WO2007147660A1 - Vorrichtung und verfahren zum laden eines energiespeichers - Google Patents

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WO2007147660A1
WO2007147660A1 PCT/EP2007/053909 EP2007053909W WO2007147660A1 WO 2007147660 A1 WO2007147660 A1 WO 2007147660A1 EP 2007053909 W EP2007053909 W EP 2007053909W WO 2007147660 A1 WO2007147660 A1 WO 2007147660A1
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WO
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voltage
dlc
converter
cell
charging
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PCT/EP2007/053909
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin GÖTZENBERGER
Alexander Reich
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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Priority to US12/305,982 priority patent/US20090273321A1/en
Priority to CN2007800230054A priority patent/CN101473508B/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for charging an energy store, in particular a Energyspei ⁇ Chers, several series-arranged individual cells, has at ⁇ game as double layer capacitors as FIN at ⁇ play, in a motor vehicle electrical system using the.
  • acceleration assistance boosting the internal combustion engine
  • energy by operating as an electric motor electric machine or during the conversion of motion into electrical energy through the processing as a generator ⁇ tend electric machine in regenerative braking operation (recuperation) high demands on the energy storage provided ,
  • An energy storage that meets the requirements for short-term high performance is, for example, the double-layer capacitor.
  • the maximum voltage of a single cell of a double-layer capacitor is limited to 2.5V to 3.0V, so that for a voltage of, for example 60V, as required in particular for a so-called Mild hybrid vehicle, about 20 to 26 individual capacitors to a capacitor stack in series must be switched.
  • the vehicle's 14V vehicle electrical system can be supplied by the double-layer capacitor via a step-down divider.
  • This arrangement would be even suitable for charging the double layer capacitor, but is composed of front ⁇ that the voltage of the double layer capacitor not covered by the drops of the electrical system.
  • a second small step-down divider would be required, via which the double-layer capacitor could be charged up to the voltage of the electrical system.
  • a first charge path is the time required to balance the charges stored energy via an AC bus (AC bus) each of the cell at which the lowest cell voltage drops supplied by.
  • the AC voltage bus is here supplied from an energy storage over ei ⁇ nen DC-DC converter and an AC converter.
  • a second charging path is now provided, which can alternatively connect the connection of the DC-DC converter connected to the AC voltage converter to a series connection of a plurality of cells, in particular of all cells of the energy storage device .
  • connection and potential separation of the cells can be capacitive, in particular via capacitors.
  • the binding via inductive coupling elements, in particular via trans ⁇ formators done.
  • the installation is easy to carry out by the bus system.
  • the individual cells can be supplied in particular via one or two alternating voltage bus lines. There are only a few and inexpensive standard components needed for the circuit.
  • the selection of the loading path can for example take place via a control unit.
  • the control unit determines the respective charging path. This can be done, for example, on the basis of operating parameters of a motor vehicle, in particular the operating parameters of the motor vehicle
  • the charging process can first take place via the second charging path, in particular up to the point in time at which a specific cell voltage or voltage across the energy store is reached and subsequently be continued via the first charging path.
  • the individual cells can be balanced over the first charging path.
  • the circuit arrangement with the first and the second charging path is particularly suitable for integration in a housing of the individual cells or of the entire energy store.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a basic circuit ⁇ arrangement for charge balancing of cells of a E- nergie notess
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a charging circuit
  • Figure 3 shows another embodiment of a charging circuit
  • Figure 4 shows an embodiment of a charging circuit with a flyback converter.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a basic circuit arrangement for charge equalization of cells of an energy store, for example a double-layer capacitor DLC.
  • a first converter 1 a DC voltage is generated, which is reversed via a second converter 2 with a pulse frequency of, for example, 50 kHz.
  • an AC bus (AC bus) 4 is applied.
  • a bus is a system of conductors, in particular cables and copper rails.
  • the series-connected cells Z 1 to Z n of the double-layer capacitor DLC are connected to this AC bus 4 via coupling capacitors C k and rectifiers.
  • the first converter can here be supplied with energy either from an accumulator B or the double-layer capacitor DLC itself.
  • the charge of the double-layer capacitor DLC can be charged here via a first charging path, which has the alternating-voltage converter 2, the coupling capacitor C k and the rectifier 3.
  • the basic principle of the first charging path with the associated charge equalization circuit is described in detail in the publication WO 2006/000471 A1, which is hereby incorporated in its entirety into the application.
  • several cells or even the entire cell stack can be charged via a second charging path.
  • This charging path wide a diode D L , which connects the output of the first converter 1 with a terminal 6 of the Doppel Anlagenkondensa ⁇ sector DLC.
  • This connector 6 can be at least two series-connected cells Z energized ⁇ the.
  • the diode D L is polarized in the flow direction from the first converter 1 to the double-layer capacitor DLC.
  • the maximum adjustable current of the first converter 1 flows through the single diode D L into the series-connected cells of the energy store and in this case is not divided by an alternating direction, a transmission and subsequent rectification. In this way, the time required for the charge can be significantly reduced.
  • the first converter 1 can be fed by the accumulator B as well as by the double-layer capacitor DLC itself.
  • the first converter has an input sti, via which the corresponding energy source B or DLC can be selected.
  • the second converter 2 also has an input St 2 , over which this converter 2 off and can be turned on. When switched off, the output current of the first converter 1 flows exclusively via the second charging path.
  • the control signals sti and St 2 are generated by a control unit 5 in dependence on parameters P.
  • parameters P parameters P.
  • Figure 2 shows a first embodiment of a circuit arrangement according OF INVENTION ⁇ manure to balance the charge of cells Z 1 to Z n an energy storage device, here again, for example a double layer capacitor DLC.
  • the circuit arrangement according to FIG. 2 again has two charging paths, firstly the first charging path via the alternating voltage bus 4 and secondly the second charging path via the diode D L.
  • the illustrated in Figure 2 first embodiment of a circuit arrangement according to the invention for charge equalization of cells Z 1 to Z n of an energy storage, in particular ei ⁇ nes double-layer capacitor DLC, has a series connection of the individual cells Z 1 to Z n .
  • the voltage U DLC dropping across the series connection of the cells Z 1 to Z n is fed to a DC-DC converter 1, in particular a current-controlled step-down divider, via a first switch S 1.
  • a power source for example an accumulator B, can be connected to the DC-DC converter 1 via a second switch S2.
  • the DC-DC converter 1 is in turn electrically connected to an input of an AC voltage converter 2, which in this embodiment has an intermediate circuit capacitor C z and two transistors T 1 and T 2 connected as a half-bridge.
  • the intermediate circuit capacitor C z can be charged either by the double-layer capacitor DLC via the switch Sl or by the accumulator B via the switch S2.
  • the DIE ses between the two transistors Tl and T2 output lying AC voltage converter 2 is electrically connected to the AC bus ⁇ . 4
  • the AC voltage bus 4 in turn, in each case has a coupling capacitor C K1 to C Kn for the cells Z 1 to Z n assigned to it.
  • a rectifier 3 is arranged, which here has two diodes D xa , D xb .
  • the diodes D xa connect in each case the connection of the coupling capacitor C Kx facing away from the AC voltage bus 4 with which the higher potential is connected. al having terminal (positive terminal) of the zugeord ⁇ Neten cell Z x, and the diode D xb connects this terminal of the coupling capacitor C x Kx with the lower potential having terminal (negative terminal), the associated cell Z.
  • the diode D xa from the coupling capacitor C Kx for posi ⁇ tive terminal of the cell is x towards poled Z in the direction of flow, while the diode D xb from the negative terminal of the cell Z x to the coupling capacitor C Kx is back biased in the direction of flow.
  • T2 existing AC voltage converter 2 supplies at its lying between the two transistors Tl and T2 output a rectangular AC voltage through the coupling ⁇ capacitors C ⁇ i to C Kn TO the individual cells Z 1 to Z n ü - can be transferred.
  • the current is rectified again via the respective rectifier 3 and supplied to the respective cell Zx as a charging current.
  • This process of charging via the first charging path, the charge compensation is explained by way of example for the cell Z x which is described in this example.
  • Example, the lowest cell voltage U Zx has.
  • the coupling capacitor C Kx is in the negative phase of the AC signal (transistor T2 current conducting) through the lower diode D xb to the lower potential (at the negative terminal ) of the cell Z x - minus the forward voltage of the diode D xb - loaded.
  • the current flows in the opposite direction through the cells whose positive terminal has a potential lower than the positive terminal of the cell to be charged Z x against the reference potential GND, ie the cells Zn to Zx + 1 and now by the diode D xb and the coupling capacitor C Kx .
  • the circuit closes via the AC bus and the current-carrying transistor T2.
  • the pulsating direct current can only flow into the cell Z x with the lowest cell voltage U Zx and then first charges this cell until the cell Z x has reached the next higher cell voltage of the remaining cells.
  • the pulsating direct current is then split between these two Zel ⁇ len on until they turn have reached the next higher cell voltage. In this way, a charge balance of entire capacitor stack, ie all cells of the energy ⁇ memory DLC achieved.
  • the energy with which the respective cell Z x of the energy storage DLC is loaded comes from the DC-link capacitor C z, on the one hand, and the constant recharging the other hand, for by this strain on a suitable voltage U C independently established. This automatically shows that the cell x Z, where the lowest voltage drops, the most energy gets transferred while Zel ⁇ len, where currently falls a higher cell voltage, no energy get transferred.
  • the second charge path via the diode D L is used.
  • the diode D L is a ⁇ turn connected to the alternating voltage the transducer 2 facing the output of the DC-DC converter. 1
  • the diode D L is connected to the positive terminal of the Energyspei ⁇ chers DLC, so that on the second charging path several, in particular - as shown here - all in series ⁇ switched cells Z 1 to Z n can be loaded.
  • the diode D L here is poled towards the positive terminal of the energy accumulator in DLC By ⁇ flow direction from the output of the DC converter. 1
  • both the transistor T 1 and the transistor T 2 are turned off via a control unit ST (see FIG. 1), so that the DC-DC converter 1 can charge all cells of the energy store.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention, which has an AC voltage converter 2 with a full bridge and a (Graetz rectifier) in a two-phase variant. Also here is the
  • the first charging path has two phases in this embodiment. This works similarly to the circuit of the embodiment described above and illustrated in FIG. for example, with a half bridge and a phase.
  • the AC voltage converter 2 here has a full bridge circuit with two half bridges.
  • the first half-bridge has a first and a second transistor T 1, T 2, and the second half-bridge has a third and a fourth transistor T 3 and T 4.
  • the outputs of the two half bridges are each connected to a bus line 4.1 or 4.2.
  • Each bus line 4.1 is powered by its associated Halbbrü ⁇ blocks with power 4.2.
  • the bus line 4.1 is in each case via a coupling capacitor
  • the bus line 4.2 is also ü- each via a coupling capacitor C K i b to C Knb and a rectifier circuit of two diodes O lc , O ld to
  • bus line 4.2 connected to the half-bridge T3, T4 is connected via the Kop ⁇ pelkondensator C Kxb on the one hand via the cell to strom ⁇ conductive diode D xc to the positive terminal of the cell Z x and on the other hand via the coupling capacitor C Kxb out electrically conductive Diode D xb connected to the negative terminal of cell Z x .
  • the two rectifiers D xa , D xb and D xc , D xd thus work in parallel on the cell Z x .
  • the circuit arrangement is implemented identical in function for the remaining cells.
  • a key advan- tage in two phases of this is that the change ⁇ current-which is actually unrelated cells that are not currently loaded, ie all cells whose positive presence circuit less to reference potential GND but a higher cell voltage U Z than the cell Z x have (here so all other cells) is omitted.
  • the two half-bridges operate in phase opposition, that is, when the transistors Tl and T4 are conductive in the first phase, the Tran ⁇ sistoren are T2 and T3 non-conductive. In the second phase, it is vice versa, here the transistors T2 and T3 are conducting, while the transistors Tl and T4 are non-conductive.
  • a second charging path via a diode D L is also provided again. This is connected on the one hand to the output of the DC-DC converter 1 and on the other hand to the connection of the cell stack. Also in this embodiment, again, the entire cell stack via the diode D L - for the case that both half-bridges from ⁇ are connected - directly be charged via the DC-DC converter. 1
  • the balancing or recharging can be carried out via the first charging path, in this case the two-phase AC bus 4.1, 4.2.
  • the diode D L can lock the voltage UDLC of energy ⁇ memory and must be able to carry the charging current.
  • conventional power diodes come into question.
  • Another advantage of the invention is that the components of the circuit arrangement can be designed more favorable, since the deep seat is defined per se by its current.
  • Figures 4a and 4b respectively show a schematic representation development of a direct clamping configured as flyback converter ⁇ voltage converter 1.
  • Figure 4a shows a first prevailsbei ⁇ play a flyback converter, in which both the input ⁇ ais the output side of a storage transformer depending ⁇ wells has a winding.
  • the accumulator B connected to a series connection of the primary winding Ll and a transistor Tu.
  • a secondary winding L2 is arranged, which is electrically connected to the AC voltage converter 2 according to Figures 2 and 3.
  • the transistor Tu operates here as a switch, which is switched on and off by means of a pulse width modulated control voltage.
  • the transistor Tu While the transistor Tu is turned on, the voltage across the primary winding Li is equal to the input voltage U B and the current I L1 increases linearly. During this phase energy is loaded into the storage transformer.
  • the secondary winding L2 is deenergized at this stage, since the diode D blocks 32nd If the transistor Tu is now blocked, the current flow through the primary winding L 1 is interrupted and the voltages on the transformer poles due to the law of induction.
  • the diode D 32 is now conducting and the secondary winding L 2 is the energy from the output terminals of the secondary side.
  • FIG. 4b shows a second exemplary embodiment of a flyback converter with a memory transformer, which has two secondary windings L 21 and L 22 on the secondary side.
  • the first secondary winding supplies L 21 as in the embodiment of Fi gur ⁇ 4a the Wechelwoodswandler 2 with power.
  • the second secondary winding L 22 supplies individual subgroups of cells or even the entire cell stack with energy.
  • a switch S3 is provided to the second secondary winding L22 ⁇ , mono- or through which the charge of the cell stack via the second charging path being ⁇ can be switched on.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers Bei zumindest zwei in Reihe geschalteten Zellen (Z) eines Energiespeichers (DLC) wird mit Hilfe eines ersten Ladepfads (2, 4, CK) die zum Ausgleich der gespeicherten Ladungen benötigte Energie über einen Wechselspannungsbus (4) jeweils der Zelle (ZX), an der die geringste Zellspannung (UZX) abfällt, zugeführt. Der Wechselspannungsbus (4) wird hierbei aus einem Energiespeicher (B, DLC) über einen Gleichspannungswandler (1) und einen Wechselspannungswandler (2) mit Energie versorgt. Erfindungsgemäß ist nun ein zweiter Ladepfad (DL) vorgesehen, der den mit dem Wechselspannungswandler (2) verbundenen An- schluss des Gleichspannungswandlers (1) alternativ mit einer Reihenschaltung mehrerer Zellen (Z), insbesondere aller Zellen (Z) des Energiespeichers (DLC), verbinden kann.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers, insbesondere eines Energiespei¬ chers, der mehrere in Reihe angeordnete einzelne Zellen, bei¬ spielsweise Doppelschichtkondensatoren aufweist, wie sie bei¬ spielsweise bei einem Kraftfahrzeugbordnetz Verwendung fin- den.
Eines der Hauptprobleme der Hybridtechnik bei Kraftfahrzeugen stellen die elektrischen Energiespeicher dar. Zum einen werden Energiespeicher mit einer hohen Kapazität benötigt, zum anderen müssen diese auch kurzfristig hohe Leistungen im
Bordnetz aufnehmen und bereitstellen können. Es werden beispielsweise bei der Beschleunigungsunterstützung (Boosten der Brennkraftmaschine) durch eine als Elektromotor arbeitende elektrische Maschine oder bei der Umwandlung von Bewegungs- energie in elektrische Energie durch die als Generator arbei¬ tende elektrische Maschine beim regenerativen Bremsvorgang (Rekuperation) hohe Anforderungen an die Energiespeicher gestellt.
Ein Energiespeicher, der die Anforderungen bezüglich der kurzfristigen hohen Leistung erfüllt, ist beispielsweise der Doppelschichtkondensator. Die maximale Spannung einer Einzelzelle eines Doppelschichtkondensators ist auf 2,5V bis 3,0V begrenzt, so dass für eine Spannung von beispielsweise 60V, wie sie insbesondere für ein so genanntes Mild-Hybridfahrzeug benötigt wird, etwa 20 bis 26 Einzelkondensatoren zu einem Kondensatorstapel in Reihe geschaltet werden müssen.
Aufgrund einer unterschiedlichen Selbstentladung der Einzel- zellen kommt es im Laufe der Zeit zu einem Ladungsungleichge¬ wicht im Kondensatorstapel, das nach längeren Standzeiten den Doppelschichtkondensator letztendlich unbrauchbar machen würde, wenn kein Ladungsausgleich vorgenommen wird. Bei einem bekannten Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers (WO 2006/000471 Al) wird dem Energiespeicher oder einer weiteren Energiequelle Energie entnommen und damit ein Zwischen- kreiskondensator aufgeladen. Die Spannung des Zwischenkreis- kondensators wird von einem DC/AC-Wandler wechselgerichtet und diese Wechselspannung über einen Wechselspannungsbus und einen Koppelkondensator mittels eines Gleichrichters in einen pulsierenden Gleichstrom gewandelt und mit diesem dann die Zelle, mit der geringsten Zellspannung aufgeladen.
Kommt es nun in bestimmten Betriebssituationen dazu, dass der Energiespeicher vollständig entladen ist, dies tritt bei¬ spielsweise in dem Fall auf, wenn ein neuer Energiespeicher eingebaut wird oder das Fahrzeug lange Zeit steht, so stellt sich das Laden des Doppelschichtkondensators als besonders schwierig dar.
Im üblichen Anwendungsfall kann das 14V-Bordnetz des Kraft- fahrzeugs über einen Tiefsetzsteiler vom Doppelschichtkondensator versorgt werden. Diese Anordnung wäre zwar auch zum Laden des Doppelschichtkondensators geeignet, setzt jedoch vor¬ aus, dass die Spannung des Doppelschichtkondensators nicht unter die des Bordnetzes abfällt. Ist der Doppelschichtkon- densator jedoch vollständig entladen, so wäre ein zweiter kleiner Tiefsetzsteiler erforderlich, über den der Doppelschichtkondensator bis zur Spannung des Bordnetzes aufgeladen werden könnte.
Bei dem eingangs erwähnten Verfahren und der Vorrichtung gemäß der WO 2006/000471 Al ist es auch möglich, die Zellen ü- ber eine externe Quelle aufzuladen. Es erweist sich jedoch bei dieser Ladungsausgleichsschaltung als nachteilig, dass die Ladung des Doppelschichtkondensators mit einem erhebli- chen Zeitaufwand verbunden ist.
Wird beispielsweise ein Stapel aus 24 Doppelschichtkondensa¬ toren mit einer Kapazität von je 1800F mit einem Summenstrom von 4A aus der Ausgleichsschaltung geladen, so ergibt sich ein Ladestrom von 0,167A pro Zelle. Je Zelle werden bei 14V Bordnetzspannung 0,625V Zellspannung benötigt. Somit ergibt sich eine Ladezeit
t = U * C / I = 0,625 * 1800F / 0,167A = 6750s.
Zur Aufladung des Doppelschichtkondensators würden folglich in etwa 2h benötigt werden. Ein solch langer Zeitraum ist jedoch weder bei der Fertigung, noch bei der späteren Nutzung des Fahrzeugs akzeptabel.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen das Aufladen eines Doppelschichtkondensators zu vereinfachen und zu beschleuni- gen.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 8 gelöst.
Bei zumindest zwei in Reihe geschalteten Zellen eines Ener¬ giespeichers wird mit Hilfe eines ersten Ladepfads die zum Ausgleich der gespeicherten Ladungen benötigte Energie über einen Wechselspannungsbus (AC-Bus) jeweils der Zelle, an der die geringste Zellspannung abfällt, zugeführt. Der Wechsel- spannungsbus wird hierbei aus einem Energiespeicher über ei¬ nen Gleichspannungswandler und einen Wechselspannungswandler mit Energie versorgt.
Erfindungsgemäß ist nun ein zweiter Ladepfad vorgesehen, der den mit dem Wechselspannungswandler verbundenen Anschluss des Gleichspannungswandlers alternativ mit einer Reihenschaltung mehrerer Zellen, insbesondere aller Zellen des Energiespei¬ chers, verbinden kann.
Auf diese Weise kann - insbesondere bei einem weitgehend lee¬ ren Energiespeicher - die Ladung desselben zunächst oder auch ausschließlich über den zweiten Ladepfad erfolgen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die An- bindung und Potentialtrennung der Zellen kapazitiv, insbesondere über Kondensatoren, erfolgen. Alternativ kann die Abbindung über induktive Koppelelemente, insbesondere über Trans¬ formatoren, erfolgen.
Die Installation ist durch das Bussystem einfach durchführbar. Die einzelnen Zellen können insbesondere über eine oder zwei Wechselspannungsbusleitungen versorgt werden. Es werden für die Schaltung nur wenige und auch preiswerte Standardkomponenten benötigt.
Die Auswahl des Ladepfades (erster Ladepfad oder zweiter La¬ depfad) kann beispielsweise über eine Steuereinheit erfolgen. Hierbei bestimmt die Steuereinheit den jeweiligen Ladepfad. Dies kann beispielsweise aufgrund von Betriebsparametern ei- nes Kraftfahrzeugs, insbesondere der Betriebsparameter des
Energiespeichers, einer Brennkraftmaschine und/oder einer e- lektrischen Maschine, erfolgen. Der Ladevorgang kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zunächst über den zweiten Ladepfad erfolgen, insbesondere bis zu dem Zeit- punkt zu dem eine bestimmte Zellspannung oder Spannung über dem Energiespeicher erreicht ist und im Anschluss daran über den ersten Ladepfad fortgeführt werden.
Vorteilhafterweise kann so nach einer anfänglichen schnellen Aufladung über den zweiten Ladepfad eine Symmetrierung der einzelnen Zellen über den ersten Ladepfad erfolgen.
Die Schaltungsanordnung mit dem ersten und dem zweiten Ladepfad eignet sich insbesondere zur Integration in ein Gehäuse der einzelnen Zellen oder des gesamten Energiespeichers.
Als Energiespeicher eignen sich hier insbesondere Doppelschichtkondensatoren, die auch Super- oder Ultracaps genannt werden, Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Anhand von schematischen Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer prinzipiellen Schaltungs¬ anordnung zum Ladungsausgleich von Zellen eines E- nergiespeichers,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ladeschaltung, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ladeschal- tung und
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Ladeschaltung mit einem Flyback-Konverter .
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer prinzipiellen Schal- tungsanordnung zum Ladungsausgleich von Zellen eines Energiespeichers, beispielsweise eines Doppelschichtkondensators DLC. Durch einen ersten Wandler 1 wird eine Gleichspannung erzeugt, die über einen zweiten Wandler 2 mit einer Pulsfrequenz von beispielsweise 50 kHz wechselgerichtet wird. In dieser Wechselspannung wird ein Wechselspannungsbus (AC-Bus) 4 beaufschlagt. Als Bus wird hier ein System von Leitern, insbesondere Kabeln und Kupferschienen, bezeichnet. An diesen AC-Bus 4 sind über Koppelkondensatoren Ck und Gleichrichter die in Reihe geschalteten Zellen Z1 bis Zn des Doppelschicht- kondensators DLC angeschlossen.
Der erste Wandler kann hier entweder von einem Akkumulator B oder dem Doppelschichtkondensator DLC selbst mit Energie versorgt werden.
Die Ladung des Doppelschichtkondensators DLC kann hier über einen ersten Ladepfad, der den Wechselspannungswandler 2, den Koppelkondensator Ck und den Gleichrichter 3 aufweist, aufgeladen werden. Das Grundprinzip des ersten Ladepfads mit der dazugehörigen Ladungsausgleichsschaltung ist in der Druckschrift WO 2006/000471 Al ausführlich beschrieben, die hiermit vollumfänglich zum Bestandteil der Anmeldung gemacht wird. Alternativ können mehrere Zellen oder auch der gesamte Zellstapel über einen zweiten Ladepfad aufgeladen werden. Dieser Ladepfad weite eine Diode DL auf, die den Ausgang des ersten Wandlers 1 mit einem Anschluss 6 des Doppelschichtkondensa¬ tors DLC verbindet. Über diesen Anschluss 6 können zumindest zwei in Reihe geschaltete Zellen Z mit Energie versorgt wer¬ den. Die Diode DL ist vom ersten Wandler 1 zum Doppelschichtkondensator DLC hin in Durchflussrichtung gepolt.
Über den zweiten Ladepfad fließt der maximal einstellbare Strom des ersten Wandlers 1 über die einzige Diode DL in die in Reihe geschalteten Zellen des Energiespeichers und wird in diesem Fall nicht durch eine Wechselrichtung, eine Übertra- gung und anschließende Gleichrichtung aufgeteilt. Auf diese Weise kann die für die Ladung benötigte Zeitdauer erheblich reduziert werden.
Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Zellen des Ener- giespeichers DLC können - falls erforderlich - anschließend über den ersten Ladepfad ausgeglichen werden. Der erste Wandler 1 kann hierzu sowohl von dem Akkumulator B als auch vom Doppelschichtkondensator DLC selbst gespeist werden. Der erste Wandler weist einen Eingang sti auf, über den die die Ent- sprechende Energiequelle B oder DLC auswählbar ist.
Weiter weist der zweite Wandler 2 ebenfalls einen Eingang St2 auf, über den dieser Wandler 2 aus- und eingeschaltet werden kann. Im ausgeschalteten Zustand fließt der Ausgangsstrom des ersten Wandlers 1 ausschließlich über den zweiten Ladepfad.
Die Steuersignale sti und St2 werden von einer Steuereinheit 5 in Abhängigkeit von Parametern P erzeugt. Als Parameter P kommen beispielsweise die einzelnen Zellspannungen, das Mit- tel aller Zellspannungen, die Gesamtspannung des Energiespeichers oder auch Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs in Frage. Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ladungsausgleich von Zellen Z1 bis Zn eines Energiespeichers, hier beispielsweise wieder eines Doppelschichtkondensators DLC.
Auch die Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 weist wieder zwei Ladepfade auf, zum einen den ersten Ladepfad über den Wechselspannungsbus 4 und zum anderen den zweiten Ladepfad über die Diode DL .
Das in Figur 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ladungsausgleich von Zellen Z1 bis Zn eines Energiespeichers, insbesondere ei¬ nes Doppelschichtkondensators DLC, weist eine Reihenschaltung der einzelnen Zellen Z1 bis Zn auf. Die über der Reihenschaltung der Zellen Z1 bis Zn abfallende Spannung UDLC wird einem Gleichspannungswandler 1, insbesondere einem stromgeregelten Tiefsetzsteiler, über einen ersten Schalter Sl zugeführt. Ü- ber einen zweiten Schalter S2 kann zusätzlich oder alternativ eine Energiequelle, beispielsweise ein Akkumulator B, mit dem Gleichspannungswandler 1 verbunden werden. Der Gleichspannungswandler 1 ist wiederum mit einem Eingang eines Wechselspannungswandlers 2 elektrisch verbunden, der in diesem Ausführungsbeispiel einen Zwischenkreiskondensator Cz und zwei als Halbbrücke geschaltete Transistoren Tl und T2 aufweist. Der Zwischenkreiskondensator Cz kann entweder vom Doppelschichtkondensator DLC über den Schalter Sl oder von dem Akkumulator B über den Schalter S2 aufgeladen werden. Der zwischen den beiden Transistoren Tl und T2 liegende Ausgang die- ses Wechselspannungswandlers 2 ist mit dem Wechselspannungs¬ bus 4 elektrisch verbunden. Der Wechselspannungsbus 4 weist wiederum jeweils einen Koppelkondensator Cκl bis CKn für die ihm zugeordneten Zellen Z1 bis Zn auf.
Zwischen jedem Koppelkondensator CKχ(X=i..n) und der ihm zuge¬ ordneten Zelle Zx ist ein Gleichrichter 3 angeordnet, der hier jeweils zwei Dioden Dxa, Dxb aufweist. Die Dioden Dxa verbinden jeweils den dem Wechselspannungsbus 4 abgewandten An- schluss des Koppelkondensators CKx mit dem das höhere Potenti- al aufweisenden Anschluss (positiver Anschluss) der zugeord¬ neten Zelle Zx, und die Diode Dxb verbindet diesen Anschluss des Koppelkondensators CKx mit dem das niedrigere Potential aufweisenden Anschluss (negativer Anschluss) die zugeordneten Zelle Zx.
Hierbei ist die Diode Dxa vom Koppelkondensator CKx zum posi¬ tiven Anschluss der Zelle Zx hin in Durchflussrichtung gepolt, während die Diode Dxb vom negativen Anschluss der Zelle Zx zum Koppelkondensator CKx hin in Durchflussrichtung gepolt ist .
Der in diesem ersten Ausführungsbeispiel aus einer Halbbrücke Tl, T2 bestehende Wechselspannungswandler 2 liefert an seinen zwischen den beiden Transistoren Tl und T2 liegenden Ausgang eine rechteckförmige Wechselspannung, die durch die Koppel¬ kondensatoren Cκi bis CKn ZU den einzelnen Zellen Z1 bis Zn ü- bertragen werden kann.
Für die Koppelkondensatoren Cκ können verschiedene Kondensa¬ torentypen Verwendung finden. Allerdings müssen Kapazität, Frequenz und der innere Verlustwiderstand der Kondensatoren miteinander abgestimmt werden. Eine Fehlabstimmung würde zu einer zu großen Umladung der Koppelkondensatoren führen und somit die Selektivität und Trennschärfe der Ausgleichsschal¬ tung nachhaltig verschlechtern.
Über den jeweiligen Gleichrichter 3 wird der Strom wieder gleichgerichtet und der jeweiligen Zelle Zx als Ladestrom zu- geführt.
Um einen Ladungsausgleich an den in Reihe geschalteten Zellen Z1 bis Zn des Energiespeichers erreichen zu können, muss der¬ jenigen Zelle, die die höchste Spannung aufweist, Energie entnommen und der Zelle Zx, über der die geringste Spannung abfällt, diese wieder zugeführt werden, so dass die Zelle Zx mit der geringsten Spannung geladen wird. Dieser Vorgang des Ladens über den ersten Ladepfad, der Ladungsausgleichs, wird beispielhaft für die Zelle Zx erklärt, die in diesem Ausfüh- rungsbeispiel die niedrigste Zellenspannung UZx aufweist. Der Koppelkondensator CKx wird in der negativen Phase des Wechselspannungssignals (Transistor T2 stromleitend) durch die untere Diode Dxb auf das untere Potential (am negativen An- Schluss) der Zelle Zx - abzüglich der Durchlassspannung der Diode Dxb - geladen.
Wenn das Wechselspannungsignal das Potential anschließend ausreichend weit anhebt (Transistor Tl, stromleitend), so fließt Strom vom Zwischenkreiskondensator Cz über den Transistor Tl, den Wechselspannungsbus 4, den Koppelkondensator CKx und die Diode Dxa durch die Zelle Zx und alle Zellen, de¬ ren positiver Anschluss ein gegen das Bezugspotential GND ge¬ ringeres Potential als der positive Anschluss der zu ladenden Zelle Zx aufweisen, hier also die Zellen Zx+1 bis Zn und von dort zurück zum Zwischenkreiskondensator Cz.
In der folgenden negativen Phase des Wechselspannungssignals (Transistor T2 wieder stromleitend) fließt der Strom in umge- kehrter Richtung durch die Zellen, deren positiver Anschluss ein gegen das Bezugspotential GND geringeres Potential als der positive Anschluss der zu ladenden Zelle Zx aufweisen, also die Zellen Zn bis Zx+1 und jetzt durch die Diode Dxb und den Koppelkondensator CKx . Der Stromkreis schließt sich über den Wechselspannungsbus und den stromleitenden Transistor T2.
In der Zelle Zx stellt sich dadurch ein pulsierender Ladegleichstrom ein, während alle Zellen Zx+i bis Zn, deren positiver Anschlüsse ein geringeres Potential gegen Bezugspoten- tial GND aufweisen, einen Wechselstrom erfahren.
Der pulsierende Gleichstrom kann nur in die Zelle Zx mit der geringsten Zellenspannung UZx fließen und lädt dann diese Zelle als erste so lange auf, bis diese Zelle Zx die nächst- höhere Zellenspannung der übrigen Zellen erreicht hat. Der pulsierende Gleichstrom teilt sich dann auf diese beiden Zel¬ len auf, bis diese wiederum die nächsthöhere Zellenspannung erreicht haben. Auf diese Weise wird ein Ladungsausgleich des gesamten Kondensatorstapels, d. h. aller Zellen des Energie¬ speichers DLC, erreicht.
Die Energie, mit welcher die jeweilige Zelle Zx des Energie- Speichers DLC geladen wird, kommt aus dem Zwischenkreiskon- densator Cz, der sich durch diese Belastung einerseits und die konstante Nachladung andererseits auf eine geeignete Spannung UCz selbständig einstellt. Dabei ergibt sich auch automatisch, dass die Zelle Zx, an der die geringste Spannung abfällt, die meiste Energie übertragen bekommt, während Zel¬ len, an denen momentan eine höhere Zellenspannung abfällt, gar keine Energie übertragen bekommen.
Liegt nun der Fall vor, dass der gesamte Energiespeicher DLC ungeladen ist oder sich entladen hat, so würde eine Ladung des Energiespeichers DLC über den ersten Ladepfad, d.h. den Wechselspannungswandler 2, den Wechselspannungsbus 4, den Koppelkondensator Ck und den Gleichrichter 3, eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch nehmen. Hier kommt nun der zweite Lade- pfad über die Diode DL zum Einsatz. Die Diode DL ist einer¬ seits mit dem dem Wechselspannungswandler 2 zugewandten Ausgang des Gleichspannungswandlers 1 verbunden. Andererseits ist die Diode DL mit dem positiven Anschluss des Energiespei¬ chers DLC verbunden, so dass über den zweiten Ladepfad mehre- re, insbesondere - wie hier dargestellt - alle in Reihe ge¬ schalteten Zellen Z1 bis Zn geladen werden können. Die Diode DL ist hierbei vom Ausgang des Gleichspannungswandlers 1 hin zum positiven Anschluss des Energiespeichers DLC in Durch¬ flussrichtung gepolt.
Tritt nun der eingangs beschriebene Fall ein, so wird über eine Steuereinheit ST (s. Fig. 1) sowohl der Transistor Tl, als auch der Transistor T2 ausgeschaltet, so dass der Gleichspannungswandler 1 alle Zellen des Energiespeichers aufladen kann. Hierfür kann der Gleichspannungswandler 1 so angesteuert werden, dass den Energiespeicher mit seinem maximal einstellbaren Strom auflädt. Wird der Zellstapel - z.B. mit 24 Einzelzellen - über die Diode DL beispielsweise mit einem Strom 4 A auf eine Spannung von 13 V geladen, so bedeutet dies eine Ladezeit von t = 13V : 24 x 1800F : 4A = 4 Minuten. Um den Zellstapel nun vollständig auf seine Nennspannung von 15 V aufzuladen, wird analog zur obigen Rechnung eine zusätzliche Ladedauer von 15 Minuten über den ersten Ladepfad benö- tigt. Der gesamte Zellstapel wird somit in 19 Minuten voll¬ ständig aufgeladen. Eine solche Ladezeit ist für die Erstin¬ betriebnahme oder den Austausch des Energiespeichers akzepta¬ bel.
Über den zweiten Ladepfad wird durch den Gleichspannungswand¬ ler 1 dem Akkumulator B Energie entnommen und dem Energiespeicher DLC in Summe zugeführt.
Hierfür ist es nicht erforderlich, die Komponenten des Gleichspannungswandlers 1 zu verändern, da die Ströme im Ver¬ gleich zum herkömmlichen Betrieb der Ausgleichsschaltung - Ladung oder Ladungsausgleich über den ersten Ladepfad - nicht verändert werden. Hierbei ergibt sich die erhöhte Ausgangs¬ leistung des Gleichspannungswandlers 1 aus der höheren Aus- gangsspannung desselben. Um den zweiten Ladepfad in Betrieb zu nehmen, genügt es, die Transistoren T1 und T2 der Halbbrü¬ cke des Wechselspannungswandlers 2 auszuschalten. So kann auf einfache Weise durch Ergänzung eines einzigen Bauteils, der Diode DL, die Aufladung des Energiespeichers DLC erheblich beschleunigt werden.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Schaltungsanordnung, die einen Wechselspannungswandler 2 mit einer Vollbrücke und einen (Graetz-Gleichrichter) in einer Zwei-Phasen-Variante aufweist. Auch hier sei die
Zelle Zx wieder diejenige mit der niedrigsten Zellenspannung U2x.
Funktionsidentische Teile tragen hier die gleichen Bezugszei- chen wie in Figur 2.
Der erste Ladepfad weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Phasen auf. Dieser arbeitet ähnlich wie die Schaltung des zuvor beschriebenen und in Figur 2 dargestellten Ausführungs- beispiels mit einer Halbbrücke und einer Phase. Der zweipha- sige Wechselspannungswandler 2 gemäß Figur 3 weist jedoch gewisse Vorteile auf, die den Mehraufwand jedoch je nach Anwen¬ dungsfall überwiegen.
Der Wechselspannungswandler 2 weist hier eine Vollbrücken- schaltung mit zwei Halbbrücken auf. Die erste Halbbrücke weist einen ersten und einen zweiten Transistor Tl, T2 und die zweite Halbbrücke einen dritten und einen vierten Tran- sistor T3 und T4 auf. Die Ausgänge der beiden Halbbrücken sind jeweils mit einer Busleitung 4.1 bzw. 4.2 verbunden. Jede Busleitung 4.1, 4.2 wird über die ihr zugeordnete Halbbrü¬ cke mit Energie versorgt.
Die Busleitung 4.1 ist über jeweils einen Koppelkondensator
TKia bis CKna/- und eine Gleichrichterschaltung aus jeweils zwei Dioden Dia, Dib bis Dna, Dnb mit den in Reihe geschalteten Zellen Zi bis Zn verbunden. Die Busleitung 4.2 ist ebenfalls ü- ber jeweils einen Koppelkondensator CKib bis CKnb und eine Gleichrichterschaltung aus jeweils zwei Dioden Olc, Old bis
Dnc, Dnd mit den in Reihe geschalteten Zellen Z1, Zn verbunden.
Wieder am Beispiel der Zelle Zx beschrieben bedeutet dies, dass die mit der Halbbrücke Tl, T2 verbundene Busleitung 4.1 über den Koppelkondensator CKxa einerseits über die zur Zelle hin stromleitenden Diode Dxa mit dem positiven Anschluss der Zelle Zx verbunden ist und andererseits über die zum Koppel¬ kondensator hin stromleitende Diode Dxb mit dem negativen Anschluss der Zelle Zx verbunden ist. Zusätzlich ist die mit der Halbbrücke T3, T4 verbundene Busleitung 4.2 über den Kop¬ pelkondensator CKxb einerseits über die zur Zelle hin strom¬ leitende Diode Dxc mit dem positiven Anschluss der Zelle Zx verbunden und andererseits über die zum Koppelkondensator CKxb hin stromleitende Diode Dxb mit dem negativen Anschluss der Zelle Zx verbunden.
Die beiden Gleichrichter Dxa, Dxb und Dxc, Dxd arbeiten also parallel auf die Zelle Zx. Die Schaltungsanordnung ist für die übrigen Zellen funktionsidentisch realisiert. Ein wesent- licher Vorteil bei zwei Phasen ist hierbei, dass der Wechsel¬ strom durch die eigentlich unbeteiligten Zellen, die momentan nicht geladen werden, d. h. alle Zellen, deren positiver An- schluss ein gegen Bezugspotential GND geringeres Potential, aber eine höhere Zellenspannung Uz als die Zelle Zx aufweisen (hier also alle übrigen Zellen) entfällt.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel arbeiten die beiden Halbbrücken gegenphasig, d. h. wenn die Transistoren Tl und T4 in der ersten Phase stromleitend sind, so sind die Tran¬ sistoren T2 und T3 nichtleitend. In der zweiten Phase ist es umgekehrt, hier sind die Transistoren T2 und T3 stromleitend, während die Transistoren Tl und T4 nichtleitend sind.
Für das zweite Ausführungsbeispiel ist ebenfalls wieder ein zweiter Ladepfad über eine Diode DL vorgesehen. Diese ist zum einen mit dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 1 und zum anderen mit dem Anschluss des Zellstapels verbunden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann wieder der gesamte Zellstapel über die Diode DL - für den Fall, dass beide Halbbrücken aus¬ geschaltet sind - direkt über den Gleichspannungswandler 1 aufgeladen werden. Die Symmetrierung bzw. Nachladung kann entsprechend über den ersten Ladepfad, hier den zweiphasigen Wechselspannungsbus 4.1, 4.2, erfolgen.
Für die Dimensionierung der Diode DL ist ausschließlich von Bedeutung, dass die Diode DL die Spannung UDLC des Energie¬ speichers sperren können und den Ladestrom tragen können muss. Hierfür kommen herkömmliche Leistungsdioden in Frage. Weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Komponenten der Schaltungsanordnung günstiger ausgelegt werden können, da der Tiefsitzstelle an sich durch seinen Strom definiert wird.
Figuren 4a und 4b zeigen jeweils eine schematische Darstel- lung eines als Flyback-Konverters ausgeführten Gleichspan¬ nungswandlers 1. Figur 4a zeigt ein erstes Ausführungsbei¬ spiel eines Flyback-Konverters, bei dem sowohl die Eingangs¬ ais auch die Ausgangsseite eines Speichertransformators je¬ weils eine Wicklung aufweist. Hierbei ist der Akkumulator B mit einer Serienschaltung der Primärwicklung Ll und einem Transistor Tu verbunden. Ausgangsseitig ist eine Sekundärwicklung L2 angeordnet, die mit dem Wechselspannungswandler 2 entsprechend den Figuren 2 und 3 elektrisch verbunden ist. Der Transistor Tu arbeitet hier als Schalter, der mittels einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschaltet wird. Während der Transistor Tu eingeschaltet ist, ist die Spannung über der Primärwicklung Li gleich der Eingangsspannung UB und der Strom IL1 steigt linear an. Während dieser Phase wird Energie in den Speichertransformator geladen. Die Sekundärwicklung L2 ist in dieser Phase stromlos, da die Diode D32 sperrt. Wird der Transistor Tu nun gesperrt, so wird der Stromfluss durch die Primärwicklung L1 unterbrochen und die Spannungen am Transformator polen sich aufgrund des Induktionsgesetzes um. Die Diode D32 wird nun leitend und die Sekundärwicklung L2 gibt die Energie über die Ausgangsanschlüsse der Sekundärseite ab.
Figur 4b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Flyback- Konverters mit einem Speichertranformator, der sekundärseitig zwei Sekundärwicklungen L21 und L22 aufweist. Die erste Sekundärwicklung L21 versorgt wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fi¬ gur 4a den Wechelspannungswandler 2 mit Energie. Die zweite Sekundärwicklung L22 versorgt einzelne Untergruppen von ZeI- len oder auch den gesamten Zellstapel mit Energie. In diesem Ausführungsbeispiel ist im Stromkreis der zweiten Sekundär¬ wicklung L22 ein Schalter S3 vorgesehen, durch den die Ladung des Zellstapels über den zweiten Ladepfad ein- oder ausge¬ schaltet werden kann.
Über diese zweite Wicklung L22 kann eine im Vergleich zur Akkumulatorspannung höhere Spannung bereitgestellt werden. So kann der Energiespeicher auch ohne Zurrhilfenahme des ersten Ladepfads vollständig aufgeladen werden. Die Ladezeit wird hierdurch nochmals erheblich verringert.
Der Einsatz eines Flybackkonverters als Gleichspannungswand¬ ler bringt weitere Vorteile mit sich, so kann beispielsweise das Tastverhältnis für die Verwendung der Ladungsausgleichs- Schaltung günstiger gewählt werden, als bei einem herkömmlichen Tiefsetzsteiler, der aus einer Gesamtspannung des Energiespeichers UDLc von beispielsweise 60 V eine Zellspannung UZx von beispielsweise 2,5 V bereitstellen muss.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Laden von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen (Z1 bis Zn) eines Energiespeichers (DLC) ,
wobei ein Gleichspannungswandler (1) vorgesehen ist, der mit einem Energiespeicher (DLC, B) verbindbar ist,
wobei ein dem DC/DC-Wandler (1) nachgeschalteter Wechselspannungswandler (2) vorgesehen ist, der einen Zwi- schenkreiskondensator (Cz) und eine Brückenschaltung (Ti, T2; Ti bis T4) aufweist,
wobei wenigstens ein dem Wechselspannungswandler (2) nachgeschalteter Wechselspannungsbus (4; 4.1, 4.2) vorgesehen ist,
wobei zwischen jeder Zelle (Zi bis Zn) und jedem Wech- selspannungsbus (4; 4.1, 4.2) eine Reihenschaltung wenigstens eines Koppelelements (CKi bis CKn, CKia und CKib bis CKna und CKnb) und eines Gleichrichters (3) angeord¬ net ist, wobei der Wechselspannungsbus (4; 4.1, 4.2) in Verbindung mit dem Koppelement (CKi bis CKn, CKia und CKib bis CKna und CKnb) und dem Gleichrichter (3) einen ersten Ladepfad bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Ladepfad vorgesehen ist, über den der dem Wechselspannungswandler (2) zugewandte Anschluss des Gleichspannungswandlers (1) mit einer Reihenschaltung von zumindest zwei Zellen (Zi bis Zn) verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ladepfad eine Diode (DL) aufweist, deren Flussrichtung vom Ausgang des Gleichspannungswandlers (1) in Richtung des Anschlusses des Energie¬ speichers (DLC) gerichtet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Koppel¬ element um ein induktives Koppelelement oder ein ka- pazitives Koppelelement (Cκ) handelt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit (5) aufweist, über die der erste oder der zweite Ladepfad aktiviert werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, die Auswahl des jeweiligen Ladepfades aufgrund eines Parameters erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eine über dem Energiespeicher
(DLC) abfallende elektrischen Spannung (UDLC) , eine Zellspannung (Uz) , das Mittel mehrerer Zellspannungen (Uz) und/ oder ein Betriebsparameter eines Kraftfahrzeugs ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusammen mit dem Energiespeichers (DLC) in einem Gehäuse ange¬ ordnet ist.
8. Verfahren zum Laden von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen (Zi bis Zn) eines Energiespeichers (DLC) ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Energiespeicher (DLC) in Abhängigkeit von einem Parameter über einen ersten oder einen zwei- ten Ladepfad geladen wird,
- dass bei Auswahl des ersten Ladepfads (4, 4.1, 4.2; Cκi bis CKn, CKia und CKib bis CKna und CKnb) die Ladung über eine Wechselspannung (4; 4.1, 4.2) erfolgt, und der Zelle (Zx) mit der geringsten Zellenspan- nung (UZx) ein gleichgerichteter, pulsierender Ladestrom zuführt, und - dass bei Auswahl des zweiten Ladepfads die Ladung einer Reihenschaltung von zumindest zwei, insbeson- dere aller Zellen (Z1 bis Zn) des Energiespeichers
(DLC) mit einer Gleichspannung erfolgt und den in Reihe geschalteten Zellen (Zi bis Zn) ein Gleichstrom zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eine über dem Energiespeicher (DLC) abfallende elektrischen Spannung (UDLC) , eine Zellspannung (UZ), das Mittel mehrerer Zellspannungen (UZ) und/ oder ein Betriebsparameter eines Kraftfahr- zeugs ist.
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