WO2011128133A1

WO2011128133A1 - Batterie mit frei wählbarer anzahl von batteriezellen

Info

Publication number: WO2011128133A1
Application number: PCT/EP2011/052261
Authority: WO
Inventors: Stefan Butzmann; Holger Fink
Original assignee: Sb Limotive Company Ltd.; Sb Limotive Germany Gmbh
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-10-20
Also published as: DE102010027850A1

Abstract

Es wird eine Batterie (20) mit einer Steuereinheit und einer Anzahl n in Serie geschalteten Batteriemodulen (30), wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist, eingeführt. Jedes Batteriemodul (30) umfasst eine Koppeleinheit (40, 50) mit einem ersten Eingang (41, 51) und einem zweiten Eingang (42, 52) und wenigstens eine zwischen den ersten Eingang (41, 51) und den zweiten Eingang (42, 52) der Koppeleinheit (40, 50) geschaltete Batteriezelle (11). Die Koppeleinheit (40, 50) ist ausgebildet, auf ein erstes Steuersignal der Steuereinheit hin die wenigstens eine Batteriezelle (11) zwischen ein erstes Terminal (31) des Batteriemoduls (30) und ein zweites Terminal (32) des Batteriemoduls (30) zu schalten und auf ein zweites Steuersignal der Steuereinheit hin das erste Terminal (31) mit dem zweiten Terminal (32) zu verbinden. Die Steuereinheit ist ausgebildet, das erste Steuersignal an die Koppeleinheiten (40, 50) von m der n Batteriemodule (30) auszugeben, wobei m eine natürliche Zahl größer 0 und kleiner als n ist, und das zweite Steuersignal an die Koppeleinheiten (40, 50) der verbleibenden n minus m Batteriemodule (30) auszugeben.

Description

Beschreibung

Titel

Batterie mit frei wählbarer Anzahl von Batteriezellen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer frei wählbaren Anzahl von Batteriezellen.

Stand der Technik

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Spannung und zur Verfügung stellbare Leistung erfüllen zu können, werden eine hohe Zahl von Batteriezellen in Serie geschaltet. Da der von einer solchen Batterie bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen fließen muss und eine Batteriezelle nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen.

Fig. 1 zeigt eine übliche Batterie 10 in einem detaillierteren Blockschaltbild. Eine Vielzahl von Batteriezellen 1 1 sind in Serie sowie optional zusätzlich parallelgeschaltet, um eine für eine jeweilige Anwendung gewünschte hohe Ausgangsspannung (Serienschaltung) und Batteriekapazität (Parallelschaltung) zu erreichen. Zwischen den Pluspol der Batteriezellen und ein positives Batterieterminal 12 ist eine Lade- und Trenneinrichtung 14 geschaltet. Optional kann zusätzlich zwischen den Minuspol der Batteriezellen und ein negatives Batterieterminal 13 eine Trenneinrichtung 15 geschaltet werden. Die Trenn- und Ladeeinrichtung 14 und die Trenneinrichtung 15 umfassen jeweils ein Schütz 16 beziehungsweise 17, welche dafür vorgesehen sind, die Batteriezellen 1 1 von den Batterieterminals 12, 13 abzutrennen, um die Batterieterminals 12, 13 spannungsfrei zu schal- ten. Aufgrund der hohen Gleichspannung der seriengeschalteten Batteriezellen 1 1 ist andernfalls erhebliches Gefährdungspotential für Wartungspersonal oder dergleichen gegeben. In der Lade- und Trenneinrichtung 14 ist zusätzlich ein Ladeschütz 18 mit einem zu dem Ladeschütz 18 in Serie geschalteten Ladewiderstand 19 vorgesehen. Der Ladewiderstand 19 begrenzt einen Aufladestrom für den in den Gleichspannungszwischenkreis eines üblichen batteriegespeisten Antriebssystems geschalteten Pufferkondensator, wenn die Batterie an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen wird. Hierzu wird zunächst das Schütz 16 offen gelassen und nur der Ladeschütz 18 geschlossen, so dass ein durch den Ladewiderstand 19 begrenzter Strom, der maximal einen Strom gleich der Batteriespannung geteilt durch den Ladewiderstand 19 erreichen kann. Erreicht die Spannung am positiven Batterieterminal 12 die Batteriespannung wenigstens näherungsweise, kann das Schütz 16 geschlossen und gegebenfalls das Ladeschütz 18 geöffnet werden. Die Schütze 16, 17 und das Ladeschütz 18 erhöhen die Kosten für eine Batterie 10 nicht unerheblich, da hohe Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit und an die von ihnen zu führenden Ströme gestellt werden.

Die Serienschaltung einer hohen Zahl von Batteriezellen bringt neben der hohen Gesamtspannung das Problem mit sich, dass die gesamte Batterie ausfällt, wenn eine einzige Batteriezelle ausfällt, weil der Batteriestrom wegen der Serienschaltung in allen Batteriezellen fließen können muss.

Nachteilig ist außerdem, dass eine unveränderlich vorgegebene Ausgangsspannung der Batterie mit der Anzahl von seriengeschalteten Batteriezellen gekoppelt ist. Wird eine Batteriespannung von beispielsweise 800 V gefordert und eine Batteriezelle weist eine maximale Zellspannung von 4,2 V auf, werden zwangsläufig 800/4,2 = 190 Batteriezellen seriengeschaltet. Genügt jedoch die von einem einzelnen Batteriezellstrang zur Verfügung stellbare Leistung oder die Kapazität nicht für einen gegebenen Anwendungszweck, müssen mehrere Batteriezellstränge parallelgeschaltet werden, wobei für jeden weiteren Batteriezellstrang im Beispiel weitere 190 Batteriezellen benötigt werden. Alternativ könnte eine Batteriezelle mit größerer Kapazität und Leistung entwickelt werden, was jedoch unwirtschaftlich hinsichtlich einer Massenproduktion von Batteriezellen für eine Vielzahl verschiedener Anwendungszwecke ist. Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird daher eine Batterie mit einer Steuereinheit und einer Anzahl n in Serie geschalteten Batteriemodulen, wobei n eine natürliche Zahl grö- ßer 1 ist, eingeführt. Jedes Batteriemodul umfasst eine Koppeleinheit mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang und wenigstens eine zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang der Koppeleinheit geschaltete Batteriezelle. Die Koppeleinheit ist ausgebildet, auf ein erstes Steuersignal der Steuereinheit hin die wenigstens eine Batteriezelle zwischen ein erstes Terminal des Batteriemoduls und ein zweites Terminal des Batteriemoduls zu schalten und auf ein zweites Steuersignal der Steuereinheit hin das erste Terminal mit dem zweiten Terminal zu verbinden. Die Steuereinheit ist ausgebildet, das erste Steuersignal an die Koppeleinheiten von m der n Batteriemodule auszugeben, wobei m eine natürliche Zahl größer als 0 und kleiner als n ist, und das zweite Steuersig- nal an die Koppeleinheiten der verbleibenden n minus m Batteriemodule auszugeben.

Die Koppeleinheit ermöglicht es, eine oder mehrere zwischen den ersten und den zweiten Eingang der Koppeleinheit geschaltete Batteriezellen eines Batte- riemoduls entweder so an den Ausgang der Koppeleinheit zu koppeln, dass die

Spannung der Batteriezellen extern zur Verfügung steht, oder aber die Batteriezellen zu überbrücken, so dass eine Spannung von 0V von außen sichtbar ist. Im ersteren Fall nehmen die Batteriezellen an der Bereitstellung elektrischer Energie durch die Batterie teil, im zweiteren Fall jedoch nicht.

Indem die Steuereinheit durch Ausgeben des ersten Steuersignals an die Koppeleinheiten von nur m der n Batteriemodule auch nur eine entsprechende Anzahl von Batteriemodulen aktiviert, wird eine Batteriespannung bereitgestellt, die geringer als die Summe der Spannungen aller Batteriemodule ist. Dies bedeutet aber auch im Umkehrschluss, dass die Batterie der Erfindung es erlaubt, mehr

Batteriemodule und damit Batteriezellen vorzusehen, als für die Erzeugung einer durch den jeweiligen Anwendungszweck vorgegebenen Batteriespannung nötig wäre. Dabei kann die Anzahl der zusätzlich vorgesehenen Batteriemodule beliebig gewählt werden, was einen bedeutenden Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bietet, wo Batteriezellen parallel geschaltet werden, so dass nur Vielfache der Anzahl von Batteriezellen eines Batteriezellstranges möglich sind. Die Erfindung ermöglicht so eine freie Wahl der Batteriekapazität unabhängig von der vorgegebenen Ausgangsspannung der Batterie. Das Auftreten von Ausgleichsströmen aufgrund von parallelgeschalteten Batteriezellen kann dabei vorteilhaft vermieden werden, was die Lebensdauer der Batterie verbessert. Allerdings ist es selbstredend weiterhin möglich, mehrere Stränge von Batteriezellen beziehungsweise von Batteriemodulen vorzusehen, wenn beispielsweise gleichzeitig hohe Anforderungen an die maximale zur Verfügung stellbare Leistung gestellt werden. Ein Batteriemodul kann im Extremfall eine einzelne Batteriezellen beinhalten, wenn nämlich eine Koppeleinheit auch nur eine Batteriezelle aufweist. Als schaltungstechnisch sinnvoller Kompromiss können jedoch auch Gruppen von Batteriezellen an eine Koppeleinheit angeschlossen werden, um den Aufwand für die Koppeleinheiten im Verhältnis zur Gesamtzahl der Batteriezellen und den durch die Leitungswiderstände der in den Koppeleinheiten eingesetzten Schalter gering zu halten.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgebildet, zu einem ersten Zeitpunkt das erste Steuersignal an die Koppeleinheit eines ersten Batteriemoduls und das zweite Steuersignal an die Koppeleinheit eines zweiten Batteriemoduls auszugeben und zu einem zweiten Zeitpunkt das zweite Steuersignal an die Koppeleinheit des ersten Batteriemoduls und das erste Steuersignal an die Koppeleinheit des zweiten Batteriemoduls auszugeben.

Indem die jeweils aktiven Batteriemodule über die Zeit wechseln, wird die Belastung der Batterie auf die verschiedenen Batteriemodule zeitlich verteilt, so dass jedes Batteriemodul an der Bereitstellung der Ausgangsspannung und -leistung teilnimmt. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, zu einem dritten Zeitpunkt das erste

Steuersignal an die Koppeleinheiten von m der n Batteriemodule und zu einem auf den dritten Zeitpunkt folgenden vierten Zeitpunkt an die Koppeleinheiten von o der n Batteriemodule auszugeben, wobei o eine natürliche Zahl größer m ist und wobei eine erste Ausgangsspannung der Batterie zum dritten Zeitpunkt we- nigstens näherungsweise gleich einer zweiten Ausgangsspannung der Batterie zum vierten Zeitpunkt ist. Diese Ausführungsform trägt der Tatsache Rechnung, dass die Spannung der Batteriezellen und damit der Batteriemodule mit zunehmender Entladung abnimmt. Werden zum dritten Zeitpunkt beispielsweise acht von zehn Batteriemodulen aktiviert, um die gewünschte Batteriespannung zu erreichen, können es zum späteren vierten Zeitpunkt schon neun Batteriemodule sein, um weiterhin näherungsweise die gewünschte Batteriespannung erzeugen zu können.

Ein Batteriemodul kann eine minimale und eine maximale Batteriemodulspannung aufweisen, welche durch die minimal und maximal zulässige Batteriezellspannung bestimmt werden. Bevorzugt ist die erste Batteriespannung um eine Differenzspannung geringer als die zweite Batteriespannung ist, die weniger als die maximale Batteriemodulspannung beträgt. Das heißt, dass die Aktivierung eines zusätzlichen Batteriemoduls die Batteriespannung nicht über die maximale Batteriemodulspannung hinaus erhöht, die Batteriespannung also möglichst nah an der gewünschten Batteriespannung geführt wird.

Die Batterie kann hierbei eine mit der Steuereinheit verbundene Spannungsmesseinheit aufweisen, welche ausgebildet ist, eine Batteriespannung zu messen und die gemessene Batteriespannung an die Steuereinheit auszugeben. Die Steuereinheit ist dabei ausgebildet, den zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, wenn die gemessene Batteriespannung kleiner als eine Sollbatteriespannung minus einen Spannungsschwellwert ist. Die Sollbatteriespannung entspricht der gewünschten Batteriespannung. Wird sie um einen Spannungsschwellwert unterschritten, kann die Steuereinheit ein weiteres Batteriemodul aktivieren. Der Spannungsschwellwert beträgt bevorzugt zwischen der halben minimalen Batteriemodulspannung und der halben maximalen Batteriemodulspannung.

Die Koppeleinheit kann einen ersten Ausgang aufweisen und ausgebildet sein, auf das erste Steuersignal hin entweder den ersten Eingang oder den zweiten Eingang mit dem Ausgang zu verbinden. Der Ausgang ist dabei mit einem der Terminals des Batteriemoduls und einer von erstem oder zweitem Eingang mit dem anderen der Terminals des Batteriemoduls verbunden. Eine solche Koppeleinheit kann mit dem Einsatz von nur zwei Schaltern, bevorzugt Halbleiterschaltern wie MOSFETs oder IGBTs, realisiert werden. Alternativ kann die Koppeleinheit einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang aufweisen und ausgebildet sein, auf das erste Steuersignal hin den ersten Eingang mit dem ersten Ausgang und den zweiten Eingang mit dem zweiten Ausgang zu verbinden. Dabei ist die Koppeleinheit außerdem ausgebildet, auf das zweite Steuersignal hin den ersten Eingang vom ersten Ausgang und den zweiten Eingang vom zweiten Ausgang abzutrennen und den ersten Ausgang mit dem zweiten Ausgang zu verbinden. Diese Ausführungsform benötigt einen etwas höheren Schaltungsaufwand (gewöhnlich drei Schalter), koppelt aber die Batteriezellen des Batteriemoduls an dessen beiden Polen ab, so dass bei einer drohenden Tiefentladung oder einer Beschädigung eines Batteriemoduls dessen Batteriezellen spannungsfrei geschaltet und so im fortwährenden Betrieb der Gesamtanordnung gefahrlos ausgetauscht werden können.

Die wenigstens eine Batteriezelle ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Lithium-Ionen-Batteriezellen besitzen die Vorteile einer hohen Zellspannung und einer hohen Kapazität in einem gegebenen Volumen.

Ein zweiter Erfindungsaspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen Batterie gemäß dem vorhergehenden Erfindungsaspekt.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gle che oder funktional gleichartige Komponenten bezeichnen. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Batterie gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie,

Figuren 3A und 3B zwei Ausführungsformen eines Batteriemoduls mit einer ersten Ausführungsform einer Koppeleinheit, Figur 4 die erste Ausführungsform der Koppeleinheit zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie,

Figur 5 eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der ersten Ausführungsform der Koppeleinheit,

Figur 6 eine weitere Ausführungsform eines Batteriemoduls mit einer zweiten Ausführungsform der Koppeleinheit, und

Figur 7 eine zweite Ausführungsform einer Koppeleinheit zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie, und

Figur 8 eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der zweiten Ausführungsform der Koppeleinheit.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 20, welche n Batteriemodule 30-1 bis 30-n aufweist, die zwischen ein erstes Batterieterminal 21 und ein zweites Batterieterminal 22 in Reihe geschaltet sind. Jedes Batteriemodul 30-1 bis 30-n erzeugt eine Batteriemodulspannung, welche jedoch gesteuert durch Steuersignale einer Steuereinheit wahlweise in die Erzeugung der Batteriespannung zwischen den Batterieterminals 21 und 22 einbezogen werden kann oder nicht. Die Ausgangsspannung der Batterie zwischen den Batterieterminals 21 und 22 ist dabei geringer als die von den Batteriemodulen 30-1 bis 30-n maximal bereitstellbare Spannung, weil wenigstens eines der Batteriemodule 30-1 bis 30-n durch die Steuereinheit deaktiviert wird, so dass es nicht an der Erzeugung der Ausgangsspannung der Batterie teilnimmt.

Die Figuren 3A und 3B zeigen zwei Ausführungsformen eines Batteriemoduls 30 mit einer ersten Ausführungsform einer Koppeleinheit 40. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 1 1 sind zwischen die Eingänge der Koppeleinheit 40 in Serie geschaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen 1 1 beschränkt, es kann auch nur eine einzelne Batteriezelle 1 1 vorgesehen sein oder aber eine Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schal- tung von Batteriezellen 1 1 . Im Beispiel der Figur 3A sind der Ausgang der Koppeleinheit 40 mit einem ersten Terminal 31 des Batteriemoduls 30 und der negative Pol der Batteriezellen 1 1 mit einem zweiten Terminal 32 des Batteriemoduls 30 verbunden. Es ist jedoch eine beinahe spiegelbildliche Anordnung wie in Figur 3B möglich, bei der der positive Pol der Batteriezellen 1 1 mit dem ersten Terminal 31 und der Ausgang der Koppeleinheit 40 mit dem zweiten Terminal 32 verbunden sind.

Figur 4 zeigt die erste Ausführung der Koppeleinheit 40 zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie. Die Koppeleinheit 40 besitzt zwei Eingänge 41 und 42 sowie einen Ausgang 43 und ist ausgebildet, einen der Eingänge 41 oder 42 mit dem Ausgang 43 zu verbinden und den jeweils anderen abzukoppeln. Dadurch erscheint bei dem Batteriemodule 30 entweder die Spannung der zwischen den Eingängen 41 , 42 der Koppeleinheit angeschlossenen Batteriezellen 1 1 zwischen dem Ausgang 43 und dem Eingang 42 der Koppeleinheit 40 (Fig. 3A) beziehungsweise zwischen dem Eingang 41 und dem Ausgang 43 der Koppeleinheit 40 (Fig. 3B), oder aber eine Spannung von 0V. Werden die verschiedenen in Reihe geschalteten Batteriemodule 30 der Batterie 20 auf diese Weise durch die Koppeleinheit 40 aktiviert oder deaktiviert, kann die Ausgangsspannung der Batterie 20 auf einen niedrigeren Wert als die Summe aller Spannungen der Batteriemodule beziehungsweise der Batteriezellen der Batteriemodule eingestellt werden, wodurch die gewünschte Unabhängigkeit zwischen Batteriespannung und der Anzahl der Batteriezellen erreicht wird.

Figur 5 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der ersten Ausführungsform der Koppeleinheit 40, bei der ein erster und ein zweiter Schalter 45 beziehungsweise 46 vorgesehen sind. Jeder der Schalter ist zwischen einen der Eingänge 41 beziehungsweise 42 und den Ausgang 43 geschaltet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch beide Eingänge 41 , 42 vom Ausgang 43 abgekoppelt werden können, so dass der Ausgang 43 hochohmig wird, was beispielsweise im Fall einer Reparatur oder Wartung nützlich sein kann. Zudem können die Schalter 45, 46 einfach als Halbleiterschalter wie z.B. MOSFETs oder IGBTs verwirklicht werden. Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und eines geringen Leitungswiderstandes. Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Batteriemoduls 30 mit einer zweiten Ausführungsform einer Koppeleinheit 50. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 1 1 sind zwischen die Eingänge einer Koppeleinheit 50 in Serie geschaltet. Auch diese Ausführungsform des Batteriemoduls 30 ist nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen 1 1 beschränkt, es kann wiederum auch nur eine einzelne Batteriezelle 1 1 vorgesehen sein oder aber eine Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schaltung von Batteriezellen 1 1 . Der erste Ausgang der Koppeleinheit 50 ist mit einem ersten Terminal 31 und der zweite Ausgang der Koppeleinheit 50 mit einem zweiten Terminal 32 verbunden. Das Batteriemodul 30 bietet gegenüber dem der Figuren 3A und 3B den Vorteil, dass die Batteriezellen 1 1 durch die Koppeleinheit 50 von der restlichen Batterie beidseitig abgekoppelt werden können, was einen gefahrlosen Austausch im laufenden Betrieb ermöglicht, da an keinem Pol der Batteriezellen 1 1 die gefährliche hohe Summenspannung der restlichen Batteriemodule der Batterie anliegt.

Figur 7 zeigt die zweite Ausführungsform der Koppeleinheit 50 zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie. Die Koppeleinheit 50 besitzt zwei Eingänge 51 und 52 sowie zwei Ausgänge 53 und 54. Sie ist ausgebildet, entweder den ersten Eingang 51 mit dem ersten Ausgang 53 sowie den zweiten Eingang 52 mit dem zweiten Ausgang 54 zu verbinden (und den ersten Ausgang 53 vom zweiten Ausgang 54 abzukoppeln) oder aber den ersten Ausgang 53 mit dem zweiten Ausgang 54 zu verbinden (und dabei die Eingänge 51 und 52 abzukoppeln). Bei bestimmten Ausführungsformen der Koppeleinheit kann diese außerdem ausgebildet sein, beide Eingänge 51 , 52 von den Ausgängen 53, 54 abzutrennen und auch den ersten Ausgang 53 vom zweiten Ausgang 54 abzukoppeln. Nicht vorgesehen ist jedoch, sowohl den ersten Eingang 51 mit dem zweiten Eingang 52 zu verbinden.

Figur 8 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der zweiten Aus- führungsform der Koppeleinheit 50, bei der ein erster, ein zweiter und ein dritter

Schalter 55, 56 und 57 vorgesehen sind. Der erste Schalter 55 ist zwischen den ersten Eingang 51 und den ersten Ausgang 53 geschaltet, der zweite Schalter 56 ist zwischen den zweiten Eingang 52 und den zweiten Ausgang 54 und der dritte Schalter 57 zwischen den ersten Ausgang 53 und den zweiten Ausgang 54 ge- schaltet. Diese Ausführungsform bietet ebenfalls den Vorteil, dass die Schalter

55, 56 und 57 einfach als Halbleiterschalter wie z.B. MOSFETs oder IGBTs ver- wirklicht werden können. Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und eines geringen Leitungswiderstandes.

Die erfindungsgemäße Batterie besitzt den weiteren Vorteil, dass sie sehr ein- fach modular aus einzelnen Batteriemodulen mit integrierter Koppeleinheit aufgebaut werden kann. Dadurch wird die Verwendung von Gleichteilen (Baukastenprinzip) möglich.

Claims

Ansprüche

Eine Batterie (20) mit einer Steuereinheit und einer Anzahl n von in Serie geschalteten Batteriemodulen (30), wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist, wobei jedes Batteriemodul (30) eine Koppeleinheit (40, 50) mit einem ersten Eingang (41 , 51 ) und einem zweiten Eingang (42, 52) und wenigstens eine zwischen den ersten Eingang (41 , 51 ) und den zweiten Eingang (42, 52) der Koppeleinheit (40, 50) geschaltete Batteriezelle (1 1 ) umfasst, wobei die Koppeleinheit (40, 50) ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal der Steuereinheit hin die wenigstens eine Batteriezelle (1 1 ) zwischen ein erstes Terminal (31 ) des Batteriemoduls (30) und ein zweites Terminal (32) des Batteriemoduls (30) zu schalten und auf ein zweites Steuersignal der Steuereinheit hin das erste Terminal (31 ) mit dem zweiten Terminal (32) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, das erste Steuersignal an die Koppeleinheiten (40, 50) von m der n Batteriemodule (30) auszugeben, wobei m eine natürliche Zahl größer als 0 und kleiner als n ist, und das zweite Steuersignal an die Koppeleinheiten (40, 50) der verbleibenden n minus m Batteriemodule (30) auszugeben.

Die Batterie (20) gemäß Anspruch 1 , bei der die Steuereinheit ausgebildet ist, zu einem ersten Zeitpunkt das erste Steuersignal an die Koppeleinheit (40, 50) eines ersten Batteriemoduls (30) und das zweite Steuersignal an die Koppeleinheit (40 , 50) eines zweiten Batteriemoduls (30) auszugeben und zu einem zweiten Zeitpunkt das zweite Steuersignal an die Koppeleinheit (40, 50) des ersten Batteriemoduls (30) und das erste Steuersignal an die Koppeleinheit (40, 50) des zweiten Batteriemoduls (30) auszugeben.

3. Die Batterie (20) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Steuereinheit ausgebildet ist, zu einem dritten Zeitpunkt das erste Steuersignal an die Koppeleinheiten (40, 50) von m der n Batteriemodule (30) und zu ei- nem auf den dritten Zeitpunkt folgenden vierten Zeitpunkt an die Koppeleinheiten (40, 50) von o der n Batteriemodule (30) auszugeben, wobei o eine natürliche Zahl größer m ist und wobei eine erste Ausgangsspannung der Batterie (20) zum dritten Zeitpunkt wenigstens näherungsweise gleich einer zweiten Ausgangsspannung der Batterie (20) zum vierten Zeitpunkt ist.

Die Batterie (20) gemäß Anspruch 3, bei der ein Batteriemodul (30) eine minimale und eine maximale Batteriemodulspannung aufweist und bei der die erste Batteriespannung um eine Differenzspannung geringer als die zweite Batteriespannung ist, wobei die Differenzspannung weniger als die maximale Batteriemodulspannung beträgt.

Die Batterie (20) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, mit einer mit der Steuereinheit verbundenen Spannungsmesseinheit, welche ausgebildet ist, eine Batteriespannung zu messen und die gemessene Batteriespannung an die Steuereinheit auszugeben, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, wenn die gemessene Batteriespannung kleiner als eine Sollbatteriespannung minus einen Spannungsschwellwert ist.

Die Batterie (20) gemäß den Ansprüchen 4 und 5, bei der der Spannungsschwellwert zwischen der halben minimalen Batteriemodulspannung und der halben maximalen Batteriemodulspannung beträgt.

Die Batterie (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Koppeleinheit (40) einen ersten Ausgang (43) aufweist und ausgebildet ist, auf das erste Steuersignal hin entweder den ersten Eingang (41 ) oder den zweiten Eingang (42) mit dem ersten Ausgang (43) zu verbinden.

Die Batterie (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Koppeleinheit (50) einen ersten Ausgang (53) und einen zweiten Ausgang (54) aufweist und ausgebildet ist, auf das erste Steuersignal hin den ersten Eingang (51 ) mit dem ersten Ausgang (53) und den zweiten Eingang (52) mit dem zweiten Ausgang (54) zu verbinden und auf das zweite Steuersignal hin den ersten Eingang (51 ) vom ersten Ausgang (53) und den zweiten Eingang (52) vom zweiten Ausgang (54) abzutrennen und den ersten Ausgang (53) mit dem zweiten Ausgang (54) zu verbinden.

9. Die Batterie (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine Batteriezelle (1 1 ) eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ist. 10. Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.