DE19526836C2 - Vorrichtung zum Ladungsausgleich zwischen wenigstens zwei Energiespeichern oder -wandlern - Google Patents
Vorrichtung zum Ladungsausgleich zwischen wenigstens zwei Energiespeichern oder -wandlernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Ladungsausgleich zwischen zwei oder einer Vielzahl
von in Reihe geschalteten und einen Gesamtenergie
speicher bildenden Energiespeichern oder Energie
wandlern, mit einem induktiven Element, das mit
Hilfe von einem Taktgeber ansteuerbaren Schaltern
parallel zu den Energiespeichern oder Energiewand
lern zuschaltbar ist, wobei das induktive Element
mit seinem einen Anschluß zwischen den beiden Ener
giespeichern oder Energiewandlern angeschaltet ist
und an seinem anderen Anschluß über zwei jeweils
einem Energiespeicher oder Energiewandler zugeord
nete Schalter parallel zu dem jeweiligen Energie
speicher oder Energiewandler schaltbar ist, und mit
einer Komparatorschaltung, mit der die Spannungen
der beiden Energiespeicher oder Energiewandler
miteinander oder mit einem Sollwert vergleichbar
sind, wobei die Komparatorschaltung über Steuerlei
tungen mit dem Taktgeber verbunden ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 348 983 A2
bekannt. Bei dieser Vorrichtung zum Ladungsaus
gleich zwischen zwei oder einer Vielzahl von in
Reihe geschalteten und einen Gesamtenergiespeicher
bildenden Energiespeichern oder Energiewandlern ist
ein induktives Element vorgesehen, daß mit Hilfe
von von einem Taktgeber ansteuerbaren Schaltern
parallel zu den Energiespeichern oder Energiewand
lern zuschaltbar ist. Das induktive Element ist mit
seinem einen Anschluß zwischen den beiden Energie
speichern oder Energiewandlern angeschaltet und an
seinem anderen Anschluß über zwei jeweils einem
Energiespeicher oder Energiewandler zugeordnete
Schalter parallel zu dem jeweiligen Energiespeicher
oder Energiewandler schaltbar. Weiterhin verfügte
die gattungsgemäße Vorrichtung über eine Kompara
torschaltung, mit der die Spannungen der beiden
Energiespeicher oder Energiewandler miteinander
oder mit einem Sollwert vergleichbar sind. Die
Komparatorschaltung ist über Steuerleitungen mit
dem Taktgeber verbunden. Die Komparatorschaltung
ist dazu eingerichtet, in periodisch sich wiederho
lenden Zeitabständen jeden der als elektrochemische
Zellen wie beispielsweise als Metall-Halogen-Batte
rie ausgeführten Energiespeicher oder Energiewand
ler zu entladen, um ungleichmäßige Ablagerungen von
Elektrolytmaterial in den elektrochemischen Zellen
zu unterbinden. Hierzu wird wiederholt elektrische
Energie von dem zu entladenden Energiespeicher oder
Energiewandler in das induktive Element und an
schließend bei abgekoppeltem zu entladenden Ener
giespeicher oder Energiewandler die in dem indukti
ven Element gespeicherte elektrische Energie in
einen benachbarten Energiespeicher oder Energie
wandler durch Schließen des zugeordneten Schalters
übertragen. Dadurch ist eine vollständige Entladung
einzelner Energiespeicher oder Energiewandler ohne
Verlust der Gesamtenergie des Gesamtenergie
speichers erzielt.
Aus der EP 0 662 744 A2 ist eine Vorrichtung zum
Ladungsausgleich in einer Richtung zwischen wenig
stens zwei Energiespeichern oder Energiewandlern
bekannt, bei der ein Anschluß eines induktiven
Elementes zwischen zwei Energiespeicher oder Ener
giewandler eines Gesamtenergiespeichers geschaltet
ist. Der andere Anschluß des induktiven Elementes
ist an einen zwischenabgriff zwischen eine in Reihe
mit einem Schalter gelegten Diode angeschlossen,
wobei die Diode in Durchlaßrichtung parallel zu
einem Energiespeicher oder Energiewandler und der
Schalter parallel zu einem benachbarten Energie
speicher oder Energiewandler gelegt ist. Bei dieser
Vorrichtung wird ein Ladungsausgleich in einer
Richtung zwischen benachbarten Energiespeichern oder
Energiewandlern dadurch geschaffen, daß bei mittels
einer Komparatorschaltung festgestellten Überladung
des parallel zu dem Schalter angeordneten Energie
speicher oder Energiewandler der Schalter geschlos
sen wird, so daß dem induktiven Element Energie aus
dem überladenen Energiespeicher oder Energiewandler
eingespeist wird. Anschließend wird der Schalter
geöffnet und die in dem induktiven Element gespei
cherte Energie fließt über die Diode in den benach
barten Energiespeicher oder Energiewandler. Bei
dieser Vorrichtung ist jedoch lediglich ein Ladungs
austausch in einer Richtung möglich. In einer
Weiterbildung dieser Vorrichtung für einen bidi
rektionalen Ladungsaustausch wird vorgeschlagen,
die voranstehende beschriebene Anordnung zu dupli
zieren und für einen gegengerichteten Ladungsaus
tausch auszulegen. Dadurch ist jedoch der Schal
tungsaufwand verhältnismäßig hoch.
Aus der DE 39 40 928 C1 der Anmelderin ist eine
Vorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe von zentral
angeordneten oder einer Vielzahl von dezentral
angeordneten Sperrwandlern ein Ladungsausgleich
zwischen einer Vielzahl von in Reihe geschalteten
Batteriezellen geschaffen wird. Bei der dort be
schriebenen Schaltung wird das Schwergewicht auf
den Ladungsausgleich zwischen einer Vielzahl von
Energiespeichern gesetzt, wobei die Sperrwandler
eine galvanische Trennung zwischen den einzelnen
Batterieblöcken ermöglichen. Dies hat den Vorteil,
daß gezielt einzelne Batterieblöcke aus der Gesamt
batterie unterstützt werden können und daß beliebi
ge Batterieblöcke Energie an die Gesamtbatterie
abgeben können. Diesem Vorteil steht der Nachteil
eines relativ hohen Schaltungsaufwandes der Trans
formatoren gegenüber.
Aus der DE 39 40 929 C1 der Anmelderin ist eine
Überwachungseinrichtung für Akkumulatoren bekannt,
bei der ein Ladungsausgleich mit Hilfe von Konden
satoren erreicht wird, die jeweils zu ausgewählten
Akkumulatoren parallel geschaltet werden. Es ist
hierbei ein ähnlicher Schaltungsaufwand wie bei der
DE 39 40 928 C1 notwendig.
Aus der nachveröffentlichten DE 44 22 409 A1 der
Anmelderin ist schließlich eine Vorrichtung zum
Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in
Reihe geschalteten Energiespeichern oder -wandlern
bekannt, bei der der Ladungsaustausch über Trans
formatorwicklungen erreicht wird, die jeweils mit
wechselnder Polung den Energiespeichern zugeschal
tet werden. Dabei erfordert der gemeinsame Kern der
Wicklungen einen gewissen Schaltungsaufwand.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der
Ladungsausgleich mit einem geringeren Schaltungs
aufwand gegenüber dem Stand der Technik erreicht
werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in einer von der Komparatorschaltung vorgebba
ren Einschaltphase nur der eine Schalter von dem
Taktgeber schließbar ist, dessen zugeordneter Ener
giespeicher oder Energiewandler den größeren Span
nungswert aufweist, so daß in einer von der Korn
paratorschaltung vorgebbaren Ausschaltphase die in
dem induktiven Element gespeicherte Energie über
den in der Ausschaltphase geschlossenen anderen
Schalter oder über jeweils parallel zu den Schal
tern geschaltete Dioden in den spannungsschwächeren
Energiespeicher oder Energiewandler abgebbar ist.
Dadurch kommt es zu einer virtuellen Parallelschal
tung der tatsächlich in Reihe geschalteten Spei
cher, Zellen oder Akkumulatoren, so daß beim Auf
treten von Spannungsdifferenzen zwischen den zwei
Akkumulatoren ein Ausgleichsstrom zwischen den
Zellen fließt.
Bei einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich zwischen
einer Vielzahl von in Reihe geschalteten und einen
Gesamtenergiespeicher bildenden Energiespeichern
oder Energiewandlern wird eine Vielzahl von Vor
richtungen zum Ladungsausgleich mit den oben ge
nannten Merkmalen eingesetzt, wobei die jeweils von
einer einzelnen Vorrichtung zum Ladungsausgleich
ausgleichbaren Energiespeicher jeweils auch einer
anderen Vorrichtung zum Ladungsausgleich zugeordnet
sind.
Damit sind in einfacher Weise eine Vielzahl von
Energiespeichern in ihrer Spannung ausgleichbar,
wobei die eventuell auftretenden unterschiedlichen
Spannungen direkt nur jeweils paarweise ausgegli
chen werden, aber insgesamt alle einzelnen Spannun
gen des Gesamtenergiespeichers durch eine ver
schachtelte Anordnung der einzelnen Vorrichtungen
zum Ladungsausgleich angeglichen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich für zwei
Akkumulatoren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitt eines Schaltbildes einer
weiteren Vorrichtung zum Ladungsausgleich für in diesem Ausschnitt
dargestellte fünf Akkumulatoren gemäß einem zweiten Ausführungsbei
spiel,
Fig. 3 ein schematische Darstellung eines Ausschnitt eines Schaltbildes einer
weiteren Vorrichtung zum Ladungsausgleich für in diesem Ausschnitt
dargestellte vier Akkumulatoren gemäß einem dritten Ausführungsbei
spiel,
Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines Fensterkomparators zum Vergleich der Zellen
spannungen einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich, und
Fig. 5 ein Schaltbild eines analogen Reglers mit Pulsweitenmodulation für eine
Vorrichtung zum Ladungsausgleich.
Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich 10
für zwei Akkumulatoren 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Vor
richtung zum Ladungsausgleich 10 ist für zwei in Reihe geschaltete und einen
Gesamtenergiespeicher bildende Akkumulatoren als Energiespeicher 1 und 11
vorgesehen. Zwischen den beiden Energiespeichern 1 und 11 besteht ein
Mittenabgriff 22. An diesem Mittenabgriff 22 ist ein induktives Element 23
angeschaltet, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch ein der
Stromüberwachung dienender Widerstand 24 vorgeschaltet ist. Das induktive
Element 23 ist mit Hilfe von von Taktgeber 4 bzw. 14 ansteuerbaren Schaltern 2
und 12 parallel zu den Energiespeichern 1 bzw. 11 zuschaltbar.
Anstelle der Energiespeicher 1 und 11 können jeweils auch Energiewandler
ausgeglichen werden. Hierzu zählen insbesondere alle Energie wandelnden
Systeme, die aus einer Reihenschaltung bestehen wie beispielsweise Elektroly
seeinheiten und Brennstoffzellen.
Dioden 3 bzw. 13 sind parallel zu den Schaltern 2 und 12 angeordnet, wobei
diese Dioden als Freilaufdioden geschaltet sind. Diese Dioden können auch
durch die parasitären Dioden gebildet werden, die innerhalb von MOS-FET-Schal
tern vorhanden sind, mit denen die Schalter 2 und 12 realisiert werden
können.
Die Schalter 2 und 12 können von den genannten Taktgeneratoren 4 bzw. 14 mit
einem Taktsignal beaufschlagt werden, sofern hierzu ein Steuerbefehl von einer
Komparatorschaltung 27 vorliegt, die mit Hilfe von Abgriffleitungen 5, 15 und
25 die Spannungen der beiden Energiespeicher 1 und 11 ermittelt.
Schließlich wird die über dem Widerstand 24 abfallende Spannung den Taktge
neratoren 4 und 14 zur Verfügung gestellt, die vorteilhafterweise eine Strom
überwachung aufweisen.
Die Funktion der Schaltung beruht darauf, daß mit Hilfe der Komparator
schaltung 27 die tatsächlichen Spannungen der beiden Energiespeicher, auch Ist-Wer
te genannt, mit einer mittleren Batteriespannung, dem Soll-Wert, verglichen
werden und bei der entsprechenden Abweichung im Spannungswert nur der
Taktgeber 4 oder 14 mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, der dem span
nungsstärkeren Energiespeicher zugeordnet ist. Der Taktgeber 4 oder 14 erzeugt
ein hochfrequentes Taktsignal, vorzugsweise mit einer Frequenz von mehr als
20 kHz, mit welchem der Schalter 2 bzw. 12 beaufschlagt wird. Während dieser
Einschaltphase fließt ein in der Zeit an Wert zunehmender Strom aus dem
spannungsstärkeren Energiespeicher durch das induktive Element oder auch
Speicherdrossel 23. In einer Ausschaltphase fließt der Strom über die Diode 13
bzw. 3 in den spannungsschwächeren Energiespeicher. Dabei stehen dann beide
Schalter 2 und 12 offen. Bei einer alternativen Ausgestaltung kann an Stelle der
Diode 13 bzw. 3 der Schalter 12 bzw. 2 in der Weise vorgesehen sein, daß dieser
dann in der Ausschaltphase schließt. Dabei werden die beiden Schalter 2 und 12
komplementär angeschaltet, d. h. wenn der Schalter 2 schließt, ist der Schalter 12
geöffnet und umgekehrt. Hierbei wird dem Akkumulator mit der höheren
Spannung zugeordnete Schalter 2 bzw. 12 zunächst mit einem Tastverhältnis von
größer als 50 Prozent angesteuert, wobei im eingeschwungenen Zustand die in
den Taktgeneratoren 4 bzw. 14 enthaltene Strombegrenzung die Einschaltdauer
auf einen Wert in der Weise begrenzt daß ein vorgegebener maximaler Aus
gleichsstrom fließt.
Sollten die beiden Energiespeicher 1 und 11 unterschiedliche Nenn-Betriebs
spannungen aufweisen, so werden die Taktschritte durch entsprechend unter
schiedliche Taktlängen ersetzt.
Entsprechend der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung können die
Schalter 2 bzw. 12 sowie die Taktgeber 4 bzw. 14 auch als integrierte Schalt
kreise ausgeführt sein, die bereits die Schalter, einen Taktgenerator, eine
Überstromsicherung, eine Übertemperatursicherung und zudem eine Sanft
anlaufschaltung beinhalten.
Wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, werden die Meßleitungen 5, 15 und 25
getrennt von den Leitungen 6, 16 und 26 des Leistungsteiles geführt, um eine
Verfälschung der Meßwerte durch Spannungsabfälle auf den stromführenden
Leitungen zu vermeiden.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Schaltbil
des einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich für in diesem Ausschnitt dargestell
te fünf Akkumulatoren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In der Fig. 2 sind in Bezug auf Fig. 1 jeweils gleiche Merkmale mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei sind zur Vereinfachung der Darstellung
jeweils die Komparatorschaltung 27 sowie die Taktgeneratoren und weitere
Elemente weggelassen worden.
Für jeweils N Akkumulatoren sind N-1 Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10
notwendig, die sich, wie in der Fig. 2 dargestellt, um jeweils einen Akkumulator
überlappen. Da jede der N-1 Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10 selb
ständig Spannungsunterschiede zwischen ihren beiden Akkumulatoren 1 und 11
ausgleicht, ist letztendlich ein Energietransfer zwischen allen Zellen möglich.
Die verschiedenen, mit den Bezugszeichen 2 und 12 bezeichneten Schalter
können sowohl von einem zentralen Taktgenerator gesteuert werden als auch
unabhängig voneinander freilaufen, wobei dann jeweils Schaltungen entspre
chend Fig. 1 eingesetzt werden können. Der Einsatz eines zentralen Taktgenera
tors bringt den Vorteil der größeren elektromagnetischen Verträglichkeit, da
Schwebungszustände zwischen einzelnen Vorrichtungen zum Ladungsausgleich
10 vermieden werden können, die bei unabhängig arbeitenden Taktgeneratoren
unvermeidlich eintreten.
Die Beschaltung der Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10 mit einem zen
tralen Taktgenerator kann noch dadurch verbessert werden, daß benachbarte
Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10 mit einem phasenverschobenen Taktge
neratorsignal betrieben werden, um zu vermeiden, daß an einem schwachen
Akkumulator periodisch große Ladeströme auftreten, wenn von beiden Seiten
der Kette der Akkumulatoren und der Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10
ein Ladestrom in den schwachen Akkumulator fließt.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung von einzelnen Vor
richtungen zum Ladungsausgleich 10 gemäß Fig. 1 für mehrere Akkumulatoren.
In der schematischen Darstellung der Fig. 3 wird ein Ausschnitt eines Schaltbil
des für in diesem Ausschnitt dargestellte vier Akkumulatoren gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei wird jeweils eine Vorrichtung zum
Ladungsausgleich 10 gemäß Fig. 1 über zwei Akkumulatoren angeordnet. Die
auf der linken Seite des Zeichnungsblattes angeordnete Schaltung zum Ladungs
ausgleich 10 schafft einen Ausgleich zwischen den beiden Akkumulatoren 1a
und 1b und den beiden Akkumulatoren 11a und 11b. Die auf der rechten Seite
des Zeichnungsblattes angeordneten weiteren zwei Schaltungen zum Ladungs
ausgleich schaffen einen Ausgleich jeweils zwischen den Akkumulatoren 1a und
1b und zwischen den beiden Akkumulatoren 11a und 11b. Im Gegensatz zu der
Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 2, bei der benachbarte Akkumulatoren
jeweils benachbarten Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10 zugeordnet waren,
besteht hier eine andere Verschachtelung in der Weise, daß die Akkumulatoren
1 bzw. 11 nur für eine Vorrichtung zum Ladungsausgleich 10 als Einheit betrach
tet werden und jeweils weitere Vorrichtungen zum Ladungsausgleich 10 die
kleinsten Akkumulatoreinheiten 1a, 1b, 11a und 11b ausgleichen. Natürlich sind
auch weitere Schrittweiten denkbar und insbesondere können Ist- und Soll-Span
nungen von unterschiedlichen Akkumulatorgruppen festgestellt und be
arbeitet werden, was sich lediglich in einer unterschiedlichen Länge der Takt
schritte niederschlägt, sofern gewährleistet ist, daß jede kleinste unteilbare
Akkumulatorgruppe oder Energiezelle mindestens zweimal vorhanden ist, um
mit der mindestens einen weiteren im Ladungsausgleich stehen zu können, und
daß jede größere unteilbare Akkumulatorgruppe oder Energiezelle in einem
direkten Ladungsausgleich mit einem entsprechenden Vielfachen von kleineren
Akkumulatorgruppen oder Energiezellen steht.
Mit einer solchen Anordnung ist ein schnellerer Ladungsausgleich zwischen
größeren Blöcken von Akkumulatoren oder Energiewandlern möglich, es wird
z. B. in der Fig. 3 ein schnellerer Energietransfer zwischen den beiden Hälften
von Akkumulatorengruppen erreicht.
Jede Vorrichtung zum Ladungsausgleich 10 benötigt die in der Fig. 1 mit dem
Bezugszeichen 27 versehene Komparatorschaltung. Eine mögliche Ausgestaltung
einer solchen Komparatorschaltung ist in der Fig. 4 dargestellt, die ein Prinzip
schaltbild eines Fensterkomparators 27 zum Vergleich der Zellenspannungen
einer Vorrichtung zum Ladungsausgleich 10 zeigt.
Die Meßleitungen 5 und 15 werden über die Widerstände 31 und 32 zu den
Komparatoren 33 und 34 geführt. Damit liegen an den entsprechenden Ein
gängen der Komparatoren 33 und 34 die Akkumulator-Sollspannungen an. Der
jeweils andere Eingang der Komparatoren 33 und 34 ist mit der Meßleitung 25
zu verbinden. Um den Einfluß eines Spannungsabfalles auf der Leitung 35
zwischen den beiden Akkumulatoren 1 und 11 beim Auftreten von Lade- bzw.
Entladeströmen zu verhindern, welcher durch den durch die Leitung des
Verbinders der einzelnen Akkumulatoren gebildeten Widerstand 36 hervor
gerufen wird, wird die Ist-Spannung über zwei in Reihe zwischen den Akkumu
latoren 1 und 11 geschaltete hochohmige Widerstände 37 ermittelt, wobei der
Mittelabgriff zwischen den beiden Widerständen 37 der Meßleitung 25 ent
spricht. Damit liegt jeweils an den Ausgängen 38 bzw. 39 ein Steuersignal an,
falls eine Abweichung der Batteriespannungen vom jeweiligen Sollwert vorliegt.
Die Komparatoren weisen vorzugsweise eine bestimmte Hysterese auf, die ein
Auftreten eines Steuersignals 38 bzw. 39 erst bei Überschreiten einer Mindest
abweichung der Batteriespannungen vom Sollwert ermöglichen. Weiterhin
werden die Komparatoren 33 und 34 vorzugsweise zeitabhängig gegeneinander
verriegelt, so daß eine Energiezufuhr in der einen Richtung in einer vorbe
stimmten Zeit von z. B. einer Sekunde nicht durch einen Energietransfer in der
anderen Richtung aufgehoben wird. Damit wird einem Schwingungsverhalten
der Schaltung vorgebeugt.
Die Ansteuerung der Schalter kann auch mit einem Taktsignal erfolgen, dessen
Einschaltdauer im Verhältnis zur Gesamtperiodendauer, also die sogenannte
Pulsweite, von der Differenz zwischen der Akkumulator-Sollspannung und den
Akkumulator-Istspannungen abhängig ist. Damit wird ein geschlossener Regel
kreis gebildet, der durch einen P-, einen PI-, einen PID-Regler oder einen
Regler mit unscharfer Logik (Fuzzy-Logik) ausgestaltet werden kann. Die Fig. 5
zeigt ein solches Schaltbild eines analogen Reglers mit Pulsweitenmodulation für
eine Vorrichtung zum Ladungsausgleich 10.
Ein Vorteil dieser analogen Vorgehensweise liegt darin, daß Ausgleichsströme
abhängig von den Regelabweichungen eingestellt werden können und somit ein
schonender Betrieb des Ladungsausgleichs durchgeführt werden kann.
Der Abgriff des Sollwertes der mittleren Batteriespannung wird in der gleichen
Weise wie bei der Vorrichtung nach Fig. 4 durchgeführt. Ebenso wird der
Istwert mit Hilfe von hochohmigen Widerständen 37 unabhängig von eventuellen
Batterieströmen ermittelt und beide Werte werden einem PI-Regler 40 zu
geführt, der mit Hilfe der Widerstände 41 und 42 eine eventuell bestehende
Differenz verstärkt und diese Differenz dank des Kondensators 43 auch auf
integriert. Bei nicht-idealen Akkumulatoren besteht eine Verschiebung des
Potentials des Mittelabgriffs 25 gegenüber der mittleren Batteriespannung, so
daß am Ausgang 44 des PI-Reglers ein vorzeichenbehaftetes Ausgangssignal
anliegt. Wie schon oben ausgeführt, können anstelle des dargestellten PI-Reglers
sowohl ein P-Regler als auch ein PID-Regler oder andere Reglerstrukturen zum
Einsatz kommen.
Dieses Ausgangssignal wird in einem Gleichrichter 45 gleichgerichtet und einem
Pulsweitenmodulator 46 zugeführt, der zu dem Absolutwert der Regelabwei
chung ein proportionales Pulsweitenverhältnis des Taktsignals erstellt. Gleichzei
tig wird für dieses Ausgangssignal in einem Komparator 47 das Vorzeichen der
Regelabweichung ermittelt und das von dem Pulsweitenmodulator 46 erzeugte
Taktsignal über eine entsprechende Logikschaltung 48 dem entsprechenden
Schalteranschluß 38 oder 39 zugeführt, der mit dem Schalter 2 bzw. 12 ver
bunden ist. Der Komparator 47 kann auch als Fensterkomparator arbeiten, der
eine Ausgabe des Taktsignals bei einer zu kleinen Regelabweichung unterbindet.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Ladungsausgleich (10) zwischen
zwei oder einer Vielzahl von in Reihe geschalteten
und einen Gesamtenergiespeicher bildenden Energie
speichern oder Energiewandlern (1, 11), mit einem
induktiven Element (23), das mit Hilfe von von
einem Taktgeber (4, 14) ansteuerbaren Schaltern (2,
12) parallel zu den Energiespeichern oder Energie
wandlern (1, 11) zuschaltbar ist, wobei das induk
tive Element (23) mit seinem einen Anschluß (22)
zwischen den beiden Energiespeichern oder Energie
wandlern (1, 11) angeschaltet ist und an seinem
anderen Anschluß über zwei jeweils einem Energie
speicher oder Energiewandler (1 bzw. 11) zugeord
nete Schalter (2 bzw. 12) parallel zu dem jeweili
gen Energiespeicher oder Energiewandler (1 bzw. 11)
schaltbar ist, und mit einer Komparatorschaltung
(27), mit der die Spannungen der beiden Energie
speicher oder Energiewandler (1 bzw. 11) mitein
ander oder mit einem Sollwert vergleichbar sind,
wobei die Komparatorschaltung (27) über Steuerlei
tungen mit dem Taktgeber (4, 14) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer von der Kom
paratorschaltung (27) vorgebbaren Einschaltphase
nur der eine Schalter (2 bzw. 12) von dem Taktgeber
(4 bzw. 14) schließbar ist, dessen zugeordneter
Energiespeicher oder Energiewandler (1 bzw. 11) den
größeren Spannungswert aufweist, so daß in einer
von der Komparatorschaltung (27) vorgebbaren Aus
schaltphase die in dem induktiven Element (23)
gespeicherte Energie über den in der Ausschaltphase
geschlossenen anderen Schalter (12 bzw. 2) oder
über jeweils parallel zu den Schaltern (12 bzw. 2)
geschaltete Dioden (13 bzw. 3) in den spannungs
schwächeren Energiespeicher oder Energiewandler (11
bzw. 1) abgebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Stromüberwachungseinrichtung
(24) vorgesehen ist, mit welcher der durch das
induktive Element (23) fließende Strom erfaßbar
ist, und daß die Stromüberwachungseinrichtung (24)
bei Erreichen eines Schwellwertes für den genannten
Strom die Taktgeber (4, 14) von der Einschaltphase
in die Ausschaltphase umschaltet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum Ladungsausgleich zwischen
einer Vielzahl von in Reihe geschalteten und einen
Gesamtenergiespeicher bildenden Energiespeichern
oder Energiewandlern (1, 11) eine Vielzahl von Vor
richtungen zum Ladungsausgleich (10) eingesetzt
wird, wobei die jeweils von einer einzelnen Vor
richtung zum Ladungsausgleich (10) ausgleichbaren
Energiespeicher oder Energiewandler (1, 11; 1a, 1b,
11a, 11b) jeweils auch einer anderen Vorrichtung
zum Ladungsausgleich (10) zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die jeweils zwei von einer einzelnen
Vorrichtung zum Ladungsausgleich (10) ausgleich
baren Energiespeicher oder Energiewandler (1, 11)
genau jeweils auch einer anderen Vorrichtung zum
Ladungsausgleich (10) zugeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zwei, von einer einzelnen Vor
richtung zum Ladungsausgleich (10) ausgleichbaren
Energiespeicher oder Energiewandler (1, 11) in
kleinere Energiespeicher oder Energiewandler (1a,
1b, 11a, 11b) unterteilt sind, die jeweils auch
einer anderen Vorrichtung zum Ladungsausgleich (10)
zugeordnet sind.
Priority Applications (2)
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DE19526836A DE19526836C2 (de) | 1995-07-22 | 1995-07-22 | Vorrichtung zum Ladungsausgleich zwischen wenigstens zwei Energiespeichern oder -wandlern |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19526836A1 DE19526836A1 (de) | 1997-01-23 |
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Country Status (2)
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DE (1) | DE19526836C2 (de) |
WO (1) | WO1997004513A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102484428A (zh) * | 2009-08-28 | 2012-05-30 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电池系统的半桥式转换器和电池系统 |
CN110661316A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-07 | 清华大学 | 一种电池储能电路的控制方法及其系统 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19827880C1 (de) | 1998-06-23 | 1999-12-23 | Dbb Full Cell Engines Gmbh | Schaltungsanordnung für ein Brennstoffzellenverbundsystem und Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung |
DE19850886A1 (de) * | 1998-11-05 | 2000-05-18 | Siemens Ag | Anordnung zur Energiespeicherung |
FR2860353B1 (fr) * | 2003-09-29 | 2005-11-18 | Thales Sa | Module de transfert de charges entre deux dipoles |
CN1930774A (zh) * | 2004-03-12 | 2007-03-14 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有输出电压均衡器的开关模式电源 |
DE102009015388A1 (de) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Schaltungsanordnung zum Energieausgleich zwischen Zellen |
US8493028B2 (en) | 2009-04-03 | 2013-07-23 | Marvell World Trade Ltd. | Power management circuit for rechargeable battery stack |
JP2013055837A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Toyota Industries Corp | 電圧バランス補正回路 |
DE102012203836B4 (de) * | 2012-03-12 | 2020-03-12 | Rct Power Gmbh | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Wandeln und Anpassen einer Gleichspannung, Photovoltaikanlage |
DE102012205016A1 (de) * | 2012-03-28 | 2013-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Batteriesystem, Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem sowie ein Verfahren zum Ladungsausgleich von Batterieelementen |
DE102013011766B4 (de) * | 2013-07-10 | 2023-03-16 | Weinmann Emergency Medical Technology Gmbh + Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Energieversorgung eines Gebläsemotor |
CN114301138A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 国网北京市电力公司 | 一种电池充电多重脉宽调制控制方法及系统 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0348983A2 (de) * | 1988-07-01 | 1990-01-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Verfahren zum Laden und Entladen einer Batterie und dieses Verfahren verwendende Energiequelle |
DE3940929C1 (de) * | 1989-12-12 | 1991-05-08 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
DE3940928C1 (de) * | 1989-12-12 | 1991-07-11 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
EP0662744A2 (de) * | 1994-01-06 | 1995-07-12 | General Motors Corporation | Verfahren und Vorrichtung zur Ladungsausgleich von Einheiten |
DE4422409A1 (de) * | 1994-06-29 | 1996-01-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Energiespeichern oder -wandlern |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5479083A (en) * | 1993-06-21 | 1995-12-26 | Ast Research, Inc. | Non-dissipative battery charger equalizer |
-
1995
- 1995-07-22 DE DE19526836A patent/DE19526836C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-19 WO PCT/EP1996/003193 patent/WO1997004513A1/de active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0348983A2 (de) * | 1988-07-01 | 1990-01-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Verfahren zum Laden und Entladen einer Batterie und dieses Verfahren verwendende Energiequelle |
DE3940929C1 (de) * | 1989-12-12 | 1991-05-08 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
DE3940928C1 (de) * | 1989-12-12 | 1991-07-11 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
EP0662744A2 (de) * | 1994-01-06 | 1995-07-12 | General Motors Corporation | Verfahren und Vorrichtung zur Ladungsausgleich von Einheiten |
DE4422409A1 (de) * | 1994-06-29 | 1996-01-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Energiespeichern oder -wandlern |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102484428A (zh) * | 2009-08-28 | 2012-05-30 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电池系统的半桥式转换器和电池系统 |
CN110661316A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-07 | 清华大学 | 一种电池储能电路的控制方法及其系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1997004513A1 (de) | 1997-02-06 |
DE19526836A1 (de) | 1997-01-23 |
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