WO2012052224A1 - Method for controlling a battery with variable output voltage - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of controlling a variable output voltage battery and a battery configured to perform the method.
- Battery systems will be used. In order to meet the voltage and available power requirements of a particular application, a large number of battery cells are connected in series. Since the power provided by such a battery must flow through all the battery cells and a battery cell can only conduct a limited current, battery cells are often additionally connected in parallel in order to increase the maximum current. This can be done either by providing multiple cell wraps within a battery cell housing or by externally interconnecting battery cells.
- FIG. 1 The block diagram of a conventional electric drive system, as used for example in electric and hybrid vehicles or in stationary applications such as in the rotor blade adjustment of wind turbines is shown in Figure 1.
- a battery 10 is connected to a
- Capacitor 11 is buffered. Connected to the DC voltage intermediate circuit is a pulse inverter 12, which is connected via two switchable semiconductor valves and two diodes at three outputs against each other phase-offset sinusoidal currents for the operation of an electric drive motor 13 provides.
- the capacitance of the capacitor 11 must be large enough to stabilize the voltage in the DC link for a period of time in which one of the switchable semiconductor valves is turned on. In a practical application such as an electric vehicle results in a high capacity in the range of mF. Because of the usually quite high voltage of the DC intermediate circuit such a large capacity can be realized only at high cost and with high space requirements.
- FIG. 2 shows the battery 10 of FIG. 1 in a more detailed block diagram.
- a large number of battery cells are connected in series as well as optionally additionally in parallel, in order to achieve a high level of power for a particular application
- a charging and disconnecting device 16 is connected between the positive pole of the battery cells and a positive battery terminal 14.
- a separating device 17 can additionally be connected between the negative pole of the battery cells and a negative battery terminal 15.
- the separating and charging device 16 and the separating device 17 each include a contactor 18 and 19, respectively, which are provided to disconnect the battery cells from the battery terminals in order to disconnect the battery terminals from voltage. Because of the high
- a charging contactor 20 with a charging resistor 20 connected in series with the charging contactor 20 is provided in the charging and disconnecting device 16.
- the charging resistor 21 limits a charging current for the capacitor 1 1 when the battery is connected to the DC link.
- the contactor 18 is initially left open and only the charging contactor 20 is closed.
- the contactor 19 can be closed and
- the charging contactor 20 are opened.
- the contactors 18, 19 and the charging contactor 20 increase the cost of a battery 10 is not insignificant, since high demands are placed on their reliability and the currents to be led by them.
- Batteries have now been proposed in which battery modules are interconnected, which can be activated and deactivated. In the active state are the Battery cells of the battery module connected to its outputs, so that the voltage of the battery module participates in the generation of the battery voltage. In the deactivated state, however, the battery cells of a battery module are disconnected from its outputs and the outputs bridged, so that the 5 battery module voltage is zero.
- the battery voltage can be variably adjusted, so that the
- DC voltage intermediate circuit, the pulse inverter and possibly also the charging contactors can be omitted.
- the l o load should be distributed as evenly as possible on the battery modules, so that the battery cells of the battery modules are uniformly discharged and age evenly.
- Each battery module comprises at least one battery cell and a coupling unit.
- the at least one battery cell is connected between a first input and a second input of the coupling unit, which is designed, in response to a first control signal, the at least one battery cell between a first terminal of the battery module and a second terminal of the battery module
- Terminal to connect to the second terminal, leaving a
- Battery module voltage of the battery module assumes a voltage dependent on the first and second control signal voltage value.
- the method has at least one step of generating a rising output voltage
- Battery module string is the time during which a single battery module to generate the output voltage of the
- Battery module string participates, largely aligned.
- the first control signal is continuously output to a respective battery module from a respective first output timing during the first time period until the second control signal is output to the respective battery module at a respective second output timing during the second time period. This minimizes losses due to switching operations.
- the first output time of a first battery module may be prior to the first output time of a second battery module, wherein the second output time of the first battery module is before the second output time of the second battery module.
- the first and the second output time of a third battery module can be simultaneously with the first and second
- Battery module string can be achieved, both battery modules experience an equal load.
- a earliest second output time of the second output time is also preferable to a latest first time of the first output time.
- Battery module strand on a sinusoidal course.
- the battery can be connected directly to a consumer that is designed for operation in an AC voltage network.
- sinusoidal is meant here also a gradual course, which approximates a sine.
- the sinusoidal profile of the output voltage preferably has a predefinable frequency.
- a plurality of sinusoidal output voltages are preferably generated, wherein each of the sinusoidal output voltages is phase-shifted with respect to the remaining sinusoidal output voltages. This allows electrical machines to be powered directly from the battery. If three sinusoidal output voltages are generated, machines designed for a three-phase utility network can be modified or modified without modification
- a second aspect of the invention introduces a battery having a plurality of battery modules connected in series to a battery module string and a control unit.
- Each battery module comprises at least one battery cell and a coupling unit, wherein the at least one battery cell connected between a first input and a second input of the coupling unit and the coupling unit is formed on a first control signal towards the at least one battery cell between a first terminal of the battery module and a second Terminal of the battery module to switch and on a second control signal to connect the first terminal to the second terminal, so that a
- Battery module voltage of the battery module assumes a voltage dependent on the first and second control signal voltage value.
- the control unit is configured to generate and output the first and second control signals to the battery modules and to perform the method according to one of
- the coupling unit may have a first output and be configured to connect to the first control signal either the first input or the second input to the output.
- the output is connected to one of the terminals of the battery module and one of the first or second input to the other of the terminals of the battery module.
- Semiconductor switches such as MOSFETs or IGBTs can be realized.
- the coupling unit may have a first output and a second output and be configured to connect the first input to the first output and the second input to the second output in response to the first control signal.
- the coupling unit is also
- This embodiment requires a slightly higher circuit complexity (usually three switches), but decouples the battery cells of the battery module at its two poles, so that switched off in an impending deep discharge or damage to a battery module whose battery cells and thus replaced safely in the continuous operation of the overall arrangement can.
- the coupling unit may comprise a first input, a second input, a first output and a second output and configured to connect the first input to the first output and the second input to the second output in response to a first control signal and connect, in response to a second control signal, the first input to the second output and the second input to the first output.
- Output voltages are generated, covering a twice as large voltage range with the same number of battery modules.
- each battery module has only one battery cell or only a parallel connection of battery cells. In this case, the
- Output voltage of a battery module string are set the finest. As is generally preferred within the scope of the invention,
- Lithium-ion battery cells used which have a cell voltage between 2.5 and 4.2 V, the output voltage of the battery could be adjusted accordingly.
- the more accurate the output voltage of the battery is adjustable the smaller the problem of electromagnetic compatibility, because the radiation caused by the battery current decreases with its high-frequency components. However, this is an elevated
- a third aspect of the invention relates to a motor vehicle with an electric
- Figure 3 shows a first embodiment of a coupling unit for use in the
- Figure 4 shows a possible circuit implementation of the first
- FIGS. 5 and 6 show two embodiments of a battery module with the first embodiment of the coupling unit
- FIG. 7 shows a second embodiment of a coupling unit for use in the battery according to the invention
- FIG. 8 shows a possible circuit implementation of the second and third embodiments of the coupling unit
- Figure 9 shows a possible circuit implementation of the third
- FIG. 10 shows an embodiment of a battery module with the second or third embodiment of the coupling unit
- FIG. 11 shows a first embodiment of the battery according to the invention
- FIG. 12 shows a drive system with a further embodiment of the
- Figure 13 shows a time course of an output voltage
- FIG. 3 shows a first embodiment of a coupling unit 30 for use in the battery according to the invention.
- the coupling unit 30 has two inputs 31 and 32 and an output 33 and is designed to connect one of the inputs 31 or 32 to the output 33 and to decouple the other.
- FIG. 4 shows a possible circuit implementation of the first embodiment of the coupling unit 30, in which a first and a second switch 35 or 36 are provided. Each of the switches is between one of the inputs 31 and 32 and the output 33 connected.
- This embodiment has the advantage that both inputs 31, 32 can be decoupled from the output 33, so that the output 33 becomes high-impedance, which may be useful, for example, in the case of repair or maintenance.
- the switches 35, 36 simply as
- Semiconductor switches have the advantage of a low price and a high switching speed, so that the coupling unit 30 can respond to a control signal or a change of the control signal within a short time and high switching rates can be achieved.
- the invention Compared to a conventional pulse inverter, which generates a desired voltage shape by appropriate choice of a duty cycle between maximum and minimum DC voltage (pulse width modulation), the invention has the advantage that the switching frequencies of the switches contained in the coupling units is much lower, as in principle, each switch only once each period of the output voltage to be generated is closed and reopened. As a result, the electromagnetic compatibility (EMC) is improved and it can be made lower demands on the switch.
- EMC electromagnetic compatibility
- Figures 5 and 6 show two embodiments of a battery module 40 with the first embodiment of the coupling unit 30.
- Battery cells 11 is connected between the inputs of the coupling unit 30 in series.
- the invention is not limited to such a series connection of battery cells 11, it can also be provided only a single battery cell 1 1 or a parallel connection or mixed-serial-parallel circuit of battery cells 1 1.
- Battery cells 11 connected to a second terminal 42.
- an almost mirror-image arrangement as in FIG. 6 is possible in which the positive pole of the battery cells 11 is connected to the first terminal 41 and the output of the coupling unit 30 to the second terminal 42.
- FIG. 7 shows a second embodiment of a coupling unit 50 for use in the battery according to the invention.
- the coupling unit 50 has two inputs 51 and 52 and two outputs 53 and 54. It is formed, either the first input 51 to the first output 53 and the second input 52 to the connect either the first input 51 to the second output 54 and the second input 52 to the first output 53 or to connect the first output 53 to the second output 54 (and thereby the inputs 51 and / or Disconnect 52).
- this can also be designed to separate both inputs 51, 52 from the outputs 53, 54 and also to decouple the first output 53 from the second output 54. However, it is not intended to connect both the first input 51 to the second input 52.
- FIG. 8 shows a possible circuit implementation of the second embodiment of the coupling unit 50, in which a first, a second and a third switch 55, 56 and 57 are provided.
- the first switch 55 is connected between the first input 51 and the first output 53
- the second switch 56 is connected between the second input 52 and the second output 54 and the third switch 57 between the first output 53 and the second output 54.
- Figure 9 shows a possible circuit implementation of the third
- Embodiment of the coupling unit 50 in which a first, a second, a third and a fourth switch 55, 56, 58 and 59 are provided.
- the first switch 55 is connected between the first input 51 and the first output 53
- the second switch 56 is between the second input 52 and the second output 54
- the third switch 58 between the first input 51 and the second output 54
- the fourth Switch 59 connected between the second input 52 and the first output 53.
- IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistor
- Semiconductor switches have the advantage of a low price and a high switching speed, so that the coupling unit 50 within a short time to a control signal or a change in the
- FIG. 10 shows an embodiment of a battery module 60 with the second or third embodiment of the coupling unit 50.
- Battery cells 11 is connected in series between the inputs of a coupling unit 50.
- This embodiment of the battery module 60 is not limited to such a series connection of battery cells 11, it may again be provided only a single battery cell 11 or a
- the first output of the coupling unit 50 is connected to a first terminal 61 and the second output of the coupling unit 40 to a second terminal 62.
- the battery module 60 offers over the battery module 40 of FIGS
- Battery module is applied to the battery or that both the positive and the negative battery module voltage can be connected to the outputs.
- FIG. 11 shows a first embodiment of the battery according to the invention, which has n battery module strings 70-1 to 70-n.
- Battery module string 70-1 to 70-n has a plurality of battery modules 40 or 60, preferably each battery module string 70-1 to 70-n the same number of battery modules 40 or 60 and each battery module 40 or 60 the same number of battery cells 1 1 in more identical Contains way interconnected.
- One pole of each battery module string 70-1 to 70-n may be connected to a corresponding pole of the other battery module strings 70-1 to 70-n, which is indicated by a dashed line in FIG.
- one battery module string 70-1 to 70-n may include any number of battery modules 40 or 60 greater than 1 and one battery each number of battery module strings 70-1 to 70-n.
- additional charging and disconnecting devices and disconnecting devices may be provided as in FIG. 2, if safety regulations so require. However, such separators are not necessary according to the invention, because a
- FIG. 12 shows a drive system with a further embodiment of the battery according to the invention.
- the battery has three battery module strings 70-1, 70-2 and 70-3, which are each connected directly to an input of a drive motor 13. Since most available electric motors are designed for three-phase operation, the battery of the invention preferably has exactly three battery module strings.
- the battery of the invention has the further advantage that the functionality of a pulse inverter is already integrated in the battery. By a control unit of the battery, a variable number of battery modules 40 or 60 of a
- Battery module string enabled stands at the output of the battery module string to the number of activated battery modules 40 or 60 proportional voltage, which is between 0 V and the full
- Output voltage of the battery module string may be available.
- the control unit realizes the control method according to the invention, whereby the loads of the battery cells 11 of the individual battery modules 40 or 60 are matched to one another as far as possible.
- FIG. 13 shows an exemplary time profile of an output voltage of the battery according to the invention and control signals for a number of battery modules according to the method according to the invention.
- Output voltage of the battery (or a battery module line) V is plotted over the time t.
- Reference numeral 80-b is a desired (ideal) sine for an exemplary application
- the ideal sine is approximately generated by the battery according to the invention by a value-discrete voltage curve 80-a.
- the deviations of the discrete-value voltage curve 80-a from the ideal curve 80-b depend on the size of the number of battery cells 11, which are connected in series in a battery module 40 or 60. The fewer battery cells 1 1 are connected in series in a battery module 40 or 60, the more accurately the value-discrete voltage curve 80-a can follow the idealized curve 80-b. In usual applications, the relatively low affect
- Battery module strand interconnected The battery modules have a uniform battery module voltage V M , so that a total of nine different voltage levels between 0 V and 8 * V M result in the diagram.
- the lower part of the diagram shows (binary) control signals M1 to M8 for the eight battery modules.
- a high voltage level mean the
- the battery modules are deactivated in the same order in which they were activated.
- the control signal M 1 is set to a low voltage level, then the control signal M2 and so on.
- each battery module is activated half a period and half a period is deactivated so that identical loads of the individual battery modules result and the switching frequencies of the switches of the coupling units of the individual battery modules are minimized.
- the invention has the advantages of reducing the number of high-voltage components, of plug connections and offers the possibility of a cooling system of the battery with that of the
- the coupling units offer an integrated safety concept for pulse inverters and battery and increase the reliability and availability of the
- Coupling unit can be constructed. As a result, the use of identical parts (modular principle) is possible.
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Abstract
A method is proposed for controlling a battery having a plurality of battery modules (40, 60), which are connected in series to form a battery module section (70), with the load on the battery modules (40, 60) being distributed as uniformly as possible. The method has a step of production of a rising output voltage from the battery module section (70) by activation of an increasing number of battery modules (40, 60) during a first time period, and a step of production of a falling output voltage of the battery module section (70) by deactivation of an increasing number of battery modules (40, 60) during a second time period, which follows the first time period. According to the invention, a first sequence of battery modules (40, 60), in which the battery modules (40, 60) are activated during the first time period, is the same as a second sequence of battery modules (40, 60) in which the battery modules (40, 60) are deactivated during the second time period.
Description
Beschreibung Titel Description title
Verfahren zur Steuerung einer Batterie mit variabler Ausgangsspannung Method for controlling a battery with variable output voltage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie mit variabler Ausgangsspannung und eine Batterie, welche ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen. The present invention relates to a method of controlling a variable output voltage battery and a battery configured to perform the method.
Stand der Technik State of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt It is becoming apparent that in the future both in stationary applications as well as in vehicles such as hybrid and electric vehicles increased
Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Spannung und zur Verfügung stellbarer 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. Dies kann entweder durch Vorsehen von mehreren Zellwickeln innerhalb eines Batteriezellengehäuses oder durch externes Verschalten von Batteriezellen geschehen. Battery systems will be used. In order to meet the voltage and available power requirements of a particular application, a large number of battery cells are connected in series. Since the power provided by such a battery must flow through all the battery cells and a battery cell can only conduct a limited current, battery cells are often additionally connected in parallel in order to increase the maximum current. This can be done either by providing multiple cell wraps within a battery cell housing or by externally interconnecting battery cells.
Das Prinzipschaltbild eines üblichen elektrischen Antriebssystems, wie es beispielsweise in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen oder auch in stationären Anwendungen wie bei der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen zum Einsatz kommt, ist in Figur 1 dargestellt. Eine Batterie 10 ist an einen The block diagram of a conventional electric drive system, as used for example in electric and hybrid vehicles or in stationary applications such as in the rotor blade adjustment of wind turbines is shown in Figure 1. A battery 10 is connected to a
Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, welcher durch einen DC voltage connected, which by a
Kondensator 11 gepuffert wird. An den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist ein Pulswechselrichter 12, der über jeweils zwei schaltbare Halbleiterventile und zwei Dioden an drei Ausgängen gegeneinander
phasenversetzte Sinusströme für den Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors 13 bereitstellt. Die Kapazität des Kondensators 11 muss groß genug sein, um die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis für eine Zeitdauer, in der eines der schaltbaren Halbleiterventile durchgeschaltet wird, zu stabilisieren. In einer praktischen Anwendung wie einem Elektrofahrzeug ergibt sich eine hohe Kapazität im Bereich von mF. Wegen der üblicherweise recht hohen Spannung des Gleichspannungszwischenkreises kann eine so große Kapazität nur unter hohen Kosten und mit hohem Raumbedarf realisiert werden. Capacitor 11 is buffered. Connected to the DC voltage intermediate circuit is a pulse inverter 12, which is connected via two switchable semiconductor valves and two diodes at three outputs against each other phase-offset sinusoidal currents for the operation of an electric drive motor 13 provides. The capacitance of the capacitor 11 must be large enough to stabilize the voltage in the DC link for a period of time in which one of the switchable semiconductor valves is turned on. In a practical application such as an electric vehicle results in a high capacity in the range of mF. Because of the usually quite high voltage of the DC intermediate circuit such a large capacity can be realized only at high cost and with high space requirements.
Figur 2 zeigt die Batterie 10 der Figur 1 in einem detaillierteren Blockschaltbild. Eine Vielzahl von Batteriezellen sind in Serie sowie optional zusätzlich parallel geschaltet, um eine für eine jeweilige Anwendung gewünschte hohe FIG. 2 shows the battery 10 of FIG. 1 in a more detailed block diagram. A large number of battery cells are connected in series as well as optionally additionally in parallel, in order to achieve a high level of power for a particular application
Ausgangsspannung und Batteriekapazität zu erreichen. Zwischen den Pluspol der Batteriezellen und ein positives Batterieterminal 14 ist eine Lade- und Trenneinrichtung 16 geschaltet. Optional kann zusätzlich zwischen den Minuspol der Batteriezellen und ein negatives Batterieterminal 15 eine Trenneinrichtung 17 geschaltet werden. Die Trenn- und Ladeeinrichtung 16 und die Trenneinrichtung 17 umfassen jeweils ein Schütz 18 beziehungsweise 19, welche dafür vorgesehen sind, die Batteriezellen von den Batterieterminals abzutrennen, um die Batterieterminals spannungsfrei zu schalten. Aufgrund der hohen Output voltage and battery capacity to achieve. Between the positive pole of the battery cells and a positive battery terminal 14, a charging and disconnecting device 16 is connected. Optionally, a separating device 17 can additionally be connected between the negative pole of the battery cells and a negative battery terminal 15. The separating and charging device 16 and the separating device 17 each include a contactor 18 and 19, respectively, which are provided to disconnect the battery cells from the battery terminals in order to disconnect the battery terminals from voltage. Because of the high
Gleichspannung der seriengeschalteten Batteriezellen ist andernfalls erhebliches Gefährdungspotential für Wartungspersonal oder dergleichen gegeben. In der Lade- und Trenneinrichtung 16 ist zusätzlich ein Ladeschütz 20 mit einem zu dem Ladeschütz 20 in Serie geschalteten Ladewiderstand 21 vorgesehen. Der Ladewiderstand 21 begrenzt einen Aufladestrom für den Kondensator 1 1 , wenn die Batterie an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen wird. Hierzu wird zunächst das Schütz 18 offen gelassen und nur das Ladeschütz 20 geschlossen. Erreicht die Spannung am positiven Batterieterminal 14 die DC voltage of the series-connected battery cells is otherwise significant risk potential for maintenance personnel or the like. In addition, a charging contactor 20 with a charging resistor 20 connected in series with the charging contactor 20 is provided in the charging and disconnecting device 16. The charging resistor 21 limits a charging current for the capacitor 1 1 when the battery is connected to the DC link. For this purpose, the contactor 18 is initially left open and only the charging contactor 20 is closed. When the voltage at the positive battery terminal 14 reaches the
Spannung der Batteriezellen, kann das Schütz 19 geschlossen und Voltage of the battery cells, the contactor 19 can be closed and
gegebenenfalls das Ladeschütz 20 geöffnet werden. Die Schütze 18, 19 und das Ladeschütz 20 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. Es wurden nun Batterien vorgeschlagen, in denen Batteriemodule verschaltet sind, die aktiviert und deaktiviert werden können. Im aktiven Zustand sind die
Batteriezellen des Batteriemoduls mit dessen Ausgängen verbunden, so dass die Spannung des Batteriemoduls an der Erzeugung der Batteriespannung teilnimmt. Im deaktivierten Zustand hingegen sind die Batteriezellen eines Batteriemoduls von dessen Ausgängen abgekoppelt und die Ausgänge überbrückt, so dass die 5 Batteriemodulspannung Null wird. Indem nun eine variable Anzahl von if necessary, the charging contactor 20 are opened. The contactors 18, 19 and the charging contactor 20 increase the cost of a battery 10 is not insignificant, since high demands are placed on their reliability and the currents to be led by them. Batteries have now been proposed in which battery modules are interconnected, which can be activated and deactivated. In the active state are the Battery cells of the battery module connected to its outputs, so that the voltage of the battery module participates in the generation of the battery voltage. In the deactivated state, however, the battery cells of a battery module are disconnected from its outputs and the outputs bridged, so that the 5 battery module voltage is zero. By now a variable number of
Batteriemodulen aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird, kann die Batteriespannung variabel eingestellt werden, so dass der Battery modules is activated or deactivated, the battery voltage can be variably adjusted, so that the
Gleichspannungszwischenkreis, der Pulswechselrichter und gegebenenfalls auch die Ladeschütze entfallen können. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die l o Belastung möglichst gleichmäßig auf die Batteriemodule verteilt werden soll, damit die Batteriezellen der Batteriemodule gleichmäßig entladen werden und gleichmäßig altern. DC voltage intermediate circuit, the pulse inverter and possibly also the charging contactors can be omitted. Here, however, there is the problem that the l o load should be distributed as evenly as possible on the battery modules, so that the battery cells of the battery modules are uniformly discharged and age evenly.
15 Offenbarung der Erfindung 15 disclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie mit einer Mehrzahl von zu einem Batteriemodulstrang in Serie geschalteten According to the invention, therefore, a method for controlling a battery having a plurality of connected to a battery module string in series
Batteriemodulen eingeführt, das die Belastung der Batteriemodule möglichst 20 gleichmäßig verteilt. Jedes Batteriemodul umfasst wenigstens eine Batteriezelle und eine Koppeleinheit. Die wenigstens eine Batteriezelle ist zwischen einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang der Koppeleinheit geschaltet, welche ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle zwischen ein erstes Terminal des Batteriemoduls und ein zweites Terminal des Battery modules introduced, which distributes the load on the battery modules evenly 20 possible. Each battery module comprises at least one battery cell and a coupling unit. The at least one battery cell is connected between a first input and a second input of the coupling unit, which is designed, in response to a first control signal, the at least one battery cell between a first terminal of the battery module and a second terminal of the battery module
25 Batteriemoduls zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin das erste 25 battery module to switch and on a second control signal out the first
Terminal mit dem zweiten Terminal zu verbinden, so dass eine Terminal to connect to the second terminal, leaving a
Batteriemodulspannung des Batteriemoduls einen von dem ersten und zweiten Steuersignal abhängigen Spannungswert annimmt. Das Verfahren weist wenigstens einen Schritt des Erzeugens einer steigenden Ausgangsspannung Battery module voltage of the battery module assumes a voltage dependent on the first and second control signal voltage value. The method has at least one step of generating a rising output voltage
30 des Batteriemodulstrangs durch Ausgeben des ersten Steuersignals an eine zunehmende Anzahl von Batteriemodulen während einer ersten Zeitperiode und einen Schritt des Erzeugens einer fallenden Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs durch Ausgeben des zweiten Steuersignals an eine zunehmende Anzahl von Batteriemodulen während einer auf die erste 35 Zeitperiode folgenden zweiten Zeitperiode auf. Erfindungsgemäß ist dabei eine erste Reihenfolge von Batteriemodulen, in der das erste Steuersignal an die
Batteriemodule während der ersten Zeitperiode ausgegeben wird, gleich einer zweiten Reihenfolge von Batteriemodulen, in der das zweite Steuersignal an die Batteriemodule während der zweiten Zeitperiode ausgegeben wird. 30 of the battery module string by outputting the first control signal to an increasing number of battery modules during a first time period and a step of generating a falling output voltage of the battery module string by outputting the second control signal to an increasing number of battery modules during a second time period following the first time period , According to the invention, a first sequence of battery modules in which the first control signal to the Battery modules during the first time period is output, similar to a second order of battery modules, in which the second control signal is output to the battery modules during the second period of time.
Indem die Reihenfolge, in der die einzelnen Batteriemodule aktiviert werden, um eine steigende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu erzeugen, gleich der Reihenfolge ist, in der die einzelnen Batteriemodule anschließend deaktiviert werden, um eine fallende Ausgangsspannung des By the order in which the individual battery modules are activated to produce an increasing output voltage of the battery module string, the same as the order in which the individual battery modules are subsequently deactivated to a falling output voltage of the battery module
Batteriemodulstrangs zu erzeugen, wird die Zeit, während der ein einzelnes Batteriemodul an der Erzeugung der Ausgangsspannung des Battery module string is the time during which a single battery module to generate the output voltage of the
Batteriemodulstrangs teilnimmt, weitgehend angeglichen. Battery module string participates, largely aligned.
Bevorzugt wird das erste Steuersignal an ein jeweiliges Batteriemodul von einem jeweiligen ersten Ausgabezeitpunkt während der ersten Zeitperiode kontinuierlich ausgegeben, bis an einem jeweiligen zweiten Ausgabezeitpunkt während der zweiten Zeitperiode das zweite Steuersignal an das jeweilige Batteriemodul ausgegeben wird. Hierdurch werden Verluste aufgrund von Schaltvorgängen minimiert. Preferably, the first control signal is continuously output to a respective battery module from a respective first output timing during the first time period until the second control signal is output to the respective battery module at a respective second output timing during the second time period. This minimizes losses due to switching operations.
Der erste Ausgabezeitpunkt eines ersten Batteriemoduls kann dabei vor dem ersten Ausgabezeitpunkt eines zweiten Batteriemoduls liegen, wobei der zweite Ausgabezeitpunkt des ersten Batteriemoduls vor dem zweiten Ausgabezeitpunkt des zweiten Batteriemoduls liegt. The first output time of a first battery module may be prior to the first output time of a second battery module, wherein the second output time of the first battery module is before the second output time of the second battery module.
Alternativ oder zusätzlich können der erste und der zweite Ausgabezeitpunkt eines dritten Batteriemoduls gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Alternatively or additionally, the first and the second output time of a third battery module can be simultaneously with the first and second
Ausgabezeitpunkt eines vierten Batteriemoduls sein. Indem das dritte und vierte Batteriemodul gleichzeitig aktiviert und deaktiviert werden, kann ein größerer Anstieg beziehungsweise Abfall der Ausgangsspannung des Be issuing time of a fourth battery module. By simultaneously activating and deactivating the third and fourth battery modules, a larger increase or decrease of the output voltage of the
Batteriemodulstrangs erreicht werden, wobei beide Batteriemodule eine gleiche Belastung erfahren. Battery module string can be achieved, both battery modules experience an equal load.
Ein frühester zweiter Ausgabezeitpunkt der zweiten Ausgabezeitpunkte liegt außerdem bevorzugt nach einem spätesten ersten Ausgabezeitpunkt der ersten Ausgabezeitpunkte.
Besonders bevorzugt weisen die steigende Ausgangsspannung des A earliest second output time of the second output time is also preferable to a latest first time of the first output time. Particularly preferably, the rising output voltage of
Batteriemodulstrangs und die fallende Ausgangsspannung des Battery module string and the falling output voltage of the
Batteriemodulstrangs einen sinusförmigen Verlauf auf. Dadurch kann die Batterie direkt an einen Verbraucher angeschlossen werden, der für den Betrieb in einem Wechselspannungsnetz ausgelegt ist. Unter„sinusförmig" wird hier auch ein stufiger Verlauf verstanden, der einen Sinus approximiert. Battery module strand on a sinusoidal course. As a result, the battery can be connected directly to a consumer that is designed for operation in an AC voltage network. By "sinusoidal" is meant here also a gradual course, which approximates a sine.
Bevorzugt besitzt der sinusförmige Verlauf der Ausgangsspannung eine vorgebbare Frequenz. Dadurch kann beispielsweise durch Anpassung der Frequenz im Rahmen eines Regelsystems die Ausgangsspannung mit einerThe sinusoidal profile of the output voltage preferably has a predefinable frequency. As a result, for example, by adjusting the frequency in the context of a control system, the output voltage with a
Spannung eines Versorgernetzwerkes synchronisiert werden. Voltage of a utility network are synchronized.
Bevorzugt werden im Rahmen des Verfahrens eine Mehrzahl von sinusförmigen Ausgangsspannungen, bevorzugt drei sinusförmige Ausgangsspannungen, erzeugt, wobei jede der sinusförmigen Ausgangsspannungen gegenüber den verbleibenden sinusförmigen Ausgangsspannungen phasenversetzt ist. Dadurch können elektrische Maschinen direkt aus der Batterie versorgt werden. Werden drei sinusförmige Ausgangsspannungen erzeugt, können für ein dreiphasiges Versorgernetz entworfene Maschinen ohne Modifikation oder Within the scope of the method, a plurality of sinusoidal output voltages, preferably three sinusoidal output voltages, are preferably generated, wherein each of the sinusoidal output voltages is phase-shifted with respect to the remaining sinusoidal output voltages. This allows electrical machines to be powered directly from the battery. If three sinusoidal output voltages are generated, machines designed for a three-phase utility network can be modified or modified without modification
Zwischenkomponenten mit der Batterie verbunden werden. Intermediate components are connected to the battery.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung führt eine Batterie mit einer Mehrzahl von zu einem Batteriemodulstrang in Serie geschalteten Batteriemodulen und einer Steuereinheit ein. Jedes Batteriemodul umfasst wenigstens eine Batteriezelle und eine Koppeleinheit, wobei die wenigstens eine Batteriezelle zwischen einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang der Koppeleinheit geschaltet und die Koppeleinheit ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle zwischen ein erstes Terminal des Batteriemoduls und ein zweites Terminal des Batteriemoduls zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin das erste Terminal mit dem zweiten Terminal zu verbinden, so dass eineA second aspect of the invention introduces a battery having a plurality of battery modules connected in series to a battery module string and a control unit. Each battery module comprises at least one battery cell and a coupling unit, wherein the at least one battery cell connected between a first input and a second input of the coupling unit and the coupling unit is formed on a first control signal towards the at least one battery cell between a first terminal of the battery module and a second Terminal of the battery module to switch and on a second control signal to connect the first terminal to the second terminal, so that a
Batteriemodulspannung des Batteriemoduls einen von dem ersten und zweiten Steuersignal abhängigen Spannungswert annimmt. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die ersten und zweiten Steuersignale zu erzeugen und an die Batteriemodule auszugeben und das Verfahren gemäß einem der Battery module voltage of the battery module assumes a voltage dependent on the first and second control signal voltage value. The control unit is configured to generate and output the first and second control signals to the battery modules and to perform the method according to one of
vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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 previous claims. The coupling unit may have a first output and be configured to connect to the first control signal either the first input or the second input to the output. The output is connected to one of the terminals of the battery module and one of the first or second input to the other of the terminals of the battery module. Such
Koppeleinheit kann mit dem Einsatz von nur zwei Schaltern, bevorzugt Coupling unit with the use of only two switches, preferred
Halbleiterschaltern wie MOSFETs oder IGBTs, realisiert werden. Semiconductor switches such as MOSFETs or IGBTs can be realized.
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 Alternatively, the coupling unit may have a first output and a second output and be configured to connect the first input to the first output and the second input to the second output in response to the first control signal. In this case, the coupling unit is also
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. configured to separate the first input from the first output and the second input from the second output and to connect the first output to the second output to the second control signal. This embodiment requires a slightly higher circuit complexity (usually three switches), but decouples the battery cells of the battery module at its two poles, so that switched off in an impending deep discharge or damage to a battery module whose battery cells and thus replaced safely in the continuous operation of the overall arrangement can.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Koppeleinheit einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang umfassen und ausgebildet sein, auf ein erstes Steuersignal hin den ersten Eingang mit dem ersten Ausgang und den zweiten Eingang mit dem zweiten Ausgang zu verbinden und auf ein zweites Steuersignal hin den ersten Eingang mit dem zweiten Ausgang und den zweiten Eingang mit dem ersten Ausgang zu verbinden. Diese Ausführungsform benötigt zwar einen noch etwas höheren Schaltungsaufwand (gewöhnlich vier Schalter oder zwei In a further alternative embodiment, the coupling unit may comprise a first input, a second input, a first output and a second output and configured to connect the first input to the first output and the second input to the second output in response to a first control signal and connect, in response to a second control signal, the first input to the second output and the second input to the first output. Although this embodiment requires a somewhat higher circuit complexity (usually four switches or two
Wechselschalter), besitzt aber den Vorteil, dass eine Ausgangsspannung einer wählbaren Polarität an die Ausgänge der Koppeleinheit beziehungsweise des Batteriemoduls gelegt werden kann. Dadurch können bipolare Changeover switch), but has the advantage that an output voltage of a selectable polarity can be applied to the outputs of the coupling unit or the battery module. This can be bipolar
Ausgangsspannungen erzeugt werden, die bei der gleichbleibenden Anzahl an Batteriemodulen einen doppelt so großen Spannungsbereich abdecken.
Im Extremfall weist jedes Batteriemodul nur eine Batteriezelle oder ausschließlich eine Parallelschaltung von Batteriezellen auf. In diesem Fall kann die Output voltages are generated, covering a twice as large voltage range with the same number of battery modules. In extreme cases, each battery module has only one battery cell or only a parallel connection of battery cells. In this case, the
Ausgangsspannung eines Batteriemodulstranges am feinsten eingestellt werden. Werden, wie allgemein im Rahmen der Erfindung bevorzugt, Output voltage of a battery module string are set the finest. As is generally preferred within the scope of the invention,
Lithium-Ionen-Batteriezellen eingesetzt, welche eine Zellspannung zwischen 2,5 und 4,2 V besitzen, ließe sich die Ausgangsspannung der Batterie entsprechend genau einstellen. Je genauer die Ausgangsspannung der Batterie einstellbar ist, desto kleiner wird auch die Problematik der elektromagnetischen Verträglichkeit, weil die durch den Batteriestrom verursachten Abstrahlungen mit dessen hochfrequenten Anteilen sinken. Dem steht jedoch ein erhöhter Lithium-ion battery cells used, which have a cell voltage between 2.5 and 4.2 V, the output voltage of the battery could be adjusted accordingly. The more accurate the output voltage of the battery is adjustable, the smaller the problem of electromagnetic compatibility, because the radiation caused by the battery current decreases with its high-frequency components. However, this is an elevated
Schaltungsaufwand gegenüber, welcher aufgrund der Vielzahl von eingesetzten Schaltern auch erhöhte Leistungsverluste in den Schaltern der Koppeleinheiten mit sich bringt. Ein dritter Erfindungsaspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Compared to circuitry, which also brings increased power losses in the switches of the coupling units due to the large number of switches used. A third aspect of the invention relates to a motor vehicle with an electric
Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem Drive motor for driving the motor vehicle and one with the
elektrischen Antriebsmotor verbundenen Batterie gemäß dem vorhergehenden Erfindungsaspekt ein. electric drive motor connected battery according to the preceding aspect of the invention.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktional gleichartige Komponenten bezeichnen. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below, wherein like reference numerals designate like or functionally similar components. Show it:
Figur 1 ein elektrisches Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik, 1 shows an electrical drive system according to the prior art,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Batterie gemäß dem Stand der Technik, 2 shows a block diagram of a battery according to the prior art,
Figur 3 eine erste Ausführung einer Koppeleinheit zum Einsatz in der Figure 3 shows a first embodiment of a coupling unit for use in the
erfindungsgemäßen Batterie, battery according to the invention,
Figur 4 eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der ersten Figure 4 shows a possible circuit implementation of the first
Ausführungsform der Koppeleinheit,
Figuren 5 und 6 zwei Ausführungsformen eines Batteriemoduls mit der ersten Ausführungsform der Koppeleinheit, Embodiment of the coupling unit, FIGS. 5 and 6 show two embodiments of a battery module with the first embodiment of the coupling unit,
Figur 7 eine zweite Ausführungsform einer Koppeleinheit zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie, FIG. 7 shows a second embodiment of a coupling unit for use in the battery according to the invention,
Figur 8 eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der zweiten und dritten Ausführungsform der Koppeleinheit, FIG. 8 shows a possible circuit implementation of the second and third embodiments of the coupling unit,
Figur 9 eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der dritten Figure 9 shows a possible circuit implementation of the third
Ausführungsform der Koppeleinheit, Embodiment of the coupling unit,
Figur 10 eine Ausführungsform eines Batteriemoduls mit der zweiten oder dritten Ausführungsform der Koppeleinheit, FIG. 10 shows an embodiment of a battery module with the second or third embodiment of the coupling unit,
Figur 1 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie, FIG. 11 shows a first embodiment of the battery according to the invention,
Figur 12 ein Antriebssystem mit einer weiteren Ausführungsform der FIG. 12 shows a drive system with a further embodiment of the
erfindungsgemäßen Batterie, und battery according to the invention, and
Figur 13 einen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsspannung der Figure 13 shows a time course of an output voltage of
erfindungsgemäßen Batterie sowie Steuersignale für eine Anzahl von battery according to the invention and control signals for a number of
Batteriemodulen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Battery modules according to the inventive method.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 3 zeigt eine erste Ausführung einer Koppeleinheit 30 zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Batterie. Die Koppeleinheit 30 besitzt zwei Eingänge 31 und 32 sowie einen Ausgang 33 und ist ausgebildet, einen der Eingänge 31 oder 32 mit dem Ausgang 33 zu verbinden und den anderen abzukoppeln. FIG. 3 shows a first embodiment of a coupling unit 30 for use in the battery according to the invention. The coupling unit 30 has two inputs 31 and 32 and an output 33 and is designed to connect one of the inputs 31 or 32 to the output 33 and to decouple the other.
Figur 4 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der ersten Ausführungsform der Koppeleinheit 30, bei der ein erster und ein zweiter Schalter 35 beziehungsweise 36 vorgesehen sind. Jeder der Schalter ist zwischen einen der Eingänge 31 beziehungsweise 32 und den Ausgang 33
geschaltet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch beide Eingänge 31 , 32 vom Ausgang 33 abgekoppelt werden können, so dass der Ausgang 33 hochohmig wird, was beispielsweise im Fall einer Reparatur oder Wartung nützlich sein kann. Zudem können die Schalter 35, 36 einfach als FIG. 4 shows a possible circuit implementation of the first embodiment of the coupling unit 30, in which a first and a second switch 35 or 36 are provided. Each of the switches is between one of the inputs 31 and 32 and the output 33 connected. This embodiment has the advantage that both inputs 31, 32 can be decoupled from the output 33, so that the output 33 becomes high-impedance, which may be useful, for example, in the case of repair or maintenance. In addition, the switches 35, 36 simply as
Halbleiterschalter wie z. B. MOSFETs oder IGBTs verwirklicht werden. Semiconductor switches such. As MOSFETs or IGBTs can be realized.
Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und einer hohen Schaltgeschwindigkeit, so dass die Koppeleinheit 30 innerhalb einer geringen Zeit auf ein Steuersignal beziehungsweise eine Änderung des Steuersignals reagieren kann und hohe Umschaltraten erreichbar sind. Gegenüber einem gewöhnlichen Pulswechselrichter, welcher eine gewünschte Spannungsform durch entsprechende Wahl eines Tastverhältnisses zwischen maximaler und minimaler Gleichspannung (Pulsweitenmodulation) erzeugt, besitzt die Erfindung jedoch den Vorteil, dass die Schaltfrequenzen der in den Koppeleinheiten enthaltenen Schalter wesentlich niedriger ist, da prinzipiell jeder Schalter nur einmal je Periode der zu erzeugenden Ausgangsspannung geschlossen und wieder geöffnet wird. Dadurch wird die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert und es können geringere Anforderungen an die Schalter gestellt werden. Semiconductor switches have the advantage of a low price and a high switching speed, so that the coupling unit 30 can respond to a control signal or a change of the control signal within a short time and high switching rates can be achieved. Compared to a conventional pulse inverter, which generates a desired voltage shape by appropriate choice of a duty cycle between maximum and minimum DC voltage (pulse width modulation), the invention has the advantage that the switching frequencies of the switches contained in the coupling units is much lower, as in principle, each switch only once each period of the output voltage to be generated is closed and reopened. As a result, the electromagnetic compatibility (EMC) is improved and it can be made lower demands on the switch.
Die Figuren 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen eines Batteriemoduls 40 mit der ersten Ausführungsform der Koppeleinheit 30. Eine Mehrzahl von Figures 5 and 6 show two embodiments of a battery module 40 with the first embodiment of the coupling unit 30. A plurality of
Batteriezellen 11 ist zwischen die Eingänge der Koppeleinheit 30 in Serie geschaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen 11 beschränkt, es kann auch nur eine einzelne Batteriezelle 1 1 vorgesehen sein oder aber eine Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schaltung von Batteriezellen 1 1. Im Beispiel der Figur 5 sind der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit einem ersten Terminal 41 und der negative Pol der Battery cells 11 is connected between the inputs of the coupling unit 30 in series. However, the invention is not limited to such a series connection of battery cells 11, it can also be provided only a single battery cell 1 1 or a parallel connection or mixed-serial-parallel circuit of battery cells 1 1. In the example of Figure 5, the output of Coupling unit 30 with a first terminal 41 and the negative pole of
Batteriezellen 11 mit einem zweiten Terminal 42 verbunden. Es ist jedoch eine beinahe spiegelbildliche Anordnung wie in Figur 6 möglich, bei der der positive Pol der Batteriezellen 11 mit dem ersten Terminal 41 und der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit dem zweiten Terminal 42 verbunden sind. Battery cells 11 connected to a second terminal 42. However, an almost mirror-image arrangement as in FIG. 6 is possible in which the positive pole of the battery cells 11 is connected to the first terminal 41 and the output of the coupling unit 30 to the second terminal 42.
Figur 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer 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 oder entweder den ersten Eingang 51 mit dem zweiten Ausgang 54 sowie den zweiten Eingang 52 mit dem ersten Ausgang 53 zu verbinden oder aber den ersten Ausgang 53 mit dem zweiten Ausgang 54 zu verbinden (und dabei die Eingänge 51 und/oder 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. FIG. 7 shows a second embodiment of a coupling unit 50 for use in the battery according to the invention. The coupling unit 50 has two inputs 51 and 52 and two outputs 53 and 54. It is formed, either the first input 51 to the first output 53 and the second input 52 to the connect either the first input 51 to the second output 54 and the second input 52 to the first output 53 or to connect the first output 53 to the second output 54 (and thereby the inputs 51 and / or Disconnect 52). In certain embodiments of the coupling unit, this can also be designed to separate both inputs 51, 52 from the outputs 53, 54 and also to decouple the first output 53 from the second output 54. However, it is not intended to connect both the first input 51 to the second input 52.
Figur 8 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der zweiten Ausführungsform 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 geschaltet. FIG. 8 shows a possible circuit implementation of the second embodiment of the coupling unit 50, in which a first, a second and a third switch 55, 56 and 57 are provided. The first switch 55 is connected between the first input 51 and the first output 53, the second switch 56 is connected between the second input 52 and the second output 54 and the third switch 57 between the first output 53 and the second output 54.
Figur 9 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Umsetzung der dritten Figure 9 shows a possible circuit implementation of the third
Ausführungsform der Koppeleinheit 50, bei der ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Schalter 55, 56, 58 und 59 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, der dritte Schalter 58 zwischen den ersten Eingang 51 und den zweiten Ausgang 54 und der vierte Schalter 59 zwischen den zweiten Eingang 52 und den ersten Ausgang 53 geschaltet. Embodiment of the coupling unit 50, in which a first, a second, a third and a fourth switch 55, 56, 58 and 59 are provided. The first switch 55 is connected between the first input 51 and the first output 53, the second switch 56 is between the second input 52 and the second output 54, the third switch 58 between the first input 51 and the second output 54 and the fourth Switch 59 connected between the second input 52 and the first output 53.
Die Ausführungsformen der Figuren 8 und 9 bieten ebenfalls den Vorteil, dass die Schalter 55, 56 und 57 beziehungsweise 55, 56, 58 und 59 einfach als Halbleiterschalter wie z. B. MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field EffectThe embodiments of Figures 8 and 9 also offer the advantage that the switches 55, 56 and 57 and 55, 56, 58 and 59 simply as a semiconductor switch such. B. MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor) oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) verwirklicht werden können. Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und einer hohen Schaltgeschwindigkeit, so dass die Koppeleinheit 50 innerhalb einer geringen Zeit auf ein Steuersignal beziehungsweise eine Änderung des Transistor) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be realized. Semiconductor switches have the advantage of a low price and a high switching speed, so that the coupling unit 50 within a short time to a control signal or a change in the
Steuersignals reagieren kann und hohe Umschaltraten erreichbar sind.
Die Figur 10 zeigt eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 60 mit der zweiten oder dritten Ausführungsform der Koppeleinheit 50. Eine Mehrzahl von Control signal can respond and high switching rates are achievable. FIG. 10 shows an embodiment of a battery module 60 with the second or third embodiment of the coupling unit 50. A plurality of
Batteriezellen 11 ist zwischen die Eingänge einer Koppeleinheit 50 in Serie geschaltet. Auch diese Ausführungsform des Batteriemoduls 60 ist nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen 11 beschränkt, es kann wiederum auch nur eine einzelne Batteriezelle 11 vorgesehen sein oder aber eine Battery cells 11 is connected in series between the inputs of a coupling unit 50. This embodiment of the battery module 60 is not limited to such a series connection of battery cells 11, it may again be provided only a single battery cell 11 or a
Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schaltung von Batteriezellen 1 1. Der erste Ausgang der Koppeleinheit 50 ist mit einem ersten Terminal 61 und der zweite Ausgang der Koppeleinheit 40 mit einem zweiten Terminal 62 verbunden. Das Batteriemodul 60 bietet gegenüber dem Batteriemodul 40 der Figuren 5 undParallel connection or mixed-serial-parallel connection of battery cells 1 1. The first output of the coupling unit 50 is connected to a first terminal 61 and the second output of the coupling unit 40 to a second terminal 62. The battery module 60 offers over the battery module 40 of FIGS
6 entweder den Vorteil, dass die Batteriezellen 11 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 11 die gefährliche hohe Summenspannung der restlichen 6 either the advantage that the battery cells 11 can be disconnected on both sides by the coupling unit 50 of the rest of the battery, which allows a safe replacement during operation, as at any pole of the battery cells 11, the dangerous high sum voltage of the rest
Batteriemodule der Batterie anliegt oder das sowohl die positive als auch die negative Batteriemodulspannung an die Ausgänge geschaltet werden kann. Battery module is applied to the battery or that both the positive and the negative battery module voltage can be connected to the outputs.
Figur 1 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie, welche über n Batteriemodulstränge 70-1 bis 70-n verfügt. Jeder FIG. 11 shows a first embodiment of the battery according to the invention, which has n battery module strings 70-1 to 70-n. Everyone
Batteriemodulstrang 70-1 bis 70-n weist eine Mehrzahl von Batteriemodulen 40 oder 60 auf, wobei vorzugsweise jeder Batteriemodulstrang 70-1 bis 70-n dieselbe Anzahl von Batteriemodulen 40 oder 60 und jedes Batteriemodul 40 oder 60 dieselbe Anzahl von Batteriezellen 1 1 in identischer Weise verschaltet enthält. Ein Pol eines jeden Batteriemodulstranges 70-1 bis 70-n kann mit einem entsprechenden Pol der anderen Batteriemodulstränge 70-1 bis 70-n verbunden sein, was durch eine gestrichelte Linie in Figur 10 angedeutet ist. Generell kann ein Batteriemodulstrang 70-1 bis 70-n jede Zahl von Batteriemodulen 40 oder 60 größer 1 und eine Batterie jede Zahl von Batteriemodulsträngen 70-1 bis 70-n enthalten. Auch können an den Polen der Batteriemodulstränge 70-1 bis 70-n zusätzlich Lade- und Trenneinrichtungen und Trenneinrichtungen wie bei Figur 2 vorgesehen sein, wenn Sicherheitsbestimmungen dies erfordern. Allerdings sind solche Trenneinrichtungen erfindungsgemäß nicht notwendig, weil eine Battery module string 70-1 to 70-n has a plurality of battery modules 40 or 60, preferably each battery module string 70-1 to 70-n the same number of battery modules 40 or 60 and each battery module 40 or 60 the same number of battery cells 1 1 in more identical Contains way interconnected. One pole of each battery module string 70-1 to 70-n may be connected to a corresponding pole of the other battery module strings 70-1 to 70-n, which is indicated by a dashed line in FIG. Generally, one battery module string 70-1 to 70-n may include any number of battery modules 40 or 60 greater than 1 and one battery each number of battery module strings 70-1 to 70-n. Also, at the poles of the battery module strings 70-1 to 70-n, additional charging and disconnecting devices and disconnecting devices may be provided as in FIG. 2, if safety regulations so require. However, such separators are not necessary according to the invention, because a
Abkopplung der Batteriezellen 11 von den Batterieanschlüssen durch die in den Batteriemodulen 40 oder 60 enthaltenen Koppeleinheiten 30 oder 50 erfolgen kann.
Figur 12 zeigt ein Antriebssystem mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie. Im gezeigten Beispiel besitzt die Batterie drei Batteriemodulstränge 70-1 , 70-2 und 70-3, welche jeweils direkt an einen Eingang eines Antriebsmotors 13 angeschlossen sind. Da die meisten verfügbaren Elektromotoren auf einen Betrieb mit drei Phasen ausgelegt sind, besitzt die Batterie der Erfindung bevorzugt genau drei Batteriemodulstränge. Die Batterie der Erfindung besitzt den weiteren Vorzug, dass die Funktionalität eines Pulswechselrichters bereits in die Batterie integriert ist. Indem eine Steuereinheit der Batterie eine variable Anzahl von Batteriemodulen 40 oder 60 eines Decoupling of the battery cells 11 can be done by the battery terminals by the coupling units 30 or 50 contained in the battery modules 40 or 60. FIG. 12 shows a drive system with a further embodiment of the battery according to the invention. In the example shown, the battery has three battery module strings 70-1, 70-2 and 70-3, which are each connected directly to an input of a drive motor 13. Since most available electric motors are designed for three-phase operation, the battery of the invention preferably has exactly three battery module strings. The battery of the invention has the further advantage that the functionality of a pulse inverter is already integrated in the battery. By a control unit of the battery, a variable number of battery modules 40 or 60 of a
Batteriemodulstranges aktiviert (beziehungsweise deaktiviert), steht am Ausgang des Batteriemodulstranges eine zu der Anzahl der aktivierten Batteriemodule 40 oder 60 proportionale Spannung, welche zwischen 0 V und der vollen Battery module string enabled (or disabled), stands at the output of the battery module string to the number of activated battery modules 40 or 60 proportional voltage, which is between 0 V and the full
Ausgangsspannung des Batteriemodulstranges betragen kann, zur Verfügung. Die Steuereinheit verwirklicht dabei das erfindungsgemäße Steuerverfahren, wodurch die Belastungen der Batteriezellen 11 der einzelnen Batteriemodule 40 oder 60 einander möglichst weitgehend angeglichen werden. Output voltage of the battery module string may be available. The control unit realizes the control method according to the invention, whereby the loads of the battery cells 11 of the individual battery modules 40 or 60 are matched to one another as far as possible.
Figur 13 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf einer Ausgangsspannung der erfindungsgemäßen Batterie sowie Steuersignale für eine Anzahl von Batteriemodulen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die FIG. 13 shows an exemplary time profile of an output voltage of the battery according to the invention and control signals for a number of battery modules according to the method according to the invention. The
Ausgangsspannung der Batterie (beziehungsweise eines Batteriemodulstranges) V ist dabei über der Zeit t aufgetragen. Mit dem Bezugszeichen 80-b ist ein für einen beispielhaften Anwendungszweck gewünschter (idealer) Sinus Output voltage of the battery (or a battery module line) V is plotted over the time t. Reference numeral 80-b is a desired (ideal) sine for an exemplary application
aufgetragen, der jedoch nur Spannungswerte größer oder gleich Null aufweist. Der ideale Sinus wird von der erfindungsgemäßen Batterie durch eine wertdiskrete Spannungskurve 80-a näherungsweise erzeugt. Die Abweichungen der wertdiskreten Spannungskurve 80-a von der idealen Kurve 80-b hängen hinsichtlich ihrer Größe von der Anzahl von Batteriezellen 11 ab, die in einem Batteriemodul 40 oder 60 in Serie geschaltet sind. Je weniger Batteriezellen 1 1 in einem Batteriemodul 40 oder 60 in Serie geschaltet sind, desto genauer kann die wertdiskrete Spannungskurve 80-a der idealisierten Kurve 80-b folgen. In üblichen Anwendungen beeinträchtigen die verhältnismäßig geringen applied, but only has voltage values greater than or equal to zero. The ideal sine is approximately generated by the battery according to the invention by a value-discrete voltage curve 80-a. The deviations of the discrete-value voltage curve 80-a from the ideal curve 80-b depend on the size of the number of battery cells 11, which are connected in series in a battery module 40 or 60. The fewer battery cells 1 1 are connected in series in a battery module 40 or 60, the more accurately the value-discrete voltage curve 80-a can follow the idealized curve 80-b. In usual applications, the relatively low affect
Abweichungen die Funktion des Gesamtsystems jedoch nicht. Gegenüber einem herkömmlichen Pulswechselrichter, welcher eine Ausgangsklemme nur mit zwei verschiedenen Potentialen verbinden kann, sind die Abweichungen ohnehin deutlich verringert.
In dem gezeigten Beispiel sind acht Batteriemodule zu einem However, deviations do not affect the function of the overall system. Compared to a conventional pulse inverter, which can connect an output terminal only with two different potentials, the deviations are significantly reduced anyway. In the example shown, eight battery modules are one
Batteriemodulstrang zusammengeschaltet. Die Batteriemodule besitzen eine einheitliche Batteriemodulspannung VM, so dass sich im Diagramm insgesamt neun unterschiedliche Spannungsstufen zwischen 0 V und 8*VM ergeben. Battery module strand interconnected. The battery modules have a uniform battery module voltage V M , so that a total of nine different voltage levels between 0 V and 8 * V M result in the diagram.
Natürlich kann eine sehr viel größere Anzahl von Batteriemodulen eingesetzt werden. Of course, a much larger number of battery modules can be used.
Im unteren Teil des Diagramms sind (binäre) Steuersignale M1 bis M8 für die acht Batteriemodule aufgetragen. Dabei bedeuten ein hoher Spannungspegel dieThe lower part of the diagram shows (binary) control signals M1 to M8 for the eight battery modules. In this case, a high voltage level mean the
Ausgabe eines ersten Steuersignals, das ein gegebenes Batteriemodul aktiviert, und ein niedriger Spannungspegel die Ausgabe eines zweiten Steuersignals, das das gegebene Batteriemodul deaktiviert. Im Beispiel der Figur 13 werden die Batteriemodule in aufsteigender Reihenfolge von dem ersten Batteriemodul (Steuersignal M1) zum letzten Batteriemodul (Steuersignal M8) aktiviert, so dass sich eine steigende Ausgangsspannung 80-a der Batterie ergibt. Die Outputting a first control signal that activates a given battery module and a low voltage level outputting a second control signal that disables the given battery module. In the example of FIG. 13, the battery modules are activated in ascending order from the first battery module (control signal M1) to the last battery module (control signal M8), resulting in an increasing output voltage 80-a of the battery. The
Einschaltzeitpunkte sind dabei so gewählt, dass sich ein sinusförmiger Verlauf ergibt. In den Bereichen um den Nulldurchgang des sinusförmigen Verlaufs, der hier wegen der Tatsache, dass nur positive Batteriespannungen ausgegeben werden, bei der Spannung 4*VM liegt, ist die Steigung im gezeigten Beispiel so groß, dass jeweils zwei Batteriemodule gleichzeitig aktiviert werden. Allerdings kann ein besserer Spannungsverlauf erreicht werden, wenn die Batteriemodule grundsätzlich einzeln aktiviert werden, was jedoch hohe Anforderungen an die zeitliche Auflösung des Steuerverfahrens stellt, weil die Batteriemodule dann in sehr geringem zeitlichen Abstand aktiviert werden. Turn-on times are chosen so that a sinusoidal curve results. In the regions around the zero-crossing of the sinusoidal waveform, which is here due to the fact that only positive battery voltages are output, at the voltage 4 * V M , the slope in the example shown is so large that in each case two battery modules are activated simultaneously. However, a better voltage curve can be achieved if the battery modules are basically activated individually, but this places high demands on the temporal resolution of the control method, because the battery modules are then activated at a very short time interval.
Nach dem die Ausgangsspannung 80-a ihr Maximum mit der Aktivierung des letzten Batteriemoduls (Steuersignal M8) erreicht hat, werden die Batteriemodule in derselben Reihenfolge, in der sie aktiviert wurden, wieder deaktiviert. Als erstes wird also das Steuersignal M 1 auf einen niedrigen Spannungspegel gesetzt, dann folgt das Steuersignal M2 und so weiter. Dadurch wird jedes Batteriemodul eine halbe Periode aktiviert und eine halbe Periode deaktiviert, so dass sich identische Belastungen der einzelnen Batteriemodule ergeben und die Schaltfrequenzen der Schalter der Koppeleinheiten der einzelnen Batteriemodule minimiert werden.
Die Erfindung besitzt außer den bereits genannten Vorteilen die Vorteile einer Reduktion der Anzahl von Hochvoltkomponenten, von Steckverbindungen und bietet die Möglichkeit, ein Kühlsystem der Batterie mit dem des After the output voltage 80-a has reached its maximum with the activation of the last battery module (control signal M8), the battery modules are deactivated in the same order in which they were activated. First, therefore, the control signal M 1 is set to a low voltage level, then the control signal M2 and so on. As a result, each battery module is activated half a period and half a period is deactivated so that identical loads of the individual battery modules result and the switching frequencies of the switches of the coupling units of the individual battery modules are minimized. In addition to the advantages already mentioned, the invention has the advantages of reducing the number of high-voltage components, of plug connections and offers the possibility of a cooling system of the battery with that of the
Pulswechselrichters zu kombinieren, wobei ein Kühlmittel, das zur Kühlung der Batteriezellen eingesetzt wird, anschließend zur Kühlung der Komponenten des Pulswechselrichters (also der Koppeleinheiten 40 oder 60) eingesetzt werden kann, da diese üblicherweise höhere Betriebstemperaturen erreichen und durch das von den Batteriezellen bereits erwärmte Kühlmittel noch hinreichend gekühlt werden können. Zudem wird es möglich, die Steuereinheiten der Batterie und des Pulswechselrichters zu kombinieren und so weiter Aufwand einzusparen. Die Koppeleinheiten bieten ein integriertes Sicherheitskonzept für Pulswechselrichter und Batterie und erhöhen die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Pulse inverter to combine, with a coolant that is used to cool the battery cells, then for cooling the components of the pulse inverter (ie the coupling units 40 or 60) can be used, since these usually reach higher operating temperatures and by the already heated by the battery cells coolant can still be cooled sufficiently. It also makes it possible to combine the control units of the battery and the pulse inverter and so on to save effort. The coupling units offer an integrated safety concept for pulse inverters and battery and increase the reliability and availability of the
Gesamtsystems sowie die Lebensdauer der Batterie. Overall system and battery life.
Ein weiterer Vorteil der Batterie mit integriertem Pulswechselrichter ist, dass sie sehr einfach modular aus einzelnen Batteriemodulen mit integrierter Another advantage of the battery with integrated pulse inverter is that it is very simple modular of individual battery modules with integrated
Koppeleinheit aufgebaut werden kann. Dadurch wird die Verwendung von Gleichteilen (Baukastenprinzip) möglich.
Coupling unit can be constructed. As a result, the use of identical parts (modular principle) is possible.
Claims
Ein Verfahren zur Steuerung einer Batterie mit einer Mehrzahl von zu einem Batteriemodulstrang (70) in Serie geschalteten Batteriemodulen (40, 60), von denen jedes wenigstens eine Batteriezelle (11) und eine Koppeleinheit (30, 50) umfasst, wobei die wenigstens eine Batteriezelle (11) zwischen einen ersten Eingang (31 , 51) und einen zweiten Eingang (32, 52) der A method of controlling a battery having a plurality of battery modules (40, 60) connected in series to a battery module string (70), each comprising at least one battery cell (11) and a coupling unit (30, 50), the at least one battery cell (11) between a first input (31, 51) and a second input (32, 52) of
Koppeleinheit (30, 50) geschaltet und die Koppeleinheit (30, 50) ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle (11) zwischen ein erstes Terminal (41 , 61) des Batteriemoduls (40, 60) und ein zweites Terminal (42, 62) des Batteriemoduls (40, 60) zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin das erste Terminal (41 , 61) mit dem zweiten Terminal (42, 62) zu verbinden, so dass eine Batteriemodulspannung des Batteriemoduls (40, 60) einen von dem ersten und zweiten Steuersignal abhängigen Spannungswert annimmt, das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweisend: Coupling unit (30, 50) connected and the coupling unit (30, 50) is formed on a first control signal towards the at least one battery cell (11) between a first terminal (41, 61) of the battery module (40, 60) and a second terminal (42, 62) of the battery module (40, 60) and to connect the first terminal (41, 61) to the second terminal (42, 62) in response to a second control signal, so that a battery module voltage of the battery module (40, 60 ) assumes a voltage value dependent on the first and second control signals, the method comprising at least the following steps:
Erzeugen einer steigenden Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (70) durch Ausgeben des ersten Steuersignals an eine zunehmende Anzahl von Batteriemodulen (40, 60) während einer ersten Zeitperiode; und Generating a rising output voltage of the battery module string (70) by outputting the first control signal to an increasing number of battery modules (40, 60) during a first time period; and
Erzeugen einer fallenden Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (70) durch Ausgeben des zweiten Steuersignals an eine zunehmende Anzahl von Batteriemodulen (40, 60) während einer auf die erste Zeitperiode folgenden zweiten Zeitperiode, dadurch gekennzeichnet, Generating a falling output voltage of the battery module string (70) by outputting the second control signal to an increasing number of battery modules (40, 60) during a second time period following the first time period, characterized
dass eine erste Reihenfolge von Batteriemodulen (40, 60), in der das erste Steuersignal an die Batteriemodule (40, 60) während der ersten Zeitperiode ausgegeben wird, gleich einer zweiten Reihenfolge von Batteriemodulen (40, 60) ist, in der das zweite Steuersignal an die Batteriemodule (40, 60) während der zweiten Zeitperiode ausgegeben wird. 2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 , bei dem das erste Steuersignal an ein jeweiliges Batteriemodul (40, 60) von einem jeweiligen ersten
Ausgabezeitpunkt während der ersten Zeitperiode kontinuierlich ausgegeben wird, bis an einem jeweiligen zweiten Ausgabezeitpunkt während der zweiten Zeitperiode das zweite Steuersignal an das jeweilige Batteriemodul (40, 60) ausgegeben wird. a first sequence of battery modules (40, 60) in which the first control signal is output to the battery modules (40, 60) during the first time period is equal to a second order of battery modules (40, 60) in which the second control signal is output to the battery modules (40, 60) during the second time period. The method of claim 1, wherein the first control signal is applied to a respective battery module (40, 60) of a respective first battery module (40, 60) Output timing during the first time period is continuously output until at a respective second output time during the second time period, the second control signal to the respective battery module (40, 60) is output.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der erste Ausgabezeitpunkt eines ersten Batteriemoduls (40, 60) vor dem ersten Ausgabezeitpunkt eines zweiten Batteriemoduls liegt und bei dem der zweite Ausgabezeitpunkt des ersten Batteriemoduls (40, 60) vor dem zweiten Ausgabezeitpunkt des zweiten Batteriemoduls liegt. The method of claim 2, wherein the first dispense time of a first battery module (40, 60) is prior to the first dispense time of a second battery module and the second dispense time of the first battery module (40, 60) is prior to the second dispense time of the second battery module.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der erste Ausgabezeitpunkt eines dritten Batteriemoduls (40, 60) gleichzeitig mit dem ersten Ausgabezeitpunkt eines vierten Batteriemoduls ist und bei dem der zweite Ausgabezeitpunkt des dritten Batteriemoduls (40, 60) gleichzeitig mit dem zweiten Ausgabezeitpunkt des vierten Batteriemoduls ist. The method according to claim 2 or 3, wherein the first output timing of a third battery module (40, 60) is simultaneous with the first output timing of a fourth battery module and the second output timing of the third battery module (40, 60) is concurrent with the second Output time of the fourth battery module is.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem ein frühester zweiter Ausgabezeitpunkt der zweiten Ausgabezeitpunkte nach einem spätesten ersten Ausgabezeitpunkt der ersten Ausgabezeitpunkte liegt. The method according to one of claims 2 to 4, wherein an earliest second output time of the second output time is after a latest first time of the first output time.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die steigende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (70) und die fallende Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (70) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. The method according to one of the preceding claims, wherein the rising output voltage of the battery module string (70) and the falling output voltage of the battery module string (70) have a sinusoidal profile.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der sinusförmige Verlauf der Ausgangsspannung eine vorgebbare Frequenz besitzt. The method of claim 6, wherein the sinusoidal waveform of the output voltage has a predetermined frequency.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem eine The method according to one of claims 6 or 7, wherein a
Mehrzahl von sinusförmigen Ausgangsspannungen, bevorzugt drei sinusförmige Ausgangsspannungen, erzeugt werden, wobei jede der sinusförmigen Ausgangsspannungen gegenüber den verbleibenden sinusförmigen Ausgangsspannungen phasenversetzt ist.
Plurality of sinusoidal output voltages, preferably three sinusoidal output voltages, each of the sinusoidal output voltages being out of phase with the remaining sinusoidal output voltages.
9. Eine Batterie mit einer Mehrzahl von zu einem Batteriemodulstrang (70) in Serie geschalteten Batteriemodulen (40, 60), von denen jedes wenigstens eine Batteriezelle (1 1) und eine Koppeleinheit (30, 50) umfasst, wobei die wenigstens eine Batteriezelle (1 1) zwischen einen ersten Eingang (31 , 51) und einen zweiten Eingang (32, 52) der Koppeleinheit (30, 50) geschaltet und die Koppeleinheit (30, 50) ausgebildet ist, auf ein erstes Steuersignal hin die wenigstens eine Batteriezelle (1 1) zwischen ein erstes Terminal (41 , 61) des Batteriemoduls (40, 60) und ein zweites Terminal (42, 62) des 9. A battery having a plurality of battery modules (40) connected in series battery modules (40, 60), each comprising at least one battery cell (1 1) and a coupling unit (30, 50), wherein the at least one battery cell ( 1 1) between a first input (31, 51) and a second input (32, 52) of the coupling unit (30, 50) and the coupling unit (30, 50) is formed, on a first control signal towards the at least one battery cell ( 1 1) between a first terminal (41, 61) of the battery module (40, 60) and a second terminal (42, 62) of the
Batteriemoduls (40, 60) zu schalten und auf ein zweites Steuersignal hin das erste Terminal (41 , 61) mit dem zweiten Terminal (42, 62) zu verbinden, so dass eine Batteriemodulspannung des Batteriemoduls (40, 60) einen von dem ersten und zweiten Steuersignal abhängigen Spannungswert annimmt, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, welche ausgebildet ist, die ersten und zweiten Steuersignale zu erzeugen und an die Batteriemodule (40, 60) auszugeben und das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Battery module (40, 60) to switch and on a second control signal, the first terminal (41, 61) to the second terminal (42, 62) to connect, so that a battery module voltage of the battery module (40, 60) one of the first and second control signal dependent voltage value, characterized by a control unit which is adapted to generate the first and second control signals and output to the battery modules (40, 60) and the method according to one of the preceding
Ansprüche auszuführen. Perform claims.
Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor (13) zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor (13) verbundenen Batterie gemäß dem vorhergehenden Anspruch.
A motor vehicle having an electric drive motor (13) for driving the motor vehicle and a battery connected to the electric drive motor (13) according to the preceding claim.
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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