WO2010079061A1 - Batteriezellen-balancing - Google Patents

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Dirk Hasenkopf
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Robert Bosch Gmbh
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen, mit dem der Schritt: Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle mit einem hohen Ladezustand in wenigstens eine zweite Batteriezelle mit einem niedrigen Ladezustand, wobei das Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle ein Entladen von Energie aus einer der wenigstens einen ersten Batteriezelle in eine Energiespeicherschaltung, vorzugsweise einen Resonanzkreis, und ein Entladen von Energie aus der Energiespeicherschaltung in eine der wenigstens einen zweiten Batteriezelle umfasst.

Description

Beschreibung
Titel Batteriezellen-Balancing
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen eines Batteriesystems gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
Die technische und wirtschaftliche Bedeutung wiederaufladbarer elektrischer Batterien wird in Zukunft stark zunehmen. Dies gilt in besonderem Maße für die Fahrzeugindustrie, aber auch für andere Industriezweige, wie die Energietechnik, hier insbesondere die Nutzung regenerativer Energien.
Ausgelöst durch steigende Primärenergiekosten, strengere Abgasnormen und einer durch die Klimadebatte zunehmend kritisch eingestellten Öffentlichkeit werden in der Fahrzeugindustrie bereits seit einiger Zeit Konzepte erarbeitet, um den Energieverbrauch und den Schadstoffausstoß von Fahrzeugen zu verringern. Ein wichtiges Konzept dabei ist der Hybridantrieb, angefangen von
Mikro-Hybrid, über den Mild-Hybrid zum Voll-Hybrid. In letzter Zeit rückt sogar das reine Elektrofahrzeug wieder zunehmend in den Fokus der Automobilhersteller.
All diese teil- und vollelektrifizierten Antriebsstränge benötigen aufladbare
Batterien zur Speicherung elektrischer Energie.
Auch bei der Nutzung regenerativer Energien zur Stromerzeugung, wie beispielsweise der Photovoltaik- oder der Windenergien, sind leistungsfähige Batterien von großem Nutzen, da die zeitlich nicht beeinflussbare Darbietung dieser Energieformen häufig nicht mit dem Bedarf an elektrischem Strom zusammenfällt. Hier können Speicher in Form von Batterien einen Ausgleich schaffen und den Nutzwert solcher Anlagen deutlich erhöhen.
Um auf die im Betrieb geforderten Spannungen zu gelangen, bestehen Batterieanlagen nach heutigem Stand der Technik aus vielen in Reihe zu einem
Strang geschalteten Einzelzellen, wobei teilweise mehrere dieser Strenge wiederum parallel geschaltet werden, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen. Ein solches System ist beispielhaft in Figur 6 dargestellt.
Problematisch an solchen Anordnungen vieler in Reihe geschalteter Einzelzellen sind die in der Praxis unvermeidlichen Unterschiede zwischen den Einzelzellen. Vorhandene Parameterunterschiede zwischen einzelnen Zellen führen auch bei gleicher Strombelastung zu unterschiedlichen Ladezuständen der Zellen. Da manche Zellparameter vom Ladezustand selbst abhängig sind, können die ursprünglich vorhandenen Unterschiede dadurch sogar noch verstärkt werden.
Unterschiedliche Ladezustände der Einzelzellen führen aber dazu, dass die nutzbare Speicher- bzw. Entnahmekapazität des Gesamtbatteriesystems kleiner wird, als die gesamte installierte Nenn-Kapazität aus der Summe aller Einzelzellen. Dadurch wird der Betriebsbereich des versorgten Systems, z.B. eines Fahrzeugs oder einer Energieanlage, in unerwünschter Weise eingeschränkt.
Werden die unterschiedlichen Ladezustände nicht rechtzeitig erkannt, so können einzelne Zellen irreversibel geschädigt werden.
Aus den genannten Gründen sollte beim Betrieb einer Batterie darauf geachtet werden, unterschiedliche Ladezustände einzelner Zellen zu erkennen und auszugleichen. Der Stand der Technik ist hierbei das sogenannte "Resistive- Balancing" oder auch "Widerstands-Balancing", welches zum Teil bereits in Form integrierter Schaltungen realisiert ist. Dabei können den einzelnen Zellen Widerstände parallel geschaltet werden, um sie so gezielt zu entladen bzw. einen Teil des Ladestroms um sie herumzuführen. Dies ist beispielhaft in Figur 7 dargestellt.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass die den Einzelzellen beim Entladen entnommene Energie nicht lediglich in den Widerständen nutzlos in
Wärme umgewandelt wird, dass nicht nur Zellen entladen werden, die einen unerwünscht hohen Ladezustand besitzen, sondern dass Zellen mit einem unerwünscht niedrigen Ladezustand auch geladen werden, und dass deshalb die nutzbare untere Ladezustandsgrenze der gesamten Batterie nicht allein von der schwächsten Zelle bestimmt wird.
Demzufolge umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen eines Batteriesystems den Schritt des Umladens von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle mit einem hohen Ladezustand in wenigstens eine zweite Batteriezelle mit einem niedrigen
Ladezustand, wobei das Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle ein Entladen von Energie aus einer der wenigstens einen ersten Batteriezelle in eine Energiespeicherschaltung, vorzugsweise einen Resonanzkreis, und ein Entladen von Energie aus der Energiespeicherschaltung in eine der wenigstens einen zweiten Batteriezelle umfasst. Korrespondierend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen eines Batteriesystems eine Umladevorrichtung zum Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle mit einem hohen Ladezustand in wenigstens eine zweite Batteriezelle mit einem niedrigen Ladezustand, wobei die
Umladevorrichtung wenigstens eine Energiespeicherschaltung, vorzugsweise einen Resonanzkreis, zum Entladen von Energie aus einer der wenigstens einen ersten Batteriezelle in die wenigstens eine Energiespeicherschaltung und zum Entladen von Energie aus der wenigstens einen Energiespeicherschaltung in eine der wenigstens einen zweiten Batteriezelle umfasst.
Erfindungsgemäß werden also die Nachteile des "Widerstands-Balancing" vermieden und ein Batteriezellen-Balancing erreicht, das ohne prinzipbedingte Verluste arbeitet, so dass, abgesehen von unvermeidlichen kleineren Verlusten, die durch nicht-ideale Bauelemente hervorgerufen werden, wie z.B. nicht verschwindende ohmsche Schalterwiderstände, keine gespeicherte Energie - A -
verloren geht, bei dem beliebige Zellen geladen wie auch entladen werden können, und bei dem die Zellen, welche geladen und welche entladen werden sollen, gezielt ausgewählt werden können, wodurch ein bidirektionaler Austausch von Energie zwischen Zellen hergestellt wird.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte: Bestimmen wenigstens einer ersten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen hohen Ladezustand aufweist, und Bestimmen wenigstens einer zweiten
Batteriezelle des Batteriesystems, die einen niedrigen Ladezustand aufweist. Korrespondierend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bevorzugt eine erste Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer ersten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen hohen Ladezustand aufweist, und eine zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer zweiten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen niedrigen Ladezustand aufweist.
Erfindungsgemäß erfolgt das Entladen von Energie in und/oder aus der Energiespeicherschaltung alternativ oder zusätzlich bevorzugt in Resonanz mit einer Resonanzfrequenz der Energiespeicherschaltung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiter zusätzlich oder alternativ bevorzugt, dass das Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle über bidirektionale Schalter erfolgt. Korrespondierend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter zusätzlich oder alternativ bevorzugt bidirektionale Schalter zum Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle auf. Durch die Verwendung von solchen bidirektionalen Schaltern kann in besonders einfacher Weise ein erfindungsgemäßes Entlade-Lade-
Netzwerk aufgebaut werden.
Erfindungsgemäß ist ein hoher Ladezustand bevorzugt ein Ladezustand über einem durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems und ein niedriger Ladezustand ein Ladezustand unter einem durchschnittlichen
Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems. In diesem Fall wird durch das erfindungsgemäße Verfahren für jede einzelne Zelle des Batteriesystems in Folge ein durchschnittlicher Ladezustand des Batteriesystems eingestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch in anderer Weise ausgestaltet werden, z.B. dass ein hoher Ladezustand dem Ladezustand entspricht, der in der Zelle mit dem höchsten Ladezustand besteht und dass ein niedriger Ladezustand dem Ladezustand entspricht, der Zelle mit dem niedrigsten Ladezustand entspricht. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass zunächst die unter den Einzelzellen bestehenden Extreme beseitigt werden und somit eine möglichst schnelle Annäherung aller einzelnen Batteriezellen an den durchschnittlichen Ladezustand erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist alternativ oder zusätzlich derart ausgestaltet, dass ein Entladen einer ersten Batteriezelle solange durchgeführt wird, bis diese erste Batteriezelle einen durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist und ein Laden einer zweiten
Batteriezelle solange durchgeführt wird, bis diese zweite Batteriezelle einen durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist und/oder ein Entladen immer derjenigen ersten Batteriezelle durchgeführt wird, die einen höchsten Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist und ein Laden immer derjenigen zweiten Batteriezelle durchgeführt wird, die einen niedrigsten Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der bidirektionale Schalter vorzugsweise wenigstens ein Halbleiter-Bauelement, wie einen Thyristor oder einen Transistor vom MOSFET-, Bipolar- oder IGBT-Typ.
Weiter alternativ oder zusätzlich wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein bidirektionaler Schalter jeweils so angesteuert, dass durch ihn immer nur die Stromrichtung freigegeben wird, die zum folgenden Entladen von Energie in und/oder aus der Energiespeicherschaltung gerade benötigt wird, und/oder ein bidirektionaler Schalter bei sich ändernder Stromrichtung selbstständig ausschaltet und ein Ansteuersignal an den bidirektionalen Schalter rückgesetzt wird, wenn der bidirektionale Schalter keinen Strom leitet. Erfindungsgemäß ist die Batteriezelle vorzugsweise eine Lithium-Ionen- Batteriezelle und das Batteriesystem ein Lithium-Ionen-Batteriesystem.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonanzkreises, der über bidirektionale Schalter an
Batteriezellen eines Batteriesystems angeschlossen ist,
Figur 2 die Verläufe der Kondensatorspannung und des Spulenstroms des in Figur 1 gezeigten Resonanzkreises im Intervall der Ladung des Resonanzkreises,
Figur 3 die Verläufe der Kondensatorspannung und des Spulenstroms des in Figur 1 gezeigten Resonanzkreises im Intervall der Entladung des Resonanzkreises,
Figur 4 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß bidirektionalen Schalters in Thyristortechnik,
Figur 5 drei weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen von bidirektionalen Schaltern mit MOSFET-, IGBT- oder Bipolar-
Transistoren,
Figur 6 ein Batteriesystem nach dem Stand der Technik mit in Serie geschalteten Einzelzellen und parallel geschalteten Strängen, und
Figur 7 ein Prinzipschaltbild des "Widerstands-Balancing" nach dem
Stand der Technik.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zum Ausgleich des Ladens von Batteriezellen eines Batteriesystems ein Resonanzkreis vorgesehen, der aus einer Speicherkapazität C und einer Speicherinduktivität L besteht. Weiterhin werden in der bevorzugten Ausführungsform bidirektionale steuerbare Schalter S1 bis S(2N) für die N in Serie geschalteten Zellen zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen des Batteriesystems verwendet, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Hier sind die Zellen Z1 bis Z(N) derart in Serie geschaltet, dass der
Minuspol der Zelle Z(N) Masse bildet und der Pluspol der Zelle Z1 die positive Ausgangsspannung des Batteriesystems abgibt. Die Zellen Zx sind nun jeweils über zwei bidirektionale Schalter mit dem Resonanzkreis verbunden, der aus einer Serienschaltung der Speicherkapazität C und der Speicherinduktivität L besteht. Diese Verschaltung erfolgt derart, dass ein bidirektionaler Schalter S(2x-
1 ) zwischen dem Pluspol der Zelle Zx und einen Anschluss des Resonanzkreises geschaltet ist und ein bidirektionaler Schalter S(2x) zwischen dem Minuspol der Zelle Zx und den anderen Anschluss des Resonanzkreises geschaltet ist. Die Variable x läuft im gezeigten Ausführungsbeispiel von 1 bis N.
Die bidirektionalen Schalter besitzen Steuereingänge Sx. E1 und Sx. E2, die den Steuereingang 1 am Schalter x und den Steuereingang 2 am Schalter x kennzeichnen. Wird der Steuereingang 1 mit einem aktiven Signal angesteuert, so gibt der jeweilige Schalter die erste Stromrichtung, hier Positiv genannt, frei, wird der Steuereingang 2 mit einem aktiven Signal angesteuert, so wird die entgegengesetzte zweite Stromrichtung freigegeben, hier Negativ genannt.
Durch eine entsprechende Ansteuerung der Steuereingänge sind der Resonanzkreis aus der Speicherinduktivität L und der Speicherkapazität C, die bidirektionalen Schalter S1 bis S(2N) und die Zellen Z1 bis Z(N) zu einem resonanten Lade-Entlade-Netzwerk miteinander verbunden.
Die (nicht gezeigte) Steuerung der Balancing-Schaltung identifiziert nun zu Beginn eines Schaltspiels eine Zelle Zh, deren Ladezustand höher als der mittlere Ladezustand aller Zellen Z1 bis ZN liegt, und sie identifiziert eine Zelle Zt, deren
Ladezustand tiefer als der mittlere Ladezustand aller Zellen Z1 bis ZN liegt. Das Schaltspiel wird nun so ausgeführt, dass Energie aus Zelle Zh entnommen wird, im Resonanzkreis zwischengespeichert wird, und anschließend an Zelle Zt abgegeben wird.
Dadurch Energieentnahme aus Zelle Zh und Energiezufuhr zu Zelle Zt nähern sich beide Zellen dem mittleren Ladezustand aller Zellen, und ein Ausgleich kann erreicht werden.
Im Folgenden wird der Ablauf eines Schaltspiels detailliert beschrieben.
Beginn der Betrachtung sei der willkürlich gewählte Zeitpunkt t=0, dort gelte außerdem iL = 0 und Uc = 0. Es fließe also kein Strom und der Kondensator sei ungeladen.
Nun wird durch Ansteuern der bidirektionalen Schalter S(2h -1 ) und S(2h) der Stromfluss aus der Zelle Zh in den Resonanzkreis hinein freigegeben. Für den weiteren Verlauf von iL und uc gelten nun die Zusammenhänge:
Wr {/) = C/^ (l -» COS ^) ( 1 )
Z°
Mit der Resonanzfrequenz
Figure imgf000010_0001
und der charakteristischen Impedanz
7 - IzL ( A \ Uzh bezeichnet die Spannung, auf weiche die Zelle Zh gerade aufgeladen ist.
Nach der Zeitdauer n = — = πjϊc wird der Strom iL(t) einen Nulldurchgang zeigen und die Spannung ihren Maximalwert 2* Uzh annehmen. In diesem Moment beginnen die Schalter zu sperren, da sie Strom entsprechend ihrer momentanen Freigaberichtung nur in positiver Richtung führen können. Unmittelbar nach diesem Nulldurchgang kann auch das Ansteuersignal zurückgenommen werden. Im Resonanzkreis ist nun eine bestimmte Energiemenge gespeichert, und die Zellen sind wieder vom Resonanzkreis isoliert.
Figur 2a zeigt den Verlauf der Kondensatorspannung und Figur 2b zeigt den Verlauf des Spulenstroms in diesem Intervall über die Zeit. Hier ergeben sich typische Kurven für eine Resonanzladung des aus der Speicherkapazität C und der Speicherinduktivität L bestehenden Resonanzkreises.
In der zweiten Hälfte des Schaltspiels wird die gespeicherte Energie nun in die Zelle Zt transferiert. Dazu wird Zelle Zt mittels der Schalter S(2t -1 ) und S(2t) mit dem Resonanzkreis verbunden. Zweckmäßiger Weise wird dabei über die Steuereingänge der dieser Schalter nur die sogenannte negative Stromrichtung freigegeben, was also einem in die Zelle Zt hinein gerichteten Strom entspricht.
Der Beginn dieser Betrachtung sei der Zeitpunkt t'=0. Der Kondensator ist nun aufgeladen auf 2* Uzh, und es fließt kein Spulenstrom.
Jetzt gilt für t'X):
Figure imgf000011_0001
tj (/ ) es: ""* •"■'"""- sin COQI
Somit konnte die zunächst im Resonanzkreis zwischengespeicherte Energie auf die Zelle Zt übertragen werden. Figur 3a) zeigt den Verlauf der Kondensatorspannung und Figur 3b) zeigt den Verlauf des Spulenstroms bei der Entladung des Resonanzkreises in Zelle Zt. Hier ergeben sich typische charakteristische Kurven für die Entladung des aus der Speicherkapazität C und der Speicherinduktivität L bestehenden Resonanzkreises.
Die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten bipolaren Schalter können besonders vorteilhaft durch verfügbare Halbleiter-Bauelemente, wie Thyristoren oder Transistoren vom MOSFET-, Bipolar- oder IGBT-Typ realisiert werden. Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bidirektionalen Schalters in Thyristor-Technik, bei dem die beiden verwendeten Thyristoren antiparallel verschaltet sind und die Steuereingänge der Thyristoren die Steuereingänge des bidirektionalen Schalters bilden.
Figur 5 zeigt drei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen bidirektionalen Schaltern, die durch Halbleiter-Leistungsschalter mit integrierten sogenannten Freilauf-Dioden gebildet sind. Diese Transistoren sind, wie in Figur 5 gezeigt, durch eine geeignete Reihenschaltung zu bidirektionalen Schaltern kombiniert, wobei in Figur 5 ein bidirektionaler Schalter mit MOSFETs (N-Kanal) jeweils in Common-Source- und Common-Drain-Anordnung gezeigt ist, ein bidirektionaler Schalter mit IGBTs jeweils in Common-Emitter- und Common- Collector-Anordnung gezeigt ist, und ein bidirektionaler Schalter mit bipolaren (NPN) Transistoren jeweils im Common-Emitter- und Common-Collector- Schaltung gezeigt ist.
Das Ansteuerungsverfahren für die bidirektionalen Schalter kann vorteilhaft gestaltet werden, wenn die Eigenschaften des in dieser Schaltung verwendeten Reihenschwingkreises und die der verwendeten Halbleiterschalter günstig kombiniert werden.
Dabei wird bei den bidirektionalen Schaltern immer nur die Stromrichtung freigegeben, die für den gerade einzuleitenden Umschwingvorgang benötigt wird.
Beispielsweise verläuft der Strom für einen Umschwingvorgang in positiver Stromrichtung von Null über sein positives Maximum wieder zu Null. Die Diodeneigenschaft aller oben beschriebenen bidirektionalen Schalter führt nun dazu, dass der Strom seinen Vorzeichenwechsel beim Nulldurchgang nicht vollziehen kann, sondern bei Null verharrt. Dies geschieht insbesondere auch dann, wenn das Ansteuersignal für die gerade freigegebene Stromrichtung noch nicht zurückgenommen wurde.
Die steuerbaren Halbleiterschalter wie z.B. die MOSFETs, bipolaren Transistoren oder IGBTs können nun ausgeschaltet werden, wenn sie bereits keinen Strom mehr führen (zero current switching).
Dies führt zu verschwindend geringen Ausschaltverlusten und ist gleichzeitig günstig für das EMV-Abstrahlverhalten der Schaltung.
Gleiches gilt für das Einschalten, wenn der stromaufnehmende Halbleiterschalter immer erst dann eingeschaltet wird, wenn der Strom der durch den stromabgebenden Halbleiterschalter bereits zu Null geworden ist.
Die Bauteile C und L des Resonanzkreises werden beispielsweise so dimensioniert, dass
1. sich erstens eine Resonanzfrequenz ergibt, die günstig gelegen ist für die
Steuerung der Schalter durch einen Mikroprozessor,
2. diese Resonanzfrequenz aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit möglichst günstig liegt, und
3. die charakteristische Impedanz so gewählt wird, dass sich ein Stromniveau ergibt, welches mit handelsüblichen Bauelementen gut beherrscht werden kann.
Neben der vorstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den Fig. 1 bis 7 Bezug genommen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen, mit dem der Schritt:
Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle mit einem hohen Ladezustand in wenigstens eine zweite Batteriezelle mit einem niedrigen Ladezustand, wobei das Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle ein Entladen von Energie aus einer der wenigstens einen ersten Batteriezelle in eine Energiespeicherschaltung, vorzugsweise einen Resonanzkreis, und ein Entladen von Energie aus der Energiespeicherschaltung in eine der wenigstens einen zweiten Batteriezelle umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Schritte: - Bestimmen wenigstens einer ersten Batteriezelle des
Batteriesystems, die einen hohen Ladezustand aufweist, und Bestimmen wenigstens einer zweiten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen niedrigen Ladezustand aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Entladen von Energie in und/oder aus der Energiespeicherschaltung in Resonanz mit einer Resonanzfrequenz der Energiespeicherschaltung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle über bidirektionale Schalter erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein hoher Ladezustand ein Ladezustand über einem durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems ist und ein niedriger Ladezustand ein Ladezustand unter einem durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entladen einer ersten Batteriezelle solange durchgeführt wird, bis diese erste Batteriezelle einen durchschnittlichen Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist und ein Laden einer zweiten Batteriezelle solange durchgeführt wird, bis diese zweite Batteriezelle einen durchschnittlichen Ladezustand aller
Batteriezellen des Batteriesystems aufweist, und/oder ein Entladen immer derjenigen ersten Batteriezelle durchgeführt wird, die einen höchsten Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist und ein Laden immer derjenigen zweiten Batteriezelle durchgeführt wird, die einen niedrigsten Ladezustand aller Batteriezellen des Batteriesystems aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ist und das Batteriesystem ein Lithium-Ionen-Batteriesystem ist.
8. Vorrichtung zum Ausgleich des Ladezustands von Batteriezellen eines Batteriesystems, mit einer Umladevorrichtung zum Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle mit einem hohen Ladezustand in wenigstens eine zweite Batteriezelle mit einem niedrigen Ladezustand, wobei die Umladevorrichtung wenigstens eine Energiespeicherschaltung, vorzugsweise einen Resonanzkreis, zum Entladen von Energie aus einer der wenigstens einen ersten Batteriezelle in die wenigstens eine Energiespeicherschaltung und zum Entladen von Energie aus der wenigstens einen Energiespeicherschaltung in eine der wenigstens einen zweiten Batteriezelle umfasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch: eine erste Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer ersten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen hohen Ladezustand aufweist, und eine zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer zweiten Batteriezelle des Batteriesystems, die einen niedrigen Ladezustand aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch bidirektionale Schalter zum Umladen von Energie aus wenigstens einer ersten Batteriezelle in wenigstens eine zweite Batteriezelle.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein bidirektionaler Schalter wenigstens ein Halbleiterbauelement, wie einen Thyristor oder einen Transistor vom MOSFET-, Bipolar- oder IGBT-Typ, umfasst.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein bidirektionaler Schalter jeweils so angesteuert wird, dass durch ihn immer nur die Stromrichtung freigegeben wird, die zum folgenden Entladen von Energie in und/oder aus der Energiespeicherschaltung gerade benötigt wird, und/oder ein bidirektionaler Schalter bei sich ändernder Stromrichtung selbstständig ausschaltet und ein Ansteuersignal an den bidirektionalen Schalter rückgesetzt wird, wen der bidirektionale Schalter keinen Strom leitet.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ist und das Batteriesystem ein Lithium-Ionen-Batteriesystem ist.
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