktiv zugeschaltet und das sechste Batteriepack 76 ist abgeschaltet. Gründe hierfür können beispielsweise sein, dass das fünfte und das sechste Batteriepacks 75, 76 nicht gebalanced sind oder dass das sechste Batteriepack 76 defekt ist oder dass der Strom aus dem fünften Batteriepack 75 ausreicht. Eine dritte Levelspannung UL3 ist gleich der fünften Packspannung UP5, die der fünften Modulspannung UB5 entspricht.
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Eine Systemspannung US des Batteriesystems 10 gemäß 2 entspricht einer Summe der ersten Levelspannung UL1, der zweiten Levelspannung UL2 und der dritten Levelspannung UL3.
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In 2 liefern das erste und das zweite Batteriepack 71, 72 jeweils einen Teil eines Systemstroms IS, und zwar einen ersten Teil-Systemstrom IS1 und eine zweiten Teil-Systemstrom IS2. Das Stromverhältnis zwischen dem ersten Teil-Systemstrom IS1 und dem zweiten Teil-Systemstrom IS2 ist abhängig vom Innenwiderstandsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Batteriepack 71, 72. Beispielsweise liefern das erste und das zweite Batteriepack 71, 72 jeweils die Hälfte des Systemstroms IS. Je nach Stromtragfähigkeit des zweiten und dritten Schaltelements 62, 63 kann es auch ausreichen, nur das dritte Batteriepack 73 zu überbrücken und das vierte Batteriepack 74 wie das sechste Batteriepack 76 zu schalten (Schaltelemente 61, 62, 63 sind dabei geöffnet). Selbstverständlich kann auch das vierte Batteriepack 74 gebrückt werden und das dritte Batteriepack 73 komplett getrennt sein.
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Für Hochspannungsanwendungen können für das ganze Batteriesystem 10 noch ein oder zwei mechanisches Relais vorgesehen werden, die mit dem Batteriesystem 10 in Reihe geschaltet werden. Selbstverständlich ist das Batteriesystem 10 beliebig in paralleler und serieller Richtung erweiterbar.
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3 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung eines Batteriepacks 7 des erfindungsgemäßen Batteriesystems 10.
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Das Batteriepack 7 gemäß 3 entspricht das Batteriepack 7 gemäß 1 und umfasst dabei ein Batteriemodul 5 mit mehreren seriell verschalteten Batteriezellen 2, eine Schalteinheit 60 mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Schaltelement 61, 62, 63 sowie einen Packausgang 8 mit einem positiven Packterminal 12 und einem negativen Packterminal 11. Vorliegend sind das erste, das zweite und das dritte Schaltelement 61, 62, 63 als n-Kanal-MOSFETs vom Anreicherungstyp ausgebildet.
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Das Batteriepack 7 gemäß 3 umfasst ferner eine Vorladeschaltung 40, die in mehreren Variationen ausgeführt werden kann. die Beispielhaft dargestellte Vorladeschaltung 40 umfasst einen Schalter 42, einen Widerstand 44 und eine Diode 46. die Diode 46 ist dabei nur notwendig, wenn der Schalter 42 als Halbleiterschalter mit Body-Diode ausgeführt ist. Dabei sind der Schalter 42, der Widerstand 44 und die Diode 46 in Reihe geschaltet. Die Vorladeschaltung 40 ist dabei parallel zu dem ersten und dem zweiten Schaltelement 61, 62 geschaltet, die anti-seriell geschaltet sind. Ebenfalls kann der Widerstand 44 direkt an den Knotenpunkt 25 angeschlossen werden, sofern das zweite Schaltelement 62 eine Body-Diode aufweist. Somit kann die Diode 46 entfallen. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Vorladung über das erste Schaltelement 61 durchgeführt wird. Die ist durch Linearbetrieb des Bauteils oder durch Pulsen möglich.
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Sofern das Batteriesystem 10 über Levelkondensatoren verfügt, muss das erste zugeschaltete Batteriepack 7 oder auch mehrere parallel zugeschaltete Batteriepacks 7 eines Batterielevels 91, 92, 93 den Levelkondensator vorladen, um zu große Strompeaks zu vermeiden.
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Mittels der Vorladeschaltung 40 ist es außerdem möglich, den Systemkondensator CS, der in 2 dargestellt ist, stufenweise vorzuladen. Dabei wird der entsprechende Levelkondensator bei jedem Batterielevel 91, 92, 93 entsprechend mit vorgeladen.
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Dabei werden zunächst der zweite und der dritte Batterielevel 92, 93 überbrückt, während der erste Batterielevel 91 die Vorladung des Levelkondensators und Systemkondensators CS durch mehrere parallel verschaltete Batteriepacks 7 oder auch nur ein Batteriepack 7 ausführt und zuschaltet. Nachdem der Systemkondensator CS bzw. der Levelkondensator des ersten Batterielevels 91 die erste Levelspannung UL1 aufweist, schalten die Batteriepacks 71, 72 des ersten Batterielevels 91 zu und der zweite Batterielevel 92 führt die Vorladung aus und schaltet zu. Der Systemkondensator CS weist nun die Summe der Spannungen von der ersten und der zweiten Levelspannung UL1, UL2 auf, dabei weist der Levelkondensator des zweiten Batterielevels 92 die Spannung UL2 auf. Anschließend führt der dritte Batterielevel 93 denselben Vorgang aus.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0007627 A1 [0007]
- US 2015/0028817 A1 [0008]
