WO2008138958A2 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer energiespeicheranordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer energiespeicheranordnung Download PDF

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WO2008138958A2
WO2008138958A2 PCT/EP2008/055932 EP2008055932W WO2008138958A2 WO 2008138958 A2 WO2008138958 A2 WO 2008138958A2 EP 2008055932 W EP2008055932 W EP 2008055932W WO 2008138958 A2 WO2008138958 A2 WO 2008138958A2
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Uwe Zimmermann
Tobias Galli
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement and method for operating an energy storage arrangement comprising at least two energy storage cells, which are arranged electrically in series with each other.
  • Such energy storage arrangements are used for example in motor vehicles, in particular in hybrid vehicles, for storing and providing energy in the event of a short-term high power consumption or power requirement.
  • high power is generated, for example, during a braking process in which the kinetic energy is converted into electrical energy.
  • Short-term high demand for power prevails, for example, with acceleration support by means of an electric motor.
  • energy storage cells for example, double-layer capacitors are provided. Because of their low
  • Dielectric strength generally several double-layer capacitors must be electrically arranged in series with each other in order to achieve the required for a motor vehicle electrical system voltage resistance of, for example, about 60 volts.
  • a motor vehicle electrical system voltage resistance of, for example, about 60 volts.
  • different self-discharge of the individual double-layer capacitors can impair the function of the energy storage device.
  • the object of the invention is to provide a circuit arrangement and method for operating an energy storage device that are simple.
  • the invention is characterized by a circuit arrangement which is equipped with an energy storage device.
  • cheran Aunt can be coupled, which comprises at least two energy storage cells, which are arranged electrically in series with each other.
  • the circuit arrangement comprises a power buffer having a first terminal and a second terminal.
  • the circuit arrangement comprises for each energy storage cell of the energy storage device each have a first switch which is arranged electrically between a first terminal of the respective energy storage cell and the first terminal of the intermediate energy storage, and for each energy storage cell of the energy storage device each comprises a second switch electrically connected between a second terminal respective energy storage cell and the second terminal of the energy buffer is arranged.
  • the circuit arrangement comprises a control unit, which is coupled to the respective first switches and the respective second switches. The control unit is designed to generate control signals for driving the first and the second switches.
  • the advantage is that by suitably activating the switch charge can be very easily transferred from at least one of the at least two energy storage cells via a buffer in the energy buffer to at least one other of the at least two energy storage cells.
  • a simple and reliable charge equalization between energy storage cells is possible.
  • the circuit arrangement is simple and can be implemented and integrated easily and inexpensively.
  • the energy buffer is designed, for example, as a capacitor.
  • the energy storage cells are designed, for example, as capacitors and in particular as double-layer capacitors.
  • the circuit arrangement comprises an inductance element that is electrically connected in series with the energy buffer and electrically between the
  • Energy buffer and the respective first or second switch is arranged.
  • the inductance element By the inductance element, the energy buffer and the respective at least one the at least two energy storage cells, a resonant circuit is formed.
  • This has the advantage that a current for the transmission of the electrical charge has a sinusoidal profile and thus current peaks in the switching operations of the first and / or second switches are reliably avoided.
  • the circuit arrangement thereby has a high electromagnetic compatibility. The transfer of the charge can be done very efficiently. The circuit arrangement can thus also operate with high efficiency.
  • control unit is designed to detect a variable which is representative of a current through the inductance element.
  • the circuit arrangement comprises a zero crossing detection unit for detecting a zero crossing of the current.
  • the circuit arrangement is further configured to generate the control signals as a function of the respective detected zero crossing of the current.
  • the circuit arrangement is designed to generate the control signals in such a way that the closing and / or opening of the first and second switches essentially takes place in each case at the respective detected zero crossing of the current.
  • control unit comprises a vibration phase detection unit for detecting an oscillation phase of the current and is designed to generate the control signals as a function of the respective detected oscillation phase of the current.
  • the oscillation phase recognition unit is designed as a differentiation unit or comprises such.
  • the respective oscillation phase can then be identified on the basis of a respective sign of the differentiated current.
  • the circuit arrangement with at least one energy source can be coupled.
  • the circuit arrangement comprises for each of the at least one energy source at least one source switch, which is arranged electrically between in each case one terminal of the energy source and the first or the second terminal of the intermediate energy storage.
  • the circuit arrangement comprises a voltage detection unit which is coupled to the energy buffer and which is designed to determine a measurement voltage as a function of a voltage of the intermediate energy storage.
  • a voltage detection unit which is coupled to the energy buffer and which is designed to determine a measurement voltage as a function of a voltage of the intermediate energy storage.
  • the invention is characterized by a method for operating an energy storage arrangement having at least two energy storage cells, which are arranged electrically in series with one another.
  • For each energy storage cell of the energy storage device is one each provided first switch which is arranged electrically between a first terminal of the respective energy storage cell and a first terminal of an energy buffer.
  • a second switch is provided for each energy storage cell of the energy storage arrangement, which is arranged electrically between a second connection of the respective energy storage cell and a second connection of the intermediate energy storage device.
  • the first switch and the second switch associated with one of the at least two energy storage cells or two different ones of the at least two energy storage cells are closed for transferring electrical charge from the at least one of the at least two energy storage cells to the energy buffer.
  • the first switch and / or the second switch are opened again.
  • the first switch and the second switch which are assigned to at least one other of the at least two energy storage cells, are closed to transfer electrical charge from the energy buffer to the at least one other of the at least two energy storage cells.
  • the advantage is that, as a result of this activation, the charge can be very easily transferred from at least one of the at least two energy storage cells to at least one other of the at least two energy storage cells via intermediate storage in the energy buffer. As a result, a simple and reliable charge balance between energy storage cells is possible.
  • a current has a sinusoidal profile during the transfer of the electrical charge.
  • a quantity representing the current is detected.
  • a respective time of a zero crossing of the current is determined depending on the size.
  • the respective first and second switches are opened or closed depending on the respective time of the detected zero crossing.
  • the first and second switches are substantially each connected to the respective because detected zero crossing of the current closed or opened.
  • an oscillation phase of the current is determined as a function of the variable and the respective first and second switches are opened or closed depending on the respectively determined oscillation phase. This makes a particularly reliable operating behavior possible.
  • a profile of the variable representing the current is differentiated and the respective oscillation phase of the current is determined as a function of a sign of the differentiated variable or the respective oscillation phase of the current is formed by the sign of the differentiated variable.
  • At least one energy source is provided.
  • at least one source switch which is arranged electrically between in each case one terminal of the energy source and the first or the second terminal of the intermediate energy store.
  • the at least one source switch of at least one of the at least one energy source is closed to transfer electrical charge from this at least one energy source to the energy buffer.
  • the at least one source switch is opened and the first switch and the second switch associated with one of the at least two energy storage cells or two different ones of the at least two energy storage cells are closed for transferring electrical charge from the energy buffer to the at least one of the at least two energy storage cells.
  • the advantage is that extra charge is very easy on the at least one can be transmitted to at least one of the at least two energy storage cells.
  • the additional charge can thus be selectively supplied to those energy storage cells which require this additional charge, that is, whose voltage is low in comparison to the respective voltage of other of the at least two energy sources.
  • the charging of the energy storage cells can be carried out very efficiently.
  • the invention is characterized by a method for operating an energy storage arrangement having at least two energy storage cells, which are arranged electrically in series with one another.
  • a first switch is provided in each case, which is arranged electrically between a first connection of the respective energy storage cell and a first connection of an intermediate energy storage device.
  • a second switch is further provided in each case, which is arranged electrically between a second terminal of the respective energy storage cell and a second terminal of the e- nergie format arrivess.
  • the first switch and the second switch which are assigned to one of the at least two energy storage cells or two different of the at least two energy storage cells, are closed to transfer electrical charge between the at least one of the at least two energy storage cells and the energy buffer.
  • a quantity is detected which is representative of a voltage of the energy buffer.
  • the voltage of each one or more of the at least two energy storage cells can be determined very easily and can therefore be monitored very easily. This is particularly advantageous for controlling the charge balance according to the method of the second aspect.
  • the charge balance can be controlled very easily and efficiently depending on the detected voltages.
  • the method according to the second aspect is carried out after the method according to the third aspect of the invention. and a deviation to be corrected or unequal distribution of the voltage detected for each energy storage cell was determined.
  • the size is detected only after a predetermined minimum waiting time has elapsed after closing the first and second switches.
  • the predefined minimum waiting period is preferably predetermined so long that any oscillation has subsided substantially and a voltage of the energy buffer is substantially equal to a voltage of the at least one of the at least two energy storage cells.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement and an energy storage arrangement
  • FIG. 2 shows the energy storage arrangement and a more detailed illustration of an embodiment of the circuit arrangement
  • Figure 3 is a flowchart of a first program
  • Figure 4 is a flowchart of a second program.
  • An energy storage arrangement comprises at least two energy storage cells Cz, which are arranged electrically in series with one another (FIG. 1).
  • the energy storage cells Cz are preferably designed as capacitors and are in particular designed as double-layer capacitors.
  • a first capacitor C1, a second capacitor C2, further capacitors, not shown, a capacitor Cn-I and an nth capacitor Cn are provided in the energy storage arrangement, where n is the number of energy storage cells Cz, that is to say in particular the capacitors, represents.
  • Such an energy storage arrangement is used, for example, in vehicles and in particular in motor vehicles for storing and providing energy, in particular for a short-term high power consumption or power requirement.
  • a plurality of energy storage cells Cz are preferably arranged in electrical series and thereby form the energy storage arrangement.
  • a maximum allowable voltage of the energy storage cells Cz is about 2.5 to 3 volts.
  • a dielectric strength of about 60 volts is required.
  • the energy storage arrangement then comprises, for example, about 20 to 25 such energy storage cells Cz, which are arranged electrically in series with each other, that is, the number n of the energy storage cells Cz is about 20 to 25.
  • the energy storage arrangement can also be designed differently.
  • the energy storage cells Cz generally have a different degree of self-discharge. As a result, over time a charge imbalance arises between different energy storage cells Cz of the energy storage arrangement, which leads to different voltages of the different ones
  • Energy storage cells Cz leads. As a result, the function of the energy storage arrangement can be significantly impaired.
  • a circuit arrangement is provided, which is designed for electrical coupling to the energy storage arrangement.
  • the circuit arrangement comprises a power buffer Cs, which is formed for example as a capacitor.
  • the energy buffer Cs has a first terminal Al and a second port A2.
  • the circuit arrangement furthermore comprises, for each energy storage cell Cz of the energy storage arrangement, a first switch SWa and a second switch SWb.
  • the respective first switch SWa is electrically arranged between a first terminal of the respective energy storage cell Cz and the first terminal Al of the energy buffer Cs.
  • the respective second switch SWb is arranged electrically between a second terminal of the respective energy storage cell Cz and the second terminal A2 of the energy buffer Cs.
  • a first switch SWIa of the first capacitor Cl and a second switch SWIb of the first capacitor Cl are provided, and correspondingly a first switch SW2a of the second capacitor C2, a second switch SW2b of the second capacitor C2, further switches, not shown, are provided and a first switch SWn-Ia of the capacitor Cn-I, a second switch SWn-Ib of the capacitor Cn-I, a first switch SWna of the n-th capacitor Cn and a second switch SWnb of the n-th capacitor Cn are provided ,
  • the switches are preferably designed as transistors, but may also be designed differently.
  • the circuit arrangement also comprises a resistor R and an inductance element L, for example a
  • Coil arranged electrically in series with each other and electrically in series with the energy buffer Cs between it and the switches.
  • the energy buffer Cs and the inductance element L form a resonant circuit.
  • the circuit arrangement comprises a control unit ST, which is the output side coupled to the switches and which is adapted to generate a respective control signal for driving the respective switch.
  • the circuit arrangement is preferably formed, a current i or the one
  • the respective drive signal depending on the detected current i or ab- depending on the quantity representing the current i Due to the resonant circuit, a time course of the current i can be sinusoidal.
  • charge transport between at least one of the energy storage cells Cz and the energy buffer Cs can thereby be carried out very efficiently and with high efficiency. Furthermore, current peaks can thus be avoided, so that the circuit arrangement can thereby have a high electromagnetic compatibility.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the circuit arrangement in more detail.
  • the variable representing the current i is, for example, a voltage drop across the resistor R.
  • the resistor R is coupled, for example, to a differential amplifier unit DV, which is included, for example, by the control unit ST.
  • the differential amplifier unit DV the voltage drop across the resistor R is supplied on the input side.
  • the differential amplifier unit DV is designed to detect and amplify the voltage drop and to provide the amplified voltage drop on the output side.
  • the control unit ST comprises a zero-crossing detection unit ND and a switching logic unit SL.
  • the differential amplifier unit DV is coupled on the output side to the zero-crossing detection unit ND.
  • the zero crossing detection unit ND is designed to determine a respective zero crossing of the current i as a function of the amplified voltage drop supplied to it on the input side, that is to determine the respective zero crossing depending on the variable representing the current i.
  • the zero crossing detection unit ND is coupled on the output side with the logic unit SL.
  • the zero crossing detection unit ND is designed to signal the switching logic unit SL of the respective detected zero crossing.
  • the switching logic unit SL is coupled on the output side to a driver unit TR, which in turn is connected to the output side with the respective driver unit TR. coupled with these switches.
  • the switching logic unit SL is designed to generate a respective drive signal for driving the respective switch as a function of the respective signalized zero crossing of the current i.
  • the switching logic unit SL is designed to generate the respective drive signal in such a way that the respective switch is opened or closed essentially at a respective instant of the zero crossing of the current i.
  • the driver unit TR comprises, for example, a power amplifier for each switch to be controlled. It can thereby be achieved that the respective switch can be opened or closed very quickly.
  • the circuit arrangement preferably also includes a vibration phase detection unit.
  • the oscillation phase detection unit is designed to detect an oscillation phase and in particular to detect an oscillation phase with respect to the respective zero crossing of the respective oscillation, that is, whether the oscillation at the respective zero crossing changes from a positive half-wave to a negative half-wave or vice versa.
  • the vibration phase detection unit is designed as a differentiation unit DIFF.
  • the differentiating unit DIFF is coupled on the input side to the differential amplifier unit DV and is coupled on the output side to the switching logic unit SL.
  • the differentiating unit DIFF is designed to differentiate the time profile of the input supplied amplified voltage drop across the resistor R and to determine a sign of this differentiated course.
  • the calculated sign represents the respective oscillation phase and is supplied to the switching logic unit SL on the input side, for example in the form of a one or zero level.
  • the switching logic unit SL is preferably designed to generate the respective drive signal as a function of the respective detected oscillation phase and as a function of the respective detected zero crossing.
  • at least one energy source BAT which is embodied, for example, as a battery and in particular as a vehicle battery.
  • the circuit arrangement can be coupled to the at least one energy source BAT.
  • the circuit arrangement comprises at least one source switch SWBAT, which is arranged electrically between the energy source BAT and the first or second connection A1, A2 of the energy buffer Cs. In the example shown in FIG. 2, the source switch SWBAT is electrically arranged between the energy source BAT and the first terminal Al of the energy buffer Cs.
  • the energy source BAT like the energy storage device, is also electrically coupled to a reference potential GND.
  • the circuit arrangement preferably also has a voltage detection unit SH which, for example, comprises a sample-and-hold element or is designed as a sample-and-hold element.
  • the voltage detection unit SH is coupled on the input side to the energy buffer Cs and is designed to detect a voltage of the energy buffer Cs and to determine and provide a measurement voltage Um on the output side.
  • the voltage detection unit SH is designed to determine the measurement voltage Um depending on the input side supplied voltage of the intermediate energy storage Cs.
  • the measurement voltage Um is representative of the voltage of the energy buffer Cs.
  • the voltage of the energy buffer Cs is representative of a voltage of one or more of the energy storage cells Cz of the energy storage device. Accordingly, the measurement voltage Um may be representative of the voltage of one or more of the energy storage cells Cz of the energy storage device.
  • control unit ST is designed to generate the respective drive signals as a function of the measuring voltages Um respectively detected for the energy storage cells Cz.
  • the switching logic unit SL is formed, the each to be opened or closed switch depending on these measured voltages To select. This allows a very efficient and targeted charge equalization between different energy storage cells Cz of the energy storage device or a targeted charging of E- nergie Eatzellen Cz with charges that can be removed from the energy source BAT.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a first program.
  • the program is used to charge balance between different energy storage cells Cz the energy storage device or the targeted charging of energy storage cells Cz with charges that can be removed from the energy source BAT.
  • the program starts in a step Sl.
  • the first switch SWa and the second switch SWb are selected such that at least one of the energy storage cells Cz, which is to be removed from the charge, is arranged electrically between them.
  • the first switch SW2a of the second capacitor C2 and the second switch SW2b of the second capacitor C2 are selected.
  • the second capacitor C2 is selected for the discharge of charge.
  • the first switch SWIa of the first capacitor Cl and the second switch SW2b of the second capacitor C2 may also be selected, for example. Then, a series connection of the first and second capacitors C1, C2 is selected for the discharge of charge. Accordingly, more than two energy storage cells Cz can be selected for the removal of charge.
  • the at least one source switch SWBAT can also be selected in step S2 in order to select the energy source BAT for the removal of charge.
  • a step S3 the selected switches are closed. By closing the switches, a current flow and thus a charge transport can take place if the voltage of the selected at least one energy storage cell Cz or the energy source BAT and the voltage of the energy source Gb cache Cs are different.
  • the selection of the first and the second switch SWa, SWb or the source switch SWBAT therefore preferably takes place in the step S2 such that the voltage of the energy buffer Cs is lower than the voltage of the selected at least one energy storage cell Cz or the energy source BAT. Then, the current i flows from the selected at least one energy storage cell Cz or the energy source BAT to the energy buffer Cs.
  • a counter Z is initialized and started in a step S4.
  • a step S5 preferably the current i or the variable representing the current i is detected.
  • a step S6 it is then preferably checked whether the current i or the variable representing the current i has a zero crossing and whether the oscillation phase provided for terminating the charge removal is present.
  • the oscillation phase provided for ending the charge removal is formed in particular by a negative sign of the time derivative of the current i or of the variable representing the current i.
  • the program is preferably continued in a step S7.
  • the counter Z is preferably incremented or decremented in the direction of the predetermined counter value.
  • the program is continued in step S5.
  • step S8 the program is continued in a step S8.
  • step S8 the selected first and second switches SWa, SWb are opened.
  • step S9 according to the step S2, the first and the second Switch SWa, SWb chosen such that electrically between these at least one of the energy storage cells Cz is arranged to be supplied to the charge. According to the step S3, these selected switches are closed in a step S10. Closing the selected one
  • Switch is preferably made substantially at the time of zero crossing after opening the previously closed for the removal of the load switch in step S8, that is without significant time delay. However, it must be ensured that the actuation of the switches takes place so that none of the energy storage cells Cz is short-circuited.
  • the counter Z is preferably initialized and started in accordance with the step S4.
  • the current i or the variable representing the current i is preferably detected in accordance with the step S5.
  • the oscillation phase provided for terminating the charge supply is formed in particular by a positive sign of the time derivative of the current i or of the variable representing the current i.
  • the predetermined counter value is preferably equal to the predetermined counter value used in steps S4 to S7. However, the preset counter values can also be predetermined differently.
  • step S14 which corresponds to step S7.
  • the program is continued in step S12. If, however, the zero crossing was detected in step S13, and that for the End of the charge supply provided phase before or the counter Z has reached the predetermined counter value, then the program is continued in a step S15, which corresponds to the step S8.
  • step S15 the selected first and second switches SWa, SWb are opened and the program is ended in step S16.
  • the counter Z essentially serves to terminate the removal of the charge or the supply of charge after a predetermined period of time has elapsed since the respective start of the counter Z in step S4 or in step S11, if the zero crossing is not recognized in time and / or the required oscillation phase is not present in time.
  • the predetermined time duration and correspondingly the predetermined counter value are preferably predetermined such that the resulting time since the respective start of the counter Z is longer than half a period of the preferably sinusoidal oscillation of the current i during the charge transport between the energy buffer Cs and the respectively at least an energy storage cell Cz.
  • the counter Z it is also possible to provide a time measuring device which terminates the removal or feeding of the charge after the expiration of the respective predetermined period of time.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a second program.
  • the second program is used to determine the measurement voltage Um depending on the voltage of the intermediate energy storage Cs so that the measurement voltage Um preferably represents the voltage of at least one of the energy storage cells Cz.
  • the program starts in a step S20.
  • the first switch SWa and the second switch SWb are selected such that at least one of the energy storage cells Cz is arranged between them, the voltage of which is to be determined in the form of the measuring voltage Um.
  • these selected switches are closed. By closing the switch, the current flow and thus the charge transport can take place when the voltage of the selected at least one energy storage cell Cz and the Voltage of the energy buffer Cs are different. By charge transport, these voltages can be equalized.
  • step S23 the counter Z is initialized and started.
  • step S24 it is preferably checked whether the counter Z has reached a predetermined first counter value. If this condition is not met, then the counter Z is preferably incremented or decremented in a step S25 in the direction of the predetermined first counter value. However, if the condition is satisfied in step S24, then the program is continued in step S26.
  • the predefined first counter value is preferably predetermined such that a resulting period of time since the start of the counter Z is always long enough to allow the voltages of the intermediate energy store Cs and the at least one energy storage cell Cz to be matched.
  • the predetermined first counter value is preferably predetermined such that the resulting period of time comprises a plurality of oscillation periods of the preferably sinusoidal current i.
  • the predetermined first counter value is predefined as a function of a desired accuracy with which the measuring voltage Um is to represent the actual voltage of the at least one energy storage cell Cz.
  • step S26 the selected first and second
  • the voltage measurement takes place, for example, by means of the voltage detection unit SH. Provision can be made for the voltage detection unit SH to be connected to the energy buffer Cs only when required, that is to say when the voltage of the intermediate energy store Cs is to be detected, by closing at least one further switch associated with the voltage detection unit SH.
  • the voltage detection unit SH generally requires a minimum wait period for the detection of the voltage. Preferably, this minimum waiting period is waited until the voltage is detected and the measuring voltage Um can be provided.
  • counter Z is initialized and started in a step S28. In a step S29, it is preferably checked whether the counter Z has reached a predetermined second counter value.
  • step S30 the counter Z is preferably incremented or decremented in a step S30 in the direction of the predetermined second counter value.
  • step S30 the detection of the voltage of the energy buffer Cs is terminated in a step S31 and, if appropriate, the further switch associated with the at least one voltage detection unit SH is opened. Which depends on the detected
  • Voltage of the intermediate energy storage Cs detected measuring voltage Um is provided on the output side of the voltage detection unit SH.
  • the program is ended in a step S32.
  • a time measuring device can also be provided in the second program, which after waiting for a predetermined first and second time duration waiting for the matching of the voltage of the intermediate energy storage Cs and the at least one energy storage cell Cz or waiting for the end of the detection of the voltage of the intermediate energy store Cz.
  • the predetermined first time duration and correspondingly the predetermined first counter value for equalizing the voltages of the energy buffer Cs and the at least one energy storage cell Cz are given longer than the predetermined second time duration and correspondingly the predetermined second counter value for detecting the voltage of the energy buffer Cs.
  • the predetermined second period of time is at least as long as the minimum waiting period for detecting the voltage of the energy buffer Cs.
  • the program according to FIG. 4 is preferably executed before the program according to FIG. 3 is executed.
  • the program according to FIG. 4 is executed for at least two and preferably for all of the at least two energy storage cells Cz of the energy storage arrangement in order to make the respective selection of the first and second switches SWa, SWb in steps S2 and S9 of the program according to FIG to be able to perform the respectively detected measurement voltage Um.

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung ist mit einer Energiespeicheranordnung koppelbar, die mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) umfasst, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Energiezwischenspeicher (Cs), der einen ersten Anschluss (A1) und einen zweiten Anschluss (A2) aufweist. Die Schaltungsanordnung umfasst für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils einen ersten Schalter (SWa), der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und dem ersten Anschluss (A1) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, und umfasst für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils einen zweiten Schalter (SWb), der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und dem zweiten Anschluss (A2) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit (ST), die mit den jeweiligen ersten Schaltern (SWa) und den jeweiligen zweiten Schaltern (SWb) gekoppelt ist. Die Steuereinheit (ST) ist ausgebildet zum Erzeugen von Steuersignalen zum Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter (SWa, SWb).

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung, die mindestens zwei Energiespeicherzellen umfasst, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind.
Derartige Energiespeicheranordnungen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Hybridfahrzeugen, genutzt zum Speichern und Bereitstellen von Energie bei kurzzeitig hohem Leistungsanfall oder Leistungsbedarf. Kurzzeitig hohe Leistung fällt beispielsweise bei einem Bremsvorgang an, bei dem die Bewegungsenergie in elektrische Energie gewandelt wird. Kurzzeitig hoher Bedarf an Leistung herrscht beispielsweise bei einer Beschleunigungsunterstützung mittels Elektromotor. Als Energiespeicherzellen sind beispielsweise Doppel- Schichtkondensatoren vorgesehen. Aufgrund ihrer geringen
Spannungsfestigkeit müssen jedoch im Allgemeinen mehrere Doppelschichtkondensatoren elektrisch in Reihe zueinander angeordnet werden, um die für ein Kraftfahrzeug-Bordnetz erforderliche Spannungsfestigkeit von beispielsweise etwa 60 Volt zu erreichen. Unterschiedliche Selbstentladung der einzelnen Doppelschichtkondensatoren kann jedoch die Funktion der Energiespeicheranordnung beeinträchtigen .
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung zu schaffen, die einfach sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Schaltungsanordnung, die mit einer Energiespei- cheranordnung koppelbar ist, die mindestens zwei Energiespeicherzellen umfasst, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Energiezwischenspeicher, der einen ersten Anschluss und einen zwei- ten Anschluss aufweist. Die Schaltungsanordnung umfasst für jede Energiespeicherzelle der Energiespeicheranordnung jeweils einen ersten Schalter, der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und dem ersten Anschluss des Energiezwischenspeichers angeordnet ist, und umfasst für jede Energiespeicherzelle der Energiespeicheranordnung jeweils einen zweiten Schalter, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und dem zweiten Anschluss des Energiezwischenspeichers angeordnet ist. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit, die mit den jeweiligen ersten Schaltern und den jeweiligen zweiten Schaltern gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet zum Erzeugen von Steuersignalen zum Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter.
Der Vorteil ist, dass durch geeignetes Ansteuern der Schalter Ladung sehr einfach von mindestens einem der mindestens zwei Energiespeicherzellen über ein Zwischenspeichern in dem Energiezwischenspeicher zu mindestens einer anderen der mindestens zwei Energiespeicherzellen übertragen werden kann. Da- durch ist ein einfacher und zuverlässiger Ladungsausgleich zwischen Energiespeicherzellen möglich. Ferner ist die Schaltungsanordnung einfach und ist einfach und kostengünstig implementierbar und integrierbar. Der Energiezwischenspeicher ist beispielsweise als ein Kondensator ausgebildet. Die Ener- giespeicherzellen sind beispielsweise als Kondensatoren und insbesondere als Doppelschichtkondensatoren ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Schaltungsanordnung ein Induktivitätselement, das elektrisch in Reihe zu dem Energiezwischenspeicher und elektrisch zwischen dem
Energiezwischenspeicher und dem jeweiligen ersten oder zweiten Schalter angeordnet ist. Durch das Induktivitätselement, den Energiezwischenspeicher und die jeweilige mindestens eine der mindestens zwei Energiespeicherzellen ist ein Schwingkreis gebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein Strom zur Ü- bertragung der elektrischen Ladung einen sinusförmigen Verlauf aufweist und dadurch Stromspitzen bei den Schaltvorgän- gen der ersten und/oder zweiten Schaltern zuverlässig vermieden werden. Die Schaltungsanordnung weist dadurch eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit auf. Das Übertragen der Ladung kann so sehr effizient erfolgen. Die Schaltungsanordnung kann so ferner mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit ausgebildet ist zum Erfassen einer Größe, die repräsentativ ist für einen Strom durch das Induktivitätselement. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Nulldurchgangserken- nungseinheit zum Erkennen eines Nulldurchgangs des Stroms. Die Schaltungsanordnung ist ferner ausgebildet zum Erzeugen der Steuersignale abhängig von dem jeweils erkannten Nulldurchgang des Stroms. Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung ausgebildet zum Erzeugen der Steuersignale derart, dass das Schließen und/oder Öffnen der ersten und der zweiten Schalter im Wesentlichen jeweils zu dem jeweils erkannten Nulldurchgang des Stroms erfolgt. Dadurch kann das Übertragen der Ladung besonders effizient erfolgen und die Schaltung weist so einen besonders hohen Wirkungsgrad auf.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit eine Schwingungsphasenerkennungseinheit umfasst zum Erkennen einer Schwingungsphase des Stroms und ausgebildet ist zum Erzeugen der Steuersignale abhängig von der jeweils erkannten Schwingungsphase des Stroms. Dadurch ist ein besonders zuverlässiges Betriebsverhalten möglich. Beispielsweise ist die Schwingungsphasenerkennungseinheit als eine Differenziereinheit ausgebildet oder umfasst eine solche. Insbesondere ist die jeweilige Schwingungsphase dann anhand eines je- weiligen Vorzeichens des differenzierten Stroms erkennbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung mit mindestens einer Energiequelle koppelbar. Die Schaltungsanordnung umfasst für jede der mindestens einen Energiequelle mindestens einen Quellenschalter, der elektrisch zwischen jeweils einem Anschluss der Energiequelle und dem ersten oder dem zweiten Anschluss des Energiezwischen- Speichers angeordnet ist. Der Vorteil ist, dass zusätzliche Ladung sehr einfach von der mindestens einen Energiequelle zu mindestens einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen übertragen werden kann. Die zusätzliche Ladung kann durch geeignetes Schalten der Schalter gezielt denjenigen Energie- Speicherzellen zugeführt werden, die diese zusätzliche Ladung benötigen, das heißt, deren Spannung im Vergleich zu der jeweiligen Spannung anderer der mindestens zwei Energiespeicherzellen gering ist. Das Laden der Energiespeicherzellen kann so sehr effizient durchgeführt werden. Die mindestens eine Energiequelle ist beispielsweise als eine Batterie, insbesondere eine Kraftfahrzeugbatterie, oder Akkumulator ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Schaltungsanordnung eine Spannungserfassungseinheit, die mit dem Energiezwischenspeicher gekoppelt ist und die ausgebildet ist zum Ermitteln einer Messspannung abhängig von einer Spannung des Energiezwischenspeichers. Durch geeignetes Schalten der Schalter kann die Spannung jeder einzelnen oder mehrerer der mindestens zwei Energiespeicherzellen sehr einfach durch die Spannungserfassungseinheit in Form der Messspannung ermittelt werden. Es muss jedoch nicht für jede der mindestens zwei Energiespeicherzellen eine eigene Spannungserfassungseinheit vorgesehen sein. Die Schaltungsanordnung ist dadurch sehr einfach. Ferner kann abhängig von den ermittelten Spannungen der Energiespeicherzellen sehr effizient der Ladungsausgleich gesteuert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung mit mindestens zwei Energiespeicherzellen, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind. Für jede Energiespeicherzelle der Energiespeicheranordnung ist jeweils ein erster Schalter vorgesehen, der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und einem ersten Anschluss eines Energiezwischenspeichers angeordnet ist. Ferner ist für jede Energiespeicherzelle der Ener- giespeicheranordnung jeweils ein zweiter Schalter vorgesehen, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und einem zweiten Anschluss des E- nergiezwischenspeichers angeordnet ist. Bei dem Verfahren werden der erste Schalter und der zweite Schalter, die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen oder zwei verschiedenen der mindestens zwei Energiespeicherzellen zugeordnet sind, geschlossen zum Übertragen von elektrischer Ladung von der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen zu dem Energiezwischenspeicher. Der erste Schalter und/oder der zweite Schalter werden wieder geöffnet. Ferner werden der erste Schalter und der zweite Schalter, die mindestens einer anderen der mindestens zwei Energiespeicherzellen zugeordnet sind, geschlossen zum Übertragen von elektrischer Ladung von dem Energiezwischenspeicher zu der mindes- tens einen anderen der mindestens zwei Energiespeicherzellen.
Der Vorteil ist, dass durch dieses Ansteuern der Schalter Ladung sehr einfach von mindestens einem der mindestens zwei Energiespeicherzellen über ein Zwischenspeichern in dem Ener- giezwischenspeicher zu mindestens einer anderen der mindestens zwei Energiespeicherzellen übertragen werden kann. Dadurch ist ein einfacher und zuverlässiger Ladungsausgleich zwischen Energiespeicherzellen möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts weist ein Strom bei dem Übertragen der elektrischen Ladung einen sinusförmigen Verlauf auf. Eine den Strom repräsentierende Größe wird erfasst. Ein jeweiliger Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms wird abhängig von der Größe ermit- telt. Die jeweiligen ersten und zweiten Schalter werden geöffnet oder geschlossen abhängig von dem jeweiligen Zeitpunkt des ermittelten Nulldurchgangs. Bevorzugt werden der erste und der zweite Schalter im Wesentlichen jeweils zu dem je- weils erkannten Nulldurchgang des Stroms geschlossen oder geöffnet. Dadurch kann das Übertragen der Ladung besonders effizient und mit einem besonders hohen Wirkungsgrad erfolgen.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn eine Schwingungsphase des Stroms abhängig von der Größe ermittelt wird und die jeweiligen ersten und zweiten Schalter geöffnet oder geschlossen werden abhängig von der jeweiligen ermittelten Schwingungsphase. Dadurch ist ein besonders zuverlässiges Be- triebsverhalten möglich.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn ein Verlauf der den Strom repräsentierenden Größe differenziert wird und die jeweilige Schwingungsphase des Stroms abhängig von einem Vorzeichen der differenzierten Größe ermittelt wird oder die jeweilige Schwingungsphase des Stroms durch das Vorzeichen der differenzierten Größe gebildet wird. Der Vorteil ist, dass dadurch die jeweilige relevante Schwingungsphase einfach und zuverlässig erkannt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts ist mindestens eine Energiequelle vorgesehen. Für jede der mindestens einen Energiequelle ist ferner mindestens ein Quellenschalter vorgesehen, der elektrisch zwischen jeweils einem Anschluss der Energiequelle und dem ersten oder dem zweiten Anschluss des Energiezwischenspeichers angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird der mindestens eine Quellenschalter mindestens einer der mindestens einen Energiequelle geschlossen zum Übertragen von elektrischer Ladung von dieser mindestens einen Energiequelle zu dem Energiezwischenspeicher. Der mindestens eine Quellenschalter wird geöffnet und der erste Schalter und der zweite Schalter, die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen oder zwei verschiedenen der mindestens zwei Energiespeicherzellen zugeordnet sind, werden geschlossen zum Übertragen von elektrischer Ladung von dem Energiezwischenspeicher zu der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen. Der Vorteil ist, dass zusätzliche Ladung sehr einfach von der mindestens einen Ener- giequelle zu mindestens einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen übertragen werden kann. Die zusätzliche Ladung kann so gezielt denjenigen Energiespeicherzellen zugeführt werden, die diese zusätzliche Ladung benötigen, das heißt, deren Spannung im Vergleich zu der jeweiligen Spannung anderer der mindestens zwei Energiequellen gering ist. Das Laden der Energiespeicherzellen kann so sehr effizient durchgeführt werden .
Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung mit mindestens zwei Energiespeicherzellen, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind. Für jede Energiespeicherzelle der Energiespeicheranordnung ist jeweils ein erster Schalter vorgesehen ist, der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und einem ersten Anschluss eines Energiezwischenspeichers angeordnet ist. Für jede Energiespeicherzelle der Energiespeicheranordnung ist ferner jeweils ein zweiter Schalter vorgesehen, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle und einem zweiten Anschluss des E- nergiezwischenspeichers angeordnet ist. Bei dem Verfahren werden der erste Schalter und der zweite Schalter, die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen oder zwei verschie- denen der mindestens zwei Energiespeicherzellen zugeordnet sind, geschlossen zum Übertragen von elektrischer Ladung zwischen der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen und dem Energiezwischenspeicher. Eine Größe wird erfasst, die repräsentativ ist für eine Spannung des Energie- Zwischenspeichers. Die Spannung jeder einzelnen oder mehrerer der mindestens zwei Energiespeicherzellen kann so sehr einfach ermittelt werden und kann dadurch auch sehr einfach ü- berwacht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft für ein Steuern des Ladungsausgleichs gemäß dem Verfahren des zweiten Aspekts. Der Ladungsausgleich kann so sehr einfach und effizient abhängig von den ermittelten Spannungen gesteuert werden. Bevorzugt wird daher das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt ausgeführt, nachdem das Verfahren gemäß dem dritten As- pekt ausgeführt wurde und eine zu korrigierende Abweichung oder Ungleichverteilung der für jede Energiespeicherzelle er- fassten Spannung festgestellt wurde.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des dritten Aspekts wird die Größe erst nach Ablauf einer vorgegebenen Mindestwarte- zeitdauer nach dem Schließen des ersten und des zweiten Schalters erfasst. Die vorgegebene Mindestwartezeitdauer ist vorzugsweise so lang vorgegeben, dass eine etwaige Schwingung im Wesentlichen abgeklungen ist und eine Spannung des Energiezwischenspeichers im Wesentlichen einer Spannung der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen beträgt. Dadurch ist ein besonders präzises Ermitteln der Spannung der mindestens einen der mindestens zwei Energiespei- cherzellen möglich abhängig von der erfassten Größe, die repräsentativ ist für die Spannung des Energiezwischenspeichers .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schaltungsanordnung und eine Energiespeicheranordnung,
Figur 2 die Energiespeicheranordnung und eine ausführlichere Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Energiespeicheranordnung umfasst mindesten zwei Energiespeicherzellen Cz, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind (Figur 1). Die Energiespeicherzellen Cz sind vorzugsweise als Kondensatoren ausgebildet und sind insbesondere als Doppelschichtkondensatoren ausgebildet. Beispielsweise sind ein erster Kondensator Cl, ein zweiter Kondensator C2, weitere, nicht dargestellte Kondensatoren, ein Kondensator Cn-I und ein n-ter Kondensator Cn in der Energiespeicheran- Ordnung vorgesehen, wobei n die Anzahl der Energiespeicherzellen Cz, also insbesondere der Kondensatoren, repräsentiert. Eine solche Energiespeicheranordnung wird beispielsweise in Fahrzeugen und insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Speichern und Bereitstellen von Energie genutzt, insbesondere bei kurzzeitig hohem Leistungsanfall oder Leistungsbedarf.
Aufgrund begrenzter Spannungsfestigkeit der Energiespeicherzellen Cz und insbesondere der Doppelschichtkondensatoren werden vorzugsweise mehrere Energiespeicherzellen Cz elekt- risch in Reihe angeordnet und bilden dadurch die Energiespeicheranordnung. Beispielsweise beträgt eine maximal zulässige Spannung der Energiespeicherzellen Cz etwa 2,5 bis 3 Volt. Für ein 42 Volt Kraftfahrzeug-Bordnetz wird beispielsweise eine Spannungsfestigkeit von etwa 60 Volt gefordert. Die E- nergiespeicheranordnung umfasst dann beispielsweise etwa 20 bis 25 solcher Energiespeicherzellen Cz, die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind, das heißt die Anzahl n der Energiespeicherzellen Cz beträgt etwa 20 bis 25. Die Energiespeicheranordnung kann jedoch auch anders ausgebildet sein.
Jedoch weisen die Energiespeicherzellen Cz im Allgemeinen eine unterschiedlich hohe Selbstentladung auf. Dadurch entsteht im Laufe der Zeit ein Ladungsungleichgewicht zwischen verschiedenen Energiespeicherzellen Cz der Energiespeicheranord- nung, das zu unterschiedlichen Spannungen der verschiedenen
Energiespeicherzellen Cz führt. Dadurch kann die Funktion der Energiespeicheranordnung erheblich beeinträchtigt werden.
Eine Schaltungsanordnung ist vorgesehen, die ausgebildet ist zum elektrischen Koppeln mit der Energiespeicheranordnung.
Die Schaltungsanordnung umfasst einen Energiezwischenspeicher Cs, der beispielsweise als ein Kondensator ausgebildet ist. Der Energiezwischenspeicher Cs weist einen ersten Anschluss Al und einen zweiten Anschluss A2 auf. Die Schaltungsanordnung umfasst ferner für jede Energiespeicherzelle Cz der E- nergiespeicheranordnung einen ersten Schalter SWa und einen zweiten Schalter SWb. Der jeweilige erste Schalter SWa ist elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen E- nergiespeicherzelle Cz und dem ersten Anschluss Al des Energiezwischenspeichers Cs angeordnet. Entsprechend ist der jeweilige zweite Schalter SWb elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle Cz und dem zweiten Anschluss A2 des Energiezwischenspeichers Cs angeordnet. Insbesondere sind ein erster Schalter SWIa des ersten Kondensators Cl und ein zweiter Schalter SWIb des ersten Kondensators Cl vorgesehen und sind entsprechend ein erster Schalter SW2a des zweiten Kondensators C2, ein zweiter Schal- ter SW2b des zweiten Kondensators C2, sind weitere, nicht dargestellte Schalter vorgesehen und sind ein erster Schalter SWn-Ia des Kondensators Cn-I, ein zweiter Schalter SWn-Ib des Kondensators Cn-I, ein erster Schalter SWna des n-ten Kondensators Cn und ein zweiter Schalter SWnb des n-ten Kondensa- tors Cn vorgesehen. Die Schalter sind vorzugsweise als Transistoren ausgebildet, können jedoch auch anders ausgebildet sein .
Bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung auch einen Wider- stand R und ein Induktivitätselement L, zum Beispiel eine
Spule, die elektrisch in Reihe zueinander und elektrisch in Reihe zu dem Energiezwischenspeicher Cs zwischen diesem und den Schaltern angeordnet sind. Der Energiezwischenspeicher Cs und das Induktivitätselement L bilden einen Schwingkreis.
Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit ST, die ausgangsseitig mit den Schaltern gekoppelt ist und die ausgebildet ist, ein jeweiliges Steuersignal zum Ansteuern des jeweiligen Schalters zu erzeugen. Die Schaltungsanordnung ist vorzugsweise ausgebildet, einen Strom i oder eine den
Strom i repräsentierende Größe zu erfassen und die Steuereinheit ST ist vorzugsweise ausgebildet, das jeweilige Ansteuersignal abhängig von dem erfassten Strom i beziehungsweise ab- hängig von der den Strom i repräsentierenden Größe zu erzeugen. Aufgrund des Schwingkreises kann ein zeitlicher Verlauf des Stroms i sinusförmig sein. Durch geeignets Ansteuern der Schalter kann ein Ladungstransport zwischen mindestens einem der Energiespeicherzellen Cz und dem Energiezwischenspeicher Cs dadurch sehr effizient und mit hohem Wirkungsgrad erfolgen. Ferner können so Stromspitzen vermieden werden, so dass die Schaltungsanordnung dadurch eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen kann.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung in ausführlicherer Darstellung. Die den Strom i repräsentierende Größe ist beispielsweise ein Spannungsabfall über dem Widerstand R. Der Widerstand R ist beispielsweise mit einer Diffe- renzverstärkereinheit DV gekoppelt, die beispielsweise durch die Steuereinheit ST umfasst ist. Der Differenzverstärkereinheit DV wird der Spannungsabfall über dem Widerstand R ein- gangsseitig zugeführt. Die Differenzverstärkereinheit DV ist ausgebildet zum Erfassen und Verstärken des Spannungsabfalls und zum ausgangsseitigen Bereitstellen des verstärkten Spannungsabfalls .
Die Steuereinheit ST umfasst eine Nulldurchgangserkennungs- einheit ND und eine Schaltlogikeinheit SL. Die Differenzver- Stärkereinheit DV ist ausgangsseitig mit der Nulldurchgangs- erkennungseinheit ND gekoppelt. Die Nulldurchgangserkennungs- einheit ND ist ausgebildet, einen jeweiligen Nulldurchgang des Stroms i abhängig von dem ihr eingangsseitig zugeführten verstärkten Spannungsabfall zu ermitteln, das heißt, den je- weiligen Nulldurchgang abhängig von der den Strom i repräsentierenden Größe zu ermitteln.
Die Nulldurchgangserkennungseinheit ND ist ausgangsseitig mit der Schaltlogikeinheit SL gekoppelt. Die Nulldurchgangserken- nungseinheit ND ist ausgebildet, der Schaltlogikeinheit SL den jeweiligen erkannten Nulldurchgang zu signalisieren. Die Schaltlogikeinheit SL ist ausgangsseitig mit einer Treibereinheit TR gekoppelt, die wiederum ausgangsseitig mit den je- weiligen Schaltern gekoppelt ist. Die Schaltlogikeinheit SL ist ausgebildet zum Erzeugen eines jeweiligen Ansteuersignals zum Ansteuern des jeweiligen Schalters abhängig von dem jeweiligen signalisierten Nulldurchgang des Stroms i. Insbeson- dere ist die Schaltlogikeinheit SL ausgebildet zum Erzeugen des jeweiligen Ansteuersignals derart, dass der jeweilige Schalter im Wesentlichen zu einem jeweiligen Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms i geöffnet oder geschlossen wird. Die Treibereinheit TR umfasst beispielsweise für jeden anzu- steuernden Schalter einen Leistungsverstärker. Dadurch kann erreicht werden, dass der jeweilige Schalter sehr schnell geöffnet oder geschlossen werden kann.
Die Schaltungsanordnung umfasst vorzugsweise auch eine Schwingungsphasenerkennungseinheit . Die Schwingungsphasener- kennungseinheit ist ausgebildet zum Erkennen einer Schwingungsphase und insbesondere zum Erkennen einer Schwingungsphase in Bezug auf den jeweiligen Nulldurchgang der jeweiligen Schwingung, das heißt, ob die Schwingung bei dem jeweili- gen Nulldurchgang von einer positiven Halbwelle zu einer negativen Halbwelle wechselt oder umgekehrt. Beispielsweise ist die Schwingungsphasenerkennungseinheit als eine Differenziereinheit DIFF ausgebildet. Die Differenziereinheit DIFF ist eingangsseitig mit der Differenzverstärkereinheit DV gekop- pelt und ist ausgangsseitig mit der Schaltlogikeinheit SL gekoppelt. Die Differenziereinheit DIFF ist ausgebildet zum Differenzieren des zeitlichen Verlaufs des eingangsseitig zugeführten verstärkten Spannungsabfalls über dem Widerstand R und zum Ermitteln eines Vorzeichens dieses differenzierten Verlaufs. Das ermittelte Vorzeichen repräsentiert die jeweilige Schwingungsphase und wird der Schaltlogikeinheit SL eingangsseitig zugeführt, zum Beispiel in Form eins Eins- oder Nullpegels. Die Schaltlogikeinheit SL ist vorzugsweise ausgebildet, das jeweilige Ansteuersignal abhängig von der jeweils erkannten Schwingungsphase und abhängig von dem jeweils erkannten Nulldurchgang zu erzeugen. Zusätzlich zu der Energiespeicheranordnung kann auch mindestens eine Energiequelle BAT vorgesehen sein, die beispielsweise als eine Batterie und insbesondere als eine Fahrzeugbatterie ausgebildet ist. Die Schaltungsanordnung ist mit der mindestens einen Energiequelle BAT koppelbar. Die Schaltungsanordnung umfasst mindestens einen Quellenschalter SWBAT, der elektrisch zwischen der Energiequelle BAT und dem ersten oder zweiten Anschluss Al, A2 des Energiezwischenspeichers Cs angeordnet ist. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist der Quellenschalter SWBAT elektrisch zwischen der Energiequelle BAT und dem ersten Anschluss Al des Energiezwischenspeichers Cs angeordnet. Die Energiequelle BAT ist ebenso wie die Energiespeicheranordnung ferner elektrisch mit einem Bezugspotential GND gekoppelt.
Die Schaltungsanordnung weist vorzugsweise ferner eine Span- nungserfassungseinheit SH auf, die beispielsweise ein Abtast- Halteglied umfasst oder als Abtast-Halteglied ausgebildet ist. Die Spannungserfassungseinheit SH ist eingangsseitig mit dem Energiezwischenspeicher Cs gekoppelt und ist ausgebildet zum Erfassen einer Spannung des Energiezwischenspeichers Cs und zum Ermitteln und ausgangsseitigen Bereitstellen einer Messspannung Um. Die Spannungserfassungseinheit SH ist ausgebildet zum Ermitteln der Messspannung Um abhängig von der eingangsseitig zugeführten Spannung des Energiezwischenspeichers Cs. Die Messspannung Um ist repräsentativ für die Spannung des Energiezwischenspeichers Cs. Durch geeignetes Ansteuern der Schalter ist die Spannung des Energiezwischenspeichers Cs repräsentativ für eine Spannung einer oder meh- rerer der Energiespeicherzellen Cz der Energiespeicheranordnung. Entsprechend kann auch die Messspannung Um repräsentativ sein für die Spannung einer oder mehrerer der Energiespeicherzellen Cz der Energiespeicheranordnung.
Bevorzugt ist die Steuereinheit ST ausgebildet zum Erzeugen der jeweiligen Ansteuersignale abhängig von den für die Energiespeicherzellen Cz jeweils erfassten Messspannungen Um. Insbesondere ist die Schaltlogikeinheit SL ausgebildet, die jeweils zu öffnenden oder zu schließenden Schalter abhängig von diesen ermittelten Messspannungen Um zu wählen. Dies ermöglicht einen sehr effizienten und zielgerichteten Ladungsausgleich zwischen verschiedenen Energiespeicherzellen Cz der Energiespeicheranordnung oder ein gezieltes Aufladen von E- nergiespeicherzellen Cz mit Ladungen, die der Energiequelle BAT entnehmbar sind.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms. Das Programm dient dem Ladungsausgleich zwischen verschiedenen Energiespeicherzellen Cz der Energiespeicheranordnung oder dem gezielten Aufladen von Energiespeicherzellen Cz mit Ladungen, die der Energiequelle BAT entnehmbar sind. Das Programm beginnt in einem Schritt Sl. In einem Schritt S2 werden der erste Schalter SWa und der zweite Schalter SWb derart gewählt, dass elektrisch zwischen diesen mindestens eine der Energiespeicherzellen Cz angeordnet ist, der Ladung entnommen werden soll. Beispielsweise werden der erste Schalter SW2a des zweiten Kondensators C2 und der zweite Schalter SW2b des zweiten Kondensators C2 gewählt. Dann ist der zweite Kondensator C2 ausgewählt für das Entnehmen von Ladung. Es können jedoch ebenso beispielsweise der erste Schalter SWIa des ersten Kondensators Cl und der zweite Schalter SW2b des zweiten Kondensators C2 gewählt werden. Dann ist eine Reihenschaltung des ersten und des zweiten Kondensators Cl, C2 ausgewählt für das Entnehmen von Ladung. Entsprechend können auch mehr als zwei Energiespeicherzellen Cz für das Entnehmen von Ladung ausgewählt werden. Anstatt jeweils einen der ersten oder zweiten Schalter SWa, SWb zu wählen, kann in dem Schritt S2 auch der mindestens eine Quellenschalter SWBAT gewählt werden, um die Energiequelle BAT für das Entnehmen von Ladung auszuwählen .
In einem Schritt S3 werden die gewählten Schalter geschlos- sen. Durch das Schließen der Schalter kann ein Stromfluss und somit ein Ladungstransport erfolgen, wenn die Spannung der gewählten mindestens einen Energiespeicherzelle Cz beziehungsweise der Energiequelle BAT und die Spannung des Ener- giezwischenspeichers Cs unterschiedlich sind. Die Auswahl des ersten und des zweiten Schalters SWa, SWb oder des Quellenschalters SWBAT erfolgt daher in dem Schritt S2 bevorzugt derart, dass die Spannung des Energiezwischenspeichers Cs ge- ringer ist als die Spannung der gewählten mindestens einen Energiespeicherzelle Cz oder der Energiequelle BAT. Dann fließt der Strom i von der gewählten mindestens einen Energiespeicherzelle Cz oder der Energiequelle BAT zu dem Energiezwischenspeicher Cs.
Vorzugsweise wird in einem Schritt S4 ein Zähler Z initialisiert und gestartet. In einem Schritt S5 wird vorzugsweise der Strom i oder die den Strom i repräsentierende Größe er- fasst. In einem Schritt S6 wird dann vorzugsweise überprüft, ob der Strom i beziehungsweise die den Strom i repräsentierende Größe einen Nulldurchgang aufweist und ob die für ein Beenden der Ladungsentnahme vorgesehene Schwingungsphase vorliegt. Die für ein Beenden der Ladungsentnahme vorgesehene Schwingungsphase ist insbesondere durch ein negatives Vorzei- chen der zeitlichen Ableitung des Stroms i beziehungsweise der den Strom i repräsentierenden Größe gebildet. Ferner kann überprüft werden, ob der Zähler Z einen vorgegebenen Zählerwert erreicht hat. Hat der Zähler Z den vorgegebenen Zählerwert nicht erreicht und wurde kein Nulldurchgang erkannt oder liegt die für das Beenden der Ladungsentnahme vorgesehene
Schwingungsphase nicht vor, dann wird das Programm bevorzugt in einem Schritt S7 fortgesetzt. In dem Schritt S7 wird der Zähler Z bevorzugt in Richtung des vorgegebenen Zählerwerts inkrementiert oder dekrementiert . Das Programm wird in dem Schritt S5 fortgesetzt.
Wurde jedoch in dem Schritt S6 der Nulldurchgang erkannt und liegt die für das Beenden der Ladungsentnahme vorgesehene Schwingungsphase vor oder hat der Zähler Z den vorgegebenen Zählerwert erreicht, dann wird das Programm in einem Schritt S8 fortgesetzt. In dem Schritt S8 werden der ausgewählte erste und zweite Schalter SWa, SWb geöffnet. In einem Schritt S9 werden entsprechend dem Schritt S2 der erste und der zweite Schalter SWa, SWb derart gewählt, dass elektrisch zwischen diesen mindestens eine der Energiespeicherzellen Cz angeordnet ist, der Ladung zugeführt werden soll. Entsprechend dem Schritt S3 werden diese ausgewählten Schalter in einem Schritt SlO geschlossen. Das Schließen der ausgewählten
Schalter erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen zu dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs nach dem Öffnen der zuvor für das Entnehmen der Ladung geschlossenen Schalter in dem Schritt S8, also ohne wesentliche Zeitverzögerung. Jedoch muss si- chergestellt sein, dass das Ansteuern der Schalter so erfolgt, dass keine der Energiespeicherzellen Cz kurzgeschlossen wird.
In einem Schritt Sil wird vorzugsweise entsprechend dem Schritt S4 der Zähler Z initialisiert und gestartet. In einem Schritt S12 wird vorzugsweise entsprechend dem Schritt S5 der Strom i oder die den Strom i repräsentierende Größe erfasst. In einem Schritt S13 wird vorzugsweise entsprechend dem Schritt S6 überprüft, ob der Strom i beziehungsweise die den Strom i repräsentierende Größe einen Nulldurchgang aufweist und ob die für ein Beenden der Ladungszuführung vorgesehene Schwingungsphase vorliegt. Die für ein Beenden der Ladungszuführung vorgesehene Schwingungsphase ist insbesondere durch ein positives Vorzeichen der zeitlichen Ableitung des Stroms i beziehungsweise der den Strom i repräsentierenden Größe gebildet. Ferner kann überprüft werden, ob der Zähler Z den vorgegebenen Zählerwert erreicht hat. Der vorgegebene Zählerwert ist vorzugsweise gleich dem in den Schritten S4 bis S7 genutzten vorgegebenen Zählerwert. Die vorgegebenen Zähler- werte können jedoch auch unterschiedlich vorgegeben sein.
Hat der Zähler Z den vorgegebenen Zählerwert nicht erreicht und wurde kein Nulldurchgang erkannt oder liegt die für das Beenden der Ladungszuführung vorgesehene Schwingungsphase nicht vor, dann wird das Programm bevorzugt in einem Schritt S14 fortgesetzt, der dem Schritt S7 entspricht. Das Programm wird in dem Schritt S12 fortgesetzt. Wurde jedoch in dem Schritt S13 der Nulldurchgang erkannt und liegt die für das Beenden der Ladungszuführung vorgesehene Schwingungsphase vor oder hat der Zähler Z den vorgegebenen Zählerwert erreicht, dann wird das Programm in einem Schritt S15 fortgesetzt, der dem Schritt S8 entspricht. In dem Schritt S15 werden der aus- gewählte erste und zweite Schalter SWa, SWb geöffnet und das Programm wird in einem Schritt S16 beendet.
Der Zähler Z dient im Wesentlichen dazu, das Entnehmen der Ladung oder das Zuführen der Ladung nach Ablauf einer vorge- gebenen Zeitdauer seit dem jeweiligen Start des Zählers Z in dem Schritt S4 beziehungsweise in dem Schritt Sil zu beenden, falls der Nulldurchgang nicht rechtzeitig erkannt wird und/oder die erforderliche Schwingungsphase nicht rechtzeitig vorliegt. Die vorgegebene Zeitdauer und entsprechend der vor- gegebene Zählerwert sind vorzugsweise so vorgegeben, dass die resultierende Zeitdauer seit dem jeweiligen Start des Zählers Z länger ist als eine halbe Periodendauer der vorzugsweise sinusförmigen Schwingung des Stroms i während des Ladungstransports zwischen dem Energiezwischenspeicher Cs und der jeweils mindestens einen Energiespeicherzelle Cz. Anstatt des Zählers Z kann auch eine Zeitmesseinrichtung vorgesehen sein, die nach Ablauf der jeweils vorgegebenen Zeitdauer das Entnehmen oder Zuführen der Ladung beendet.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms. Das zweite Programm dient dem Ermitteln der Messspannung Um abhängig von der Spannung des Energiezwischenspeichers Cs so, dass die Messspannung Um vorzugsweise die Spannung mindestens einer der Energiespeicherzellen Cz repräsentiert. Das Pro- gramm beginnt in einem Schritt S20. In einem Schritt S21 werden der erste Schalter SWa und der zweite Schalter SWb derart gewählt, dass elektrisch zwischen diesen mindestens eine der Energiespeicherzellen Cz angeordnet ist, deren Spannung in Form der Messspannung Um ermittelt werden soll. In einem Schritt S22 werden diese ausgewählten Schalter geschlossen. Durch das Schließen der Schalter kann der Stromfluss und somit der Ladungstransport erfolgen, wenn die Spannung der gewählten mindestens einen Energiespeicherzelle Cz und die Spannung des Energiezwischenspeichers Cs unterschiedlich sind. Durch den Ladungstransport können sich diese Spannungen einander angleichen.
Dazu wird vorzugsweise so lange gewartet, bis der Ladungstransport und das Angleichen der Spannungen im Wesentlichen abgeschlossen ist. Beispielsweise wird dazu in einem Schritt S23 der Zähler Z initialisiert und gestartet. In einem Schritt S24 wird vorzugsweise überprüft, ob der Zähler Z ei- nenen vorgegebenen ersten Zählerwert erreicht hat. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, dann wird der Zähler Z bevorzugt in einem Schritt S25 in Richtung des vorgegebenen ersten Zählerwerts inkrementiert oder dekrementiert . Ist die Bedingung in dem Schritt S24 jedoch erfüllt, dann wird das Programm in ei- nem Schritt S26 fortgesetzt.
Der vorgegebene erste Zählerwert ist bevorzugt so vorgegebenen, dass eine resultierende Zeitdauer seit dem Start des Zählers Z jeweils lang genug ist, um das Angleichen der Span- nungen des Energiezwischenspeichers Cs und der mindestens einen Energiespeicherzelle Cz zu ermöglichen. Der vorgegebene erste Zählerwert wird vorzugsweise so vorgegeben, dass die resultierende Zeitdauer mehrere Schwingungsperioden des vorzugsweise sinusförmigen Stroms i umfasst. Insbesondere ist der vorgegebene erste Zählerwert abhängig von einer gewünschten Genauigkeit vorgegeben, mit der die Messspannung Um die tatsächliche Spannung der mindestens einen Energiespeicherzelle Cz repräsentieren soll.
In dem Schritt S26 werden der gewählte erste und zweite
Schalter SWa, SWb geöffnet. Die Spannungsmessung erfolgt beispielsweise mittels der Spannungserfassungseinheit SH. Es kann vorgesehen sein, die Spannungserfassungseinheit SH nur bei Bedarf, das heißt, wenn die Spannung des Energiezwischen- Speichers Cs erfasst werden soll, in einem Schritt S27 durch Schließen mindestens eines weiteren, der Spannungserfassungseinheit SH zugeordneten Schalters mit dem Energiezwischenspeicher Cs zu verbinden. Die Spannungserfassungseinheit SH benötigt im Allgemeinen eine Mindestwartezeitdauer für das Erfassen der Spannung. Vorzugsweise wird diese Mindestwartezeitdauer gewartet, bis die Spannung erfasst ist und die Messspannung Um bereitgestellt werden kann. Beispielsweise wird dazu der Zähler Z in einem Schritt S28 initialisiert und gestartet. In einem Schritt S29 wird vorzugsweise überprüft, ob der Zähler Z einen vorgegebenen zweiten Zählerwert erreicht hat. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, dann wird der Zähler Z bevorzugt in einem Schritt S30 in Richtung des vor- gegebenen zweiten Zählerwerts inkrementiert oder dekremen- tiert. Ist die Bedingung in dem Schritt S29 jedoch erfüllt, dann wird das Erfassen der Spannung des Energiezwischenspeichers Cs in einem Schritt S31 beendet und gegebenenfalls der mindestens eine der Spannungserfassungseinheit SH zugeordnete weitere Schalter geöffnet. Die abhängig von der erfassten
Spannung des Energiezwischenspeicher Cs ermittelte Messspannung Um wird ausgangsseitig der Spannungserfassungseinheit SH bereitgestellt. Das Programm wird in einem Schritt S32 beendet.
Anstatt des Zählers Z kann auch bei dem zweiten Programm eine Zeitmesseinrichtung vorgesehen sein, die nach Ablauf einer vorgegebenen ersten und zweiten Zeitdauer das Warten auf das Angleichen der Spannung des Energiezwischenspeichers Cs und der mindestens einen Energiespeicherzelle Cz beziehungsweise das Warten auf das Ende des Erfassens der Spannung des Energiezwischenspeichers Cz beendet. Bevorzugt ist die vorgegebene erste Zeitdauer und entsprechend der vorgegebene erste Zählerwert für das Angleichen der Spannungen des Energiezwi- schenspeichers Cs und der mindestens einen Energiespeicherzelle Cz länger vorgegeben als die vorgegebene zweite Zeitdauer und entsprechend der vorgegebene zweite Zählerwert für das Erfassen der Spannung des Energiezwischenspeichers Cs. Insbesondere ist die vorgegebene zweite Zeitdauer mindestens so lang wie die Mindestwartezeitdauer für das Erfassen der Spannung des Energiezwischenspeichers Cs. Bei Verfügbarkeit einer genügend schnellen Spannungserfassungseinheit SH kann gegebenenfalls auch auf die Schritte S28 bis S30 verzichtet werden .
Bevorzugt wird das Programm gemäß Figur 4 ausgeführt, bevor das Programm gemäß Figur 3 ausgeführt wird. Vorzugsweise wird das Programm gemäß Figur 4 für mindestens zwei und bevorzugt für alle der mindestens zwei Energiespeicherzellen Cz der E- nergiespeicheranordnung ausgeführt, um die jeweilige Auswahl der ersten und zweiten Schalter SWa, SWb in den Schritten S2 und S9 des Programms gemäß Figur 3 abhängig von der jeweils erfassten Messspannung Um durchführen zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung,
- die mit einer Energiespeicheranordnung koppelbar ist, die mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) umfasst, die e- lektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind,
- die einen Energiezwischenspeicher (Cs) umfasst, der einen ersten Anschluss (Al) und einen zweiten Anschluss (A2) aufweist, - die für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils einen ersten Schalter (SWa) umfasst, der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und dem ersten Anschluss (Al) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, und die für je- de Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils einen zweiten Schalter (SWb) umfasst, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und dem zweiten Anschluss (A2) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, und - die eine Steuereinheit (ST) umfasst, die mit den jeweiligen ersten Schaltern (SWa) und den jeweiligen zweiten Schaltern (SWb) gekoppelt ist und die ausgebildet ist zum Erzeugen von Steuersignalen zum Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter (SWa, SWb) .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, die ein Induktivitätselement (L) umfasst, das elektrisch in Reihe zu dem Energiezwischenspeicher (Cs) und elektrisch zwischen dem Energiezwischenspeicher (Cs) und dem jeweiligen ersten oder zweiten Schalter (SWa, SWb) angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (ST)
- ausgebildet ist zum Erfassen einer Größe, die repräsentativ ist für einen Strom (i) durch das Induktivitätselement (L) ,
- eine Nulldurchgangserkennungseinheit (ND) umfasst zum Erkennen eines Nulldurchgangs des Stroms (i) und - ausgebildet ist zum Erzeugen der Steuersignale abhängig von dem jeweils erkannten Nulldurchgang des Stroms (i) .
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Steuer- einheit (ST)
- eine Schwingungsphasenerkennungseinheit umfasst zum Erkennen einer Schwingungsphase des Stroms (i) und
- ausgebildet ist zum Erzeugen der Steuersignale abhängig von der jeweils erkannten Schwingungsphase des Stroms (i) .
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
- die mit mindestens einer Energiequelle (BAT) koppelbar ist und
- die für jede der mindestens einen Energiequelle (BAT) min- destens einen Quellenschalter (SWBAT) umfasst, der elektrisch zwischen jeweils einem Anschluss der Energiequelle (BAT) und dem ersten oder dem zweiten Anschluss (Al, A2) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Spannungserfassungseinheit (SH) umfasst, die mit dem Energiezwischenspeicher (Cs) gekoppelt ist und die ausgebildet ist zum Ermitteln einer Messspannung (Um) abhängig von einer Spannung des Energiezwischenspeichers (Cs) .
7. Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung mit mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) , die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils ein ers- ter Schalter (SWa) vorgesehen ist, der elektrisch zwischen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und einem ersten Anschluss (Al) eines Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, und für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils ein zweiter Schalter (SWb) vorgesehen ist, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und einem zweiten Anschluss (A2) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, bei dem - der erste Schalter (SWa) und der zweite Schalter (SWb) , die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) oder zwei verschiedenen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) zugeordnet sind, geschlossen werden zum Übertragen von elektrischer Ladung von der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) zu dem Energiezwischenspeicher (Cs) ,
- der erste Schalter (SWa) und/oder der zweite Schalter (SWb) geöffnet werden und - der erste Schalter (SWa) und der zweite Schalter (SWb) , die mindestens einer anderen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) zugeordnet sind, geschlossen werden zum Übertragen von elektrischer Ladung von dem Energiezwischenspeicher (Cs) zu der mindestens einen anderen der mindestens zwei E- nergiespeicherzellen (Cz) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem
- ein Strom (i) bei dem Übertragen der elektrischen Ladung einen sinusförmigen Verlauf aufweist, - eine den Strom (i) repräsentierende Größe erfasst wird,
- ein jeweiliger Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms (i) abhängig von der Größe ermittelt wird und
- die jeweiligen ersten und zweiten Schalter (SWa, SWb) geöffnet oder geschlossen werden abhängig von dem jeweiligen Zeitpunkt des ermittelten Nulldurchgangs.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem
- eine Schwingungsphase des Stroms (i) abhängig von der Größe ermittelt wird und - die jeweiligen ersten und zweiten Schalter (SWa, SWb) geöffnet oder geschlossen werden abhängig von der jeweiligen ermittelten Schwingungsphase.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem - ein Verlauf der den Strom (i) repräsentierenden Größe differenziert wird und
- die jeweilige Schwingungsphase des Stroms (i) abhängig von einem Vorzeichen der differenzierten Größe ermittelt wird o- der die jeweilige Schwingungsphase des Stroms (i) durch das Vorzeichen der differenzierten Größe gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei min- destens eine Energiequelle (BAT) vorgesehen ist und für jede der mindestens einen Energiequelle (BAT) mindestens ein Quellenschalter (SWBAT) vorgesehen ist, der elektrisch zwischen jeweils einem Anschluss der Energiequelle (BAT) und dem ersten oder dem zweiten Anschluss (Al, A2) des Energiezwischen- Speichers (Cs) angeordnet ist, bei dem
- der mindestens eine Quellenschalter (SWBAT) mindestens einer der mindestens einen Energiequelle geschlossen wird zum Übertragen von elektrischer Ladung von dieser mindestens einen Energiequelle (BAT) zu dem Energiezwischenspeicher (Cs), - der mindestens eine Quellenschalter (SWBAT) geöffnet wird und
- der erste Schalter (SWa) und der zweite Schalter (SWb) , die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) oder zwei verschiedenen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) zugeordnet sind, geschlossen werden zum Übertragen von elektrischer Ladung von dem Energiezwischenspeicher (Cs) zu der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) .
12. Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung mit mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz), die elektrisch in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei für jede E- nergiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils ein erster Schalter (SWa) vorgesehen ist, der elektrisch zwi- sehen einem ersten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und einem ersten Anschluss (Al) eines Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, und für jede Energiespeicherzelle (Cz) der Energiespeicheranordnung jeweils ein zweiter Schalter (SWb) vorgesehen ist, der elektrisch zwischen einem zweiten Anschluss der jeweiligen Energiespeicherzelle (Cz) und einem zweiten Anschluss (A2) des Energiezwischenspeichers (Cs) angeordnet ist, bei dem - der erste Schalter (SWa) und der zweite Schalter (SWb) , die einer der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) oder zwei verschiedenen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) zugeordnet sind, geschlossen werden zum Übertragen von elektrischer Ladung zwischen der mindestens einen der mindestens zwei Energiespeicherzellen (Cz) und dem Energiezwischenspeicher (Cs) ,
- eine Größe erfasst wird, die repräsentativ ist für eine Spannung des Energiezwischenspeichers (Cs) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Größe erst nach Ablauf einer vorgegebenen Mindestwartezeitdauer nach dem Schließen des ersten und des zweiten Schalters (SWa, SWb) erfasst wird.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2962864A1 (fr) * 2010-07-16 2012-01-20 Converteam Technology Ltd Dispositif d'equilibrage de la tension aux bornes d'un condensateur d'un ensemble de condensateurs, et systeme de conversion de tension comportant un tel dispositif d'equilibrage
WO2011144509A3 (de) * 2010-05-17 2012-04-12 Robert Bosch Gmbh Induktives batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand
CN102969747A (zh) * 2011-08-31 2013-03-13 索尼公司 蓄电设备及电动车辆
EP2219281A3 (de) * 2009-02-11 2017-04-12 O2 Micro, Inc. Schaltung und Verfahren zum Zellenausgleich
US9647467B2 (en) 2009-10-19 2017-05-09 4Esys Nv System and method for balancing energy storage devices

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010029013A1 (de) * 2010-05-17 2011-11-17 Robert Bosch Gmbh Batterie-Balancing mit reduziertem Schaltungsaufwand
DE102011018355A1 (de) * 2011-04-20 2012-10-25 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Gleichspannungswandler

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3940929C1 (de) * 1989-12-12 1991-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De
US6064178A (en) * 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
US20010054877A1 (en) * 2000-06-23 2001-12-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Charge equalizing device for power storage unit

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10247112B3 (de) * 2002-10-09 2004-08-26 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einschalten eines zwischen kapazitiven Elementen angeordneten Leistungsschalters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3940929C1 (de) * 1989-12-12 1991-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De
US6064178A (en) * 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
US20010054877A1 (en) * 2000-06-23 2001-12-27 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Charge equalizing device for power storage unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUTKUT N H ET AL: "Charge equalization for series connected battery strings" INDUSTRY APPLICATIONS SOCIETY ANNUAL MEETING, 1994., CONFERENCE RECORD OF THE 1994 IEEE DENVER, CO, USA 2-6 OCT. 1994, NEW YORK, NY, USA,IEEE, 2. Oktober 1994 (1994-10-02), Seiten 1008-1015, XP010124134 ISBN: 978-0-7803-1993-6 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2219281A3 (de) * 2009-02-11 2017-04-12 O2 Micro, Inc. Schaltung und Verfahren zum Zellenausgleich
US9647467B2 (en) 2009-10-19 2017-05-09 4Esys Nv System and method for balancing energy storage devices
WO2011144509A3 (de) * 2010-05-17 2012-04-12 Robert Bosch Gmbh Induktives batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand
FR2962864A1 (fr) * 2010-07-16 2012-01-20 Converteam Technology Ltd Dispositif d'equilibrage de la tension aux bornes d'un condensateur d'un ensemble de condensateurs, et systeme de conversion de tension comportant un tel dispositif d'equilibrage
WO2012007700A3 (fr) * 2010-07-16 2012-10-26 Converteam Technology Ltd. Dispositif d'équilibrage de la tension aux bornes d'un condensateur d'un ensemble de condensateurs, et système de conversion de tension comportant un tel dispositif d'équilibrage
CN103314499A (zh) * 2010-07-16 2013-09-18 Ge能源电力转换技术有限公司 用于平衡一组电容器中的电容器的端子上的电压的装置以及包括该平衡装置的电压转换系统
CN102969747A (zh) * 2011-08-31 2013-03-13 索尼公司 蓄电设备及电动车辆

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