WO2011144508A2 - Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand - Google Patents

Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand Download PDF

Info

Publication number
WO2011144508A2
WO2011144508A2 PCT/EP2011/057580 EP2011057580W WO2011144508A2 WO 2011144508 A2 WO2011144508 A2 WO 2011144508A2 EP 2011057580 W EP2011057580 W EP 2011057580W WO 2011144508 A2 WO2011144508 A2 WO 2011144508A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
terminal
switches
discharge line
battery cells
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/057580
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011144508A3 (de
Inventor
Werner Schiemann
Stefan Butzmann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Sb Limotive Company Ltd.
Sb Limotive Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh, Sb Limotive Company Ltd., Sb Limotive Germany Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP11721015A priority Critical patent/EP2572429A2/de
Priority to CN2011800243277A priority patent/CN102971932A/zh
Priority to US13/698,435 priority patent/US20140145651A1/en
Publication of WO2011144508A2 publication Critical patent/WO2011144508A2/de
Publication of WO2011144508A3 publication Critical patent/WO2011144508A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P31/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors not provided for in groups H02P1/00 - H02P5/00, H02P7/00 or H02P21/00 - H02P29/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a circuit for a battery, which enables cell balancing with reduced circuit complexity.
  • the invention also relates to a battery with such a circuit and a motor vehicle with an electric drive motor and such a battery.
  • the battery cells Due to chemical processes during the charging and discharging processes of the battery, the battery cells age. For example, a battery cell ages due to minimal deviations in dimensioning or chemical
  • FIG. 1 shows a conventional battery which enables such cell balancing.
  • the n battery cells 10-1 to 10-n can be connected in parallel via a respective switch 20-1 to 20-n, a resistor 30-1 to 30-n to selectively discharge any battery cell by a desired amount.
  • FIGS. 2 and 6 of US 2007/0090799 A1 show switch configurations which, however, have a disadvantageously high cost of 2 * n and more switches. Disclosure of the invention
  • a circuit for a battery which has a number n of battery cells connected in series between a positive battery terminal and a negative battery terminal.
  • the number n is a natural number greater than 1.
  • Battery cells results in a number of (n-1) connection points between the n battery cells.
  • the circuit comprises a discharge element which has a first connection connected or connectable to a first discharge line and a second connection connected or connectable to a second discharge line.
  • the circuit has a number of (n + 1) switches which can be connected at a first connection to one of the (n-1) connection points or one of positive and negative battery terminals and connected to one of the first or second discharge lines at a second connection are. In this way, a positive pole of a respective battery cell via one of the switches with a respective selected one of the first or the second discharge line and a negative pole of the respective battery cell via one of the switches with a remaining one of the first or the second discharge line connectable.
  • the circuit of the invention may be combined with battery cells and batteries
  • the circuit of the invention has the advantage that a single discharge for the targeted discharge of any battery cell can be used in the context of cell balancing, without the need for this the high cost of switches of the prior art must be operated.
  • the circuit operates with n series-connected battery cells with only n + 1 switches and still allows to use a single discharge for discharging any selectable battery cell of the series-connected battery cells and optional to connect to the positive and negative pole of the battery cell.
  • the circuit can have a control unit connected on the input side to a voltage measuring unit and on the output side to control inputs of the switches.
  • the voltage measuring unit is connected to each of the battery cells and formed, a cell voltage one with the
  • Voltage measuring unit connected battery cell to determine and output to the control unit.
  • the control unit is designed, a
  • Battery cell with a maximum cell voltage to determine the cell voltages of the battery cells and the battery cell with the maximum
  • the control unit can advantageously use any known methods for cell balancing.
  • a battery cell is determined with a maximum cell voltage and for a certain period of time
  • the number n of the battery cells may be an even number. Then, each n / 2 + 1 switches have a second connected to the first discharge line
  • Terminal and n / 2 switches on a second terminal connected to the second discharge line.
  • the number n of the battery cells may be an odd number.
  • each (n + 1) / 2 switch has one with the first discharge line connected second terminal and (n + 1) / 2 switch connected to the second discharge line second terminal.
  • the discharge element may be a resistive element.
  • a resistive element converts the current of the discharged battery cell into heat, so that the associated amount of energy can no longer be used for the actual purpose of the battery.
  • inductive discharge elements which can transfer charge from one battery cell to another, there is better electromagnetic compatibility.
  • the battery cells are particularly preferably lithium-ion battery cells.
  • Lithium-ion battery cells have a high cell voltage and a high ratio of stored energy to claimed volume.
  • Another aspect of the invention relates to a motor vehicle with a
  • the electric drive motor for driving the motor vehicle and connected to the electric drive motor or connectable battery according to the second aspect of the invention.
  • the battery is not limited to such use, but may be used in other electrical systems.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a second embodiment of the invention with an even number of battery cells
  • Figure 4 shows a third embodiment of the invention with an odd number of battery cells.
  • FIG 2 shows a first embodiment of the invention.
  • a number of n battery cells 10-1 to 10-n are connected in series between a positive battery terminal 12 and a negative battery terminal 13, whereby (n-1)
  • the battery cells do not necessarily constitute a part of the invention itself, rather the invention is embodied in its circuitry. Even if in the following a battery with battery cells is mentioned, only the circuit may be meant, which is connected to the battery cells or to connect and provides the function of the cell balancing advantageous. This circuit can be a trade item in its own right and can only be connected to battery cells at a later time.
  • Battery cells 10-1 to 10-n only (n + 1) switches 20-1 to 20-n + 1 necessary to a designed in the example as an ohmic resistor discharge element 30 with any of the n battery cells 10-1 to 10-n to connect.
  • the switches 20-1 to 20-n + 1 are input side with a respectively assigned
  • the switches 20-1 to 20-n + 1 are alternately connected according to their sequence to a first discharge line 14-1 and a second discharge line 14-2, which in turn are connected to respective terminals of the discharge element 30.
  • a battery cell 10-m where 0 ⁇ m ⁇ n, can be connected to the discharge element 30 by closing the switches 20-m and 20-m + 1 and opening the remaining switches.
  • the switch 20-m can connect a positive pole or a negative pole of a battery cell to the discharge line 14-1 or 14-2 assigned to the switch 20-m, so that, depending on which battery cell 10-1 to 10 -n is to be discharged, from the perspective of the discharge element 30 different
  • Figure 3 shows a second embodiment of the invention with a straight
  • the illustrated example shows four battery cells 10-1 to 10-4, wherein due to the series connection of the battery cells 10-1 to 10-4 three connection points 1 1 -1 to 1 1 -3 result. According to the invention, five switches 20-1 to 20-5 suffice to connect each of the four battery cells 10-1 to 10-4 to the discharge element 30. The odd number of switches
  • the 20-1 to 20-5 is divided into two sets Si and S 2 each of three and two switches, Si the switches 20-1, 20-3 and 20-5 and S 2, the switches 20-2 and 20- 4 include.
  • the embodiment shown can have any even number of battery cells, wherein the resulting odd number of switches basically in two sets Si and S 2 of
  • Figure 4 shows a third embodiment of the invention with an odd number of battery cells. Because of the odd number (in the example shown five) of battery cells 10-1 to 10-5 results in an even number (six in the example shown) required by the invention switches 20-1 to 20-6.
  • the switches are divided into two sets Si and S 2 , each containing the same number of switches.
  • the number of battery cells may be any odd number. Be at an odd number n of battery cells the
  • Numbered switches 20-1 to 20-n + 1 according to their order from the positive battery terminal 12 to the negative battery terminal 13 are the odd numbered switches 20-1, 20-3, 20-n with the first discharge line 14-1 and even numbered ones Switch 20-2, 20-4, 20-n + 1 connected to the second discharge line 14-2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Es wird eine Schaltung für eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche eine Anzahl n von zwischen ein positives Batterieterminal (12) und ein negatives Batterieterminal (13) in Serie geschalteten Batteriezellen (10-1,..., 10-n) umfasst. Die Anzahl n ist eine natürliche Zahl größer 1. Durch die Serienschaltung der n Batteriezellen (10-1,..., 10-n) ergibt sich eine Anzahl von (n-1) Verbindungspunkten (11 -1,..., 11 -n-1 ) zwischen den n Batteriezellen (10-1,..., 10-n). Die Schaltung umfasst ein Entladeelement (30), das einen mit einer ersten Entladeleitung (14-1) verbundenen oder verbindbaren ersten Anschluss und einen mit einer zweiten Entladeleitung (14-2) verbundenen oder verbindbaren zweiten Anschluss aufweist. Erfindungsgemäß besitzt die Schaltung eine Anzahl von (n+1) Schaltern (20-1,..., 20-n+1 ), die an einem ersten Anschluss mit jeweils einem der (n-1) Verbindungspunkte (11-1,..., 11-n-1 ) beziehungsweise einem von positivem und negativem Batterieterminal (12; 13) verbindbar und an einem zweiten Anschluss mit einer der ersten oder zweiten Entladeleitung (14-1; 14-2) verbunden sind. Auf diese Weise sind ein positiver Pol einer jeweiligen Batteriezelle (10-1,..., 10-n) über einen der Schalter (20-1,..., 20-n+1 ) mit einer jeweils ausgewählten der ersten oder der zweiten Entladeleitung (14-1; 14-2) und ein negativer Pol der jeweiligen Batteriezelle (10-1,..., 10-n) über einen der Schalter (20-1,..., 20-n+1) mit einer verbleibenden der ersten oder der zweiten Entladeleitung (14-1; 14-2) verbindbar. Ferner wird eine Batterie mit einer solchen Schaltung vorgeschlagen.

Description

Beschreibung Titel
Batterie-Balancing mit reduziertem Schaltungsaufwand
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung für eine Batterie, welche bei reduziertem Schaltungsaufwand Cell-Balancing ermöglicht. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie mit einer solchen Schaltung und ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer solchen Batterie.
Stand der Technik
In gängigen Batterien werden eine Vielzahl von Batteriezellen in Serie geschaltet, um eine für die jeweilige Anwendung ausreichend hohe Ausgangsspannung zu erreichen. Die Serienschaltung der Batteriezellen bedingt, dass ein
Ausgangsstrom der Batterie in allen Batteriezellen fließt.
Bedingt durch chemische Prozesse während der Lade- und Entladevorgänge der Batterie altern die Batteriezellen. Altert eine Batteriezelle beispielsweise aufgrund minimaler Abweichungen bei der Dimensionierung oder chemischen
Zusammensetzung oder der im Betrieb erfahrenen Temperatureinwirkung schneller als die anderen, steigt ihr Innenwiderstand, was schließlich zu einer Spannungsumkehr und einem Ausfall der Batteriezelle führen kann. Fällt jedoch eine Batteriezelle aus, fällt wegen der Serienschaltung der Batteriezellen auch die gesamte Batterie aus.
Es ist daher vorteilhaft, eine möglichst angepasste Ladung und Entladung der Batteriezellen sicherzustellen, so dass alle Batteriezellen auch gleichmäßig altern. Hierzu ist es bekannt, ein so genanntes Cell-Balancing durchzuführen, bei dem einer Batteriezelle mit einem höheren Energieinhalt als eine andere
Batteriezelle gezielt Ladung entnommen wird. Fig. 1 zeigt eine übliche Batterie, welche ein solches Cell-Balancing ermöglicht. Den n Batteriezellen 10-1 bis 10-n kann über jeweils einen Schalter 20-1 bis 20-n ein Widerstand 30-1 bis 30-n parallel geschaltet werden, um eine beliebige Batteriezelle gezielt um einen gewünschten Betrag zu entladen. Beim gezeigten
Ansatz ist nachteilig, dass neben n Schaltern 20-1 bis 20-n auch n Widerstände 30-1 bis 30-n benötigt werden, welche gegebenenfalls gekühlt werden müssen, um die beim Entladen anfallende Wärme aus der Batterie abzuführen. Daher sind auch Anordnungen bekannt, bei denen ein einzelner Widerstand als Entladeelement wahlfrei mit einer beliebigen Batteriezelle 10-1 bis 10-n verbunden werden kann. So zeigen die Fig. 2 und 6 der US 2007/0090799 A1 Schalterkonfigurationen, die jedoch einen nachteilig hohen Aufwand von 2*n und mehr Schaltern aufweisen. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird daher eine Schaltung für eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche eine Anzahl n von zwischen ein positives Batterieterminal und ein negatives Batterieterminal in Serie geschalteten Batteriezellen aufweist. Die Anzahl n ist eine natürliche Zahl größer 1 . Durch die Serienschaltung der n
Batteriezellen ergibt sich eine Anzahl von (n-1 ) Verbindungspunkten zwischen den n Batteriezellen. Die Schaltung umfasst ein Entladeelement, das einen mit einer ersten Entladeleitung verbundenen oder verbindbaren ersten Anschluss und einen mit einer zweiten Entladeleitung verbundenen oder verbindbaren zweiten Anschluss aufweist. Erfindungsgemäß besitzt die Schaltung eine Anzahl von (n+1 ) Schaltern, die an einem ersten Anschluss mit jeweils einem der (n-1 ) Verbindungspunkte beziehungsweise einem von positivem und negativem Batterieterminal verbindbar und an einem zweiten Anschluss mit einer der ersten oder zweiten Entladeleitung verbunden sind. Auf diese Weise sind ein positiver Pol einer jeweiligen Batteriezelle über einen der Schalter mit einer jeweils ausgewählten der ersten oder der zweiten Entladeleitung und ein negativer Pol der jeweiligen Batteriezelle über einen der Schalter mit einer verbleibenden der ersten oder der zweiten Entladeleitung verbindbar. Die Schaltung der Erfindung kann mit Batteriezellen und Batterien zu einem
Gesamtsystem kombiniert werden, welches als Batterie mit integrierter Cell- Balancing-Funktion einen zweiten Aspekt der Erfindung darstellt. Die Schaltung der Erfindung besitzt den Vorteil, dass ein einzelnes Entladeelement für das gezielte Entladen einer beliebigen Batteriezelle im Rahmen des Cell-Balancings verwendet werden kann, ohne dass hierfür der hohe Aufwand an Schaltern des Standes der Technik betrieben werden muss. Die Schaltung kommt bei n seriengeschalteten Batteriezellen mit lediglich n+1 Schaltern aus und erlaubt es dennoch, ein einziges Entladeelement für das Entladen einer beliebigen auswählbaren Batteriezelle der n seriengeschalteten Batteriezellen einzusetzen und wahlfrei mit dem positiven und dem negativen Pol der Batteriezelle zu verbinden.
Die Schaltung kann über eine eingangsseitig mit einer Spannungsmesseinheit und ausgangsseitig mit Steuereingängen der Schalter verbundene Steuereinheit verfügen. Die Spannungsmesseinheit ist dabei mit jeder der Batteriezellen verbindbar und ausgebildet, eine Zellspannung einer mit der
Spannungsmesseinheit verbundenen Batteriezelle zu bestimmen und an die Steuereinheit auszugeben. Die Steuereinheit ist dabei ausgebildet, eine
Batteriezelle mit einer maximalen Zellspannung der Zellspannungen der Batteriezellen zu bestimmen und die Batteriezelle mit der maximalen
Zellspannung durch Ausgeben entsprechender Steuersignale an die
Steuereingänge der Schalter mit dem Entladeelement zu verbinden.
Die Steuereinheit kann vorteilhaft beliebige bekannte Verfahren für das Cell- Balancing einsetzen. Bevorzugterweise wird dabei eine Batteriezelle mit einer maximalen Zellspannung ermittelt und für einen bestimmten Zeitraum durch
Verbinden mit dem Entladeelement entladen, um die Zellspannung an diejenigen der übrigen Batteriezellen anzugleichen.
Die Anzahl n der Batteriezellen kann eine gerade Zahl sein. Dann weisen jeweils n/2+1 Schalter einen mit der ersten Entladeleitung verbundenen zweiten
Anschluss und n/2 Schalter einen mit der zweiten Entladeleitung verbundenen zweiten Anschluss auf.
Alternativ kann die Anzahl n der Batteriezellen eine ungerade Zahl sein. In diesem Fall weisen jeweils (n+1 )/2 Schalter einen mit der ersten Entladeleitung verbundenen zweiten Anschluss und (n+1 )/2 Schalter einen mit der zweiten Entladeleitung verbundenen zweiten Anschluss auf.
Das Entladeelement kann ein resistives Element sein. Ein solches resistives Element wandelt den Strom der entladenen Batteriezelle in Wärme um, so dass der damit verbundene Energiebetrag nicht mehr für den eigentlichen Zweck der Batterie eingesetzt werden kann. Allerdings ist gegenüber beispielsweise induktiven Entladeelementen, welche Ladung von einer Batteriezelle zu einer anderen übertragen können, eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit gegeben.
Bei der Batterie des zweiten Erfindungsaspektes sind die Batteriezellen besonders bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen. Lithium-Ionen-Batteriezellen besitzen eine hohe Zellspannung und ein hohes Verhältnis von gespeicherter Energie zu beanspruchtem Volumen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem
elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt. Die Batterie ist jedoch nicht auf einen solchen Einsatzzweck beschränkt, sondern kann auch in anderen elektrischen Systemen eingesetzt werden.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Elemente bezeichnen. Es zeigen:
Figur 1 eine Batterie mit Cell-Balancing gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer geraden Anzahl von Batteriezellen, und Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Anzahl von n Batteriezellen 10-1 bis 10-n ist zwischen ein positives Batterieterminal 12 und ein negatives Batterieterminal 13 in Serie geschaltet, wodurch sich (n-1 )
Verbindungspunkte 1 1 -1 bis 1 1 -n-1 zwischen den n Batteriezellen 10-1 bis 10-n ergeben. Bei allen Ausführungsbeispielen stellen die Batteriezellen nicht notwendigerweise einen Teil der Erfindung selbst dar, die Erfindung ist vielmehr in deren Beschaltung verwirklicht. Auch wenn im Folgenden von einer Batterie mit Batteriezellen die Rede ist, kann lediglich die Schaltung gemeint sein, welche mit den Batteriezellen verbunden beziehungsweise zu verbinden ist und die Funktion des Cell-Balancings vorteilhaft zur Verfügung stellt. Diese Schaltung kann für sich Handelsgegenstand sein und erst zu einem späteren Zeitpunkt mit Batteriezellen verbunden werden.
Erfindungsgemäß sind für das Ausführungsbeispiel der Figur 2 mit n
Batteriezellen 10-1 bis 10-n lediglich (n+1 ) Schalter 20-1 bis 20-n+1 notwendig, um ein im Beispiel als ohmscher Widerstand ausgeführtes Entladeelement 30 mit einer beliebigen der n Batteriezellen 10-1 bis 10-n zu verbinden. Die Schalter 20-1 bis 20-n+1 sind eingangsseitig mit einem jeweils zugeordneten
Verbindungspunkt 1 1 -1 bis 1 1 -n-1 beziehungsweise dem positiven
Batterieterminal 12 oder dem negativen Batterieterminal 13 verbunden.
Ausgangsseitig sind die Schalter 20-1 bis 20-n+1 entsprechend ihrer Reihenfolge abwechselnd mit einer ersten Entladeleitung 14-1 beziehungsweise einer zweiten Entladeleitung 14-2 verbunden, welche ihrerseits mit jeweiligen Anschlüssen des Entladeelementes 30 verbunden sind. Eine Batteriezelle 10-m, wobei 0<m<n, kann mit dem Entladeelement 30 verbunden werden, indem die Schalter 20-m und 20-m+1 geschlossen und die restlichen Schalter geöffnet werden. Abhängig von m kann dabei der Schalter 20-m einen positiven Pol oder einen negativen Pol einer Batteriezelle mit der dem Schalter 20-m zugeordneten Entladeleitung 14-1 oder 14-2 verbinden, so dass sich, je nachdem welche Batteriezelle 10-1 bis 10-n entladen werden soll, aus Sicht des Entladeelementes 30 unterschiedliche
Vorzeichen der am Entladeelement 30 anliegenden Zellspannung ergeben können. Diese Tatsache ist jedoch unerheblich, weil das Entladeelement 30 keine Richtungsabhängigkeit bezüglich der durch es fließenden Ströme besitzt, was sich die Erfindung vorteilhaft zunutze macht. Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer geraden
Anzahl von Batteriezellen. Das dargestellte Beispiel zeigt vier Batteriezellen 10-1 bis 10-4, wobei sich aufgrund der Serienschaltung der Batteriezellen 10-1 bis 10-4 drei Verbindungspunkte 1 1 -1 bis 1 1 -3 ergeben. Erfindungsgemäß genügen fünf Schalter 20-1 bis 20-5, um jede der vier Batteriezellen 10-1 bis 10-4 mit dem Entladeelement 30 verbinden zu können. Die ungerade Anzahl von Schaltern
20-1 bis 20-5 teilt sich in zwei Mengen Si und S2 zu je drei und zwei Schaltern auf, wobei Si die Schalter 20-1 , 20-3 und 20-5 und S2 die Schalter 20-2 und 20-4 beinhalten. Selbstredend kann das gezeigte Ausführungsbeispiel über eine beliebige gerade Anzahl von Batteriezellen verfügen, wobei sich die ergebende ungerade Zahl von Schaltern grundsätzlich in zwei Mengen Si und S2 von
Schaltern unterteilt, die sich in ihrer jeweiligen Anzahl von Schaltern nur um 1 unterscheiden. Werden bei einer geraden Anzahl n von Batteriezellen die Schalter 20-1 bis 20-n+1 gemäß ihrer Reihenfolge vom positiven Batterieterminal 12 zum negativen Batterieterminal 13 durchnummeriert, sind die ungerade nummerierten Schalter 20-1 , 20-3, 20-n+1 mit der ersten Entladeleitung 14-1 und die gerade nummerierten Schalter 20-2, 20-4, 20-n mit der zweiten Entladeleitung 14-2 verbunden.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ungeraden Anzahl von Batteriezellen. Wegen der ungeraden Anzahl (im gezeigten Beispiel fünf) von Batteriezellen 10-1 bis 10-5 ergibt sich eine gerade Anzahl (im gezeigten Beispiel sechs) von erfindungsgemäß benötigten Schaltern 20-1 bis 20-6. Die Schalter teilen sich in zwei Mengen Si und S2 auf, die jeweils gleich viele Schalter beinhalten. Die Anzahl der Batteriezellen kann eine beliebige ungerade Zahl sein. Werden bei einer ungeraden Anzahl n von Batteriezellen die
Schalter 20-1 bis 20-n+1 gemäß ihrer Reihenfolge vom positiven Batterieterminal 12 zum negativen Batterieterminal 13 durchnummeriert, sind die ungerade nummerierten Schalter 20-1 , 20-3, 20-n mit der ersten Entladeleitung 14-1 und die gerade nummerierten Schalter 20-2, 20-4, 20-n+1 mit der zweiten Entladeleitung 14-2 verbunden.

Claims

Ansprüche
1 . Eine Schaltung für eine Batterie mit einer Anzahl n von zwischen ein
positives Batterieterminal (12) und ein negatives Batterieterminal (13) derart in Serie geschalteten Batteriezellen (10-1 ,..., 10-n), dass sich eine Anzahl von (n-1 ) Verbindungspunkten (1 1 -1 1 1 -n-1 ) zwischen den n
Batteriezellen (10-1 ,..., 10-n) ergeben, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist, die Schaltung aufweisend ein Entladeelement (30), welches einen mit einer ersten Entladeleitung (14-1 ) verbundenen oder verbindbaren ersten Anschluss und einen mit einer zweiten Entladeleitung (14-2) verbundenen oder verbindbaren zweiten Anschluss aufweist, und eine Mehrzahl Schalter, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Anzahl von (n+1 ) Schaltern (20-1 20-n+1 ) vorgesehen ist, die an einem ersten Anschluss mit jeweils einem der (n-1 ) Verbindungspunkte (1 1 -1 ,..., 1 1 -n-1 ) beziehungsweise einem von positivem und negativem Batterieterminal (12; 13) verbindbar sind und an einem zweiten Anschluss mit einer der ersten oder zweiten Entladeleitung (14-1 ; 14-2) verbunden sind, wobei ein positiver Pol einer jeweiligen Batteriezelle (10-1 ,..., 10-n) über einen der Schalter (20-1 ,..., 20-n+1 ) mit einer jeweils ausgewählten der ersten oder der zweiten Entladeleitung (14-1 ; 14-2) und ein negativer Pol der jeweiligen Batteriezelle (10-1 ,..., 10-n) über einen der Schalter
(20-1 ,...,20-n+1 ) mit einer verbleibenden der ersten oder der zweiten
Entladeleitung (14-1 ; 14-2) verbindbar sind.
2. Die Schaltung gemäß Anspruch 1 , mit einer eingangsseitig mit einer
Spannungsmesseinheit und ausgangsseitig mit Steuereingängen der Schalter verbundenen Steuereinheit, wobei die Spannungsmesseinheit mit jeder der Batteriezellen (10-1 ,..., 10-n) verbindbar und ausgebildet ist, eine Zellspannung einer mit der Spannungsmesseinheit verbundenen
Batteriezelle (10-1 ,..., 10-n) zu bestimmen und an die Steuereinheit auszugeben, und wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Batteriezelle (10-1 ,..., 10-n) mit einer maximalen Zellspannung der Zellspannungen der Batteriezellen (10-1 ,..., 10-n) zu bestimmen und die Batteriezelle
(10-1 10-n) mit der maximalen Zellspannung durch Ausgeben
entsprechender Steuersignale an die Steuereingänge der Schalter
(20-1 ,...,20-n+1 ) mit dem Entladeelement (30) zu verbinden.
Die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der n eine gerade Zahl ist und jeweils n/2+1 Schalter (20-1 20-n+1 ) einen mit der ersten Entladeleitung (14-1 ) verbundenen zweiten Anschluss und n/2 Schalter (20-1 ,..., 20-n+1 ) einen mit der zweiten Entladeleitung (14-2) verbundenen zweiten Anschluss aufweisen.
Die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der n eine ungerade Zahl ist und jeweils (n+1 )/2 Schalter (20-1 20-n+1 ) einen mit der ersten Entladeleitung (14-1 ) verbundenen zweiten Anschluss und (n+1 )/2 Schalter (20-1 20-n+1 ) einen mit der zweiten Entladeleitung (14-2) verbundenen zweiten Anschluss aufweisen.
Die Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Entladeelement (30) ein resistives Element ist.
Eine Batterie mit einer Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Anzahl n von zwischen das positive Batterieterminal (12) und das negative Batterieterminal (13) in Serie geschalteten
Batteriezellen (10-1 ,..., 10-n).
Die Batterie von Anspruch 6, bei der die Batteriezellen (10-1 10-n) Lithium-Ionen-Batteriezellen sind.
Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7.
PCT/EP2011/057580 2010-05-17 2011-05-11 Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand WO2011144508A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11721015A EP2572429A2 (de) 2010-05-17 2011-05-11 Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand
CN2011800243277A CN102971932A (zh) 2010-05-17 2011-05-11 具有降低的电路复杂性的蓄电池平衡
US13/698,435 US20140145651A1 (en) 2010-05-17 2011-05-11 Battery Balancing with Reduced Circuit Complexity

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010029013A DE102010029013A1 (de) 2010-05-17 2010-05-17 Batterie-Balancing mit reduziertem Schaltungsaufwand
DE102010029013.0 2010-05-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011144508A2 true WO2011144508A2 (de) 2011-11-24
WO2011144508A3 WO2011144508A3 (de) 2012-11-15

Family

ID=44626562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/057580 WO2011144508A2 (de) 2010-05-17 2011-05-11 Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140145651A1 (de)
EP (1) EP2572429A2 (de)
CN (1) CN102971932A (de)
DE (1) DE102010029013A1 (de)
WO (1) WO2011144508A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017054148A1 (zh) * 2015-09-30 2017-04-06 长园科技实业股份有限公司 充放电平衡结构
PL3455917T3 (pl) 2016-05-13 2022-06-13 Vito Nv Sposób i urządzenie modułowego systemu zarządzania dla ogniw magazynowania energii
WO2018235457A1 (ja) * 2017-06-21 2018-12-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池システム監視装置および電池パック
KR102236384B1 (ko) * 2017-10-27 2021-04-05 주식회사 엘지화학 배터리 밸런싱을 위한 장치 및 그것을 포함하는 배터리팩
DE102019217303A1 (de) * 2019-11-08 2021-05-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls, Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
KR20220100466A (ko) 2021-01-08 2022-07-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070090799A1 (en) 2005-04-15 2007-04-26 Lee Dal H Switching circuit for balancing of battery cell

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3567512B2 (ja) * 1994-10-11 2004-09-22 ソニー株式会社 バッテリー保護回路
JP2005318751A (ja) * 2004-04-30 2005-11-10 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 多直列電池制御システム
JP4092580B2 (ja) * 2004-04-30 2008-05-28 新神戸電機株式会社 多直列電池制御システム
US20070001651A1 (en) * 2004-07-02 2007-01-04 Harvey Troy A Distributed networks of electric double layer capacitor supervisory controllers and networks thereof
JP4374351B2 (ja) * 2006-04-12 2009-12-02 矢崎総業株式会社 充電状態調整装置
DE102007023023A1 (de) * 2007-05-16 2008-11-27 Siemens Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung
JP5459946B2 (ja) * 2007-09-28 2014-04-02 株式会社日立製作所 車両用直流電源装置
WO2009085658A2 (en) * 2007-12-31 2009-07-09 University Of Toledo Integrated cell voltage measurement and equalization system for series-connected batteries and method for operating same
DE102009000323A1 (de) * 2009-01-20 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Serienschaltung von Schaltreglern zur Energieübertragung in Batteriesystemen
DE102011079363A1 (de) * 2011-07-19 2013-01-24 Sb Limotive Company Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer minimalen Zellspannung
DE102011079360A1 (de) * 2011-07-19 2013-01-24 Sb Limotive Company Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer maximalen Zellspannung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070090799A1 (en) 2005-04-15 2007-04-26 Lee Dal H Switching circuit for balancing of battery cell

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011144508A3 (de) 2012-11-15
CN102971932A (zh) 2013-03-13
EP2572429A2 (de) 2013-03-27
US20140145651A1 (en) 2014-05-29
DE102010029013A1 (de) 2011-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011144509A2 (de) Induktives batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand
EP2572429A2 (de) Batterie-balancing mit reduziertem schaltungsaufwand
DE102019130739A1 (de) Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102017124125A1 (de) Laden eines Energiespeichers
DE102019130740A1 (de) Batterie mit einer Batteriezelle und Verfahren zu deren Betrieb
DE102010027850A1 (de) Batterie mit frei wählbarer Anzahl von Batteriezellen
EP2920599B1 (de) Prüfanordnung für einen energiespeicher
WO2012152578A2 (de) Antriebseinheit für einen elektrischen motor
DE102014201365A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades von Batteriemodulen
DE102016208420A1 (de) Anordnung mit multifunktionalem Anschluss für Energiespeicherzellen oder Energieverbraucher
AT510117B1 (de) Batteriemodul
DE102012212646A1 (de) Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie
DE102012201359A1 (de) Batteriesystem, Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem sowie ein Verfahren zum Balancieren der Batteriezellen eines Batteriesystems
DE102018207263A1 (de) Elektrisches Bordsystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Teilnetzen
WO2013182436A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des innenwiderstandes von batteriezellen einer batterie
DE202017101945U1 (de) Kaskadierbare Anordnung zum Verschalten einer Vielzahl von Energiespeichern sowie Verwendung einer entsprechenden Verschaltungseinrichtung
WO2013010837A1 (de) Verfahren zum laden einer batterie und batterie zur ausführung des verfahrens
WO2013075903A2 (de) Batteriemodulstrang für den antrieb eines gleichstrommotors
DE102011087031A1 (de) Batteriemodulstrang
EP3673553A1 (de) Akkumulatoranordnung mit verbesserter symmetrierung
DE102015103490A1 (de) DC/DC-Wandler mit fliegendem Kondensator
DE102016007935A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Spannungsausgleich zwischen einem ersten und einem zweiten Zellstrang einer Batterie
DE102021004055A1 (de) Verfahren zum Heizen einer Batterie und Batterie
DE102014215733A1 (de) Batteriesystem mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie ausgebildeten Batterie, die elektrische Energie zum Versorgen eines Niedervoltnetz bereitstellt und entsprechendes Verfahren
WO2019166592A1 (de) Lade-system

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180024327.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11721015

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011721015

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13698435

Country of ref document: US