WO2013072299A2 - Schaltungsanordnung mit gegenphasig arbeitenden ladungspumpen zum aufladen eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

Schaltungsanordnung mit gegenphasig arbeitenden ladungspumpen zum aufladen eines elektrischen energiespeichers Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of charging electrical energy storage.
  • the present invention relates to a circuit arrangement for charging an energy storage cell of an electrical energy store.
  • the present invention further relates to a method for charging an energy storage cell of an electrical energy storage device using a circuit arrangement presented here and to a control device for driving such a circuit arrangement.
  • Lithium ion cells are among the types of electrical energy storage devices with a particularly high energy density, so that this type of energy storage cell has found a very diverse use in recent years.
  • a particularly important area of use in the future is hybrid or electric vehicles, which are powered wholly or partly by electrical energy.
  • a lithium ion energy storage is not only one but a plurality of individual lithium ion energy storage cells, which are connected by a corresponding electrical wiring in series and / or parallel to each other.
  • a serial circuit of several energy sources Gie Eatzellen results in an increased voltage, as add up the individual cell voltages according to the laws of electricity.
  • a parallel connection of multiple energy storage cells can provide a higher current compared to a single energy storage cell.
  • the approximation of the charge or. Discharge state of the individual energy storage cells of an energy storage is usually carried out by means of a suitable electronic monitoring and charging circuit.
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement 300 which realizes an ideal charging concept for a combination of a plurality of serially connected energy storage cells 391, 392, 393, 395. As indicated by the dashed line, the circuitry for any number of energy storage cells can be extended.
  • the circuit arrangement 300 has, for each energy storage cell 391, 392, 393 and 395, a respective voltage source 311, 312, 313 or 315 and in each case one series resistor 321, 322, 323 or 325, each having a resistance Rv.
  • a voltage source and in each case a series resistor for an energy storage cell it can be ensured by means of a comparatively simply constructed circuit arrangement that after complete charging each energy storage cell reaches an identical charge end state.
  • the value Rv of the series resistor limits the initial charging current.
  • a technical realization of the illustrated in Figure 3 ideal charging concept requires very high circuit complexity, which is regularly avoided in practice, so that this charging concept is not applied.
  • the present invention has for its object to develop a charging concept for an energy storage with a plurality of individual energy storage cells, which can be implemented with simple and inexpensive electrical components and which still allows all energy storage cells can be charged to a single charge level.
  • the described circuit arrangement comprises (a) an electrical energy source, (b) a first electrical half-bridge circuit which is coupled to the electrical energy source, (c) a first charge pump which is associated with the first electrical half-bridge circuit, (d) a second electrical half-bridge circuit (f) a first charging port for connecting a first terminal of a first energy storage cell, the first charging port having a negative output of the second charge pump (g) a second charging port for connecting a second terminal of the first energy storage cell, the second charging port having a positive output of the first Charge pump and a positive output of the second charge pump is coupled, and (h) a switching device which is configured to control the two half-bridge circuits in a synchronous manner such that the first charge pump operates in phase opposition to the second charge pump.
  • the described circuit arrangement is based on the finding that a precisely defined voltage difference between the two charging connections can be set in a simple manner by means of two charge pumps operated in antiphase, which is suitable for charging multicellular electrical energy storage cells.
  • charge pump can be understood to mean any electrical or electronic circuit which ensures electrical charge transport as a result of periodic capacitor transfers.
  • the electrical energy source can in particular be a source of voltage.
  • the switching device may comprise a plurality of switching elements, which may be realized, for example, by means of actively controlled transistors, in particular metal-oxide-semiconductor field-effect transistors. Switching frequencies can be, for example, in the range of 10 kHz up to one MHz.
  • the first charge pump has a first capacitor and a first diode pair
  • / or the second charge pump has a second capacitor and a second diode pair.
  • the circuit arrangement further comprises (a) a third charge pump associated with the first half-bridge circuit, (b) a fourth charge pump associated with the second half-bridge circuit, and (c) a third charge port for connecting a second charge Terminal contact of a second energy storage cell, which is connected to a first terminal contact at the second charging port, wherein the third charging port is coupled to a positive output of the third charge pump and to a positive output of the fourth charge pump.
  • each individual energy storage cell can be charged with a single defined voltage source with a fixed internal resistance to a predetermined, uniform charge level. Analogous to the state of charge, an exponentially decreasing current profile is established at each energy storage cell until the cell charge end voltage is reached.
  • the charging characteristic for each individual energy storage cell of a serial cell network of the energy storage to be charged thus corresponds to that of a power supply with a so-called.
  • Constant voltage control with a current-limiting internal resistance The setting of the charge end voltage of all energy storage cells is carried out according to the method described here Embodiment by the determination of the voltage level of the single and common voltage source.
  • the (only) voltage source of the (extended) circuit arrangement described here can have a voltage level that is significantly smaller than the total voltage of the energy store having a plurality of individual energy storage cells.
  • the voltage level need only be slightly higher than the voltage level of a single cell.
  • the two charge pumps of the charge pump pair being arranged or driven in opposite phase can be excluded in a simple way unwanted cross-currents between different energy storage cells.
  • a current load of adjacent energy storage cells can be reliably prevented by the anti-phase operation of the charge pumps.
  • the extended circuit arrangement described here can be expanded with a voltage source, a total of four charge pumps and three charge connections by two additional charge pumps and a further charge connection, so that three or more energy storage cells can be charged at the same time.
  • this must be extended by two charge pumps and a charging connection.
  • one of the two additional charge pumps of the first electrical half-bridge circuit and the other of the two additional charge pumps of the second electrical half-bridge circuit is assigned.
  • the third charge pump has a third capacitor and a third diode pair
  • / or the fourth charge pump has a fourth capacitor and a fourth diode pair.
  • the circuit described can be technically realized in a particularly cost-effective manner.
  • the circuit arrangement can be designed in a simple manner for a variable number of energy storage cells.
  • the first charge pump and the third charge pump are supplied with electrical energy by the electrical energy source exclusively via the switching device and / or the first half-bridge circuit
  • the second charge pump and the fourth charge pump are exclusively supplied by the electrical energy source via the switching device and / or the second half-bridge circuit is supplied with electrical energy.
  • each individual charge pump is assigned exclusively to one of the two half-bridge circuits, so that the circuit arrangement can be realized in a simple layout.
  • the switching device forms a first half-bridge circuit which together with the electrical energy source functionally emits a first square-wave generator and the switching device forms a second half-bridge circuit which, together with the electrical energy source, functionally corresponds to a second rectangular generator.
  • square wave generator in this context can be understood to mean an electronic circuit which is capable of outputting a rectangular voltage curve as a function of time, in which the output voltage always assumes only one of two discrete voltage levels.
  • One voltage level can be zero and the other voltage level can be any given positive voltage value.
  • the electrical energy source is a voltage source providing a constant output voltage. This has the advantage that only one single supply voltage has to be used to realize the entire charging circuit.
  • the voltage source is configured such that the level of the output voltage is adjustable.
  • a method for charging an energy storage cell of an electrical energy storage device using a circuit arrangement according to one of the preceding claims specified.
  • This method comprises (a) connecting the first connection contact of a first energy storage cell to the first charging connection, (b) connecting a second connection contact of the first energy storage cell to the second charging connection and (c) operating the two half-bridge circuits, such that the first charge pump operates synchronously and in phase opposition to the second charge pump.
  • the described method is based on the finding that the above-described simply constructed circuit arrangement can be advantageously used to charge an energy store with at least two energy storage cells to a predetermined state of charge.
  • an electrical energy store is charged with at least two energy storage cells.
  • two charge pumps are operated in pairs in parallel in order to charge one of the energy storage cells.
  • control device for a switching device of the type described above is described.
  • the control device is set up to control the switching device such that the method described above for charging an energy storage cell can be carried out.
  • Figure la shows an ideal charging concept for an energy storage cell of an electrical energy storage.
  • Figure lb shows a schematic representation of the realization of the ideal charging concept shown in Figure la by means of a circuit arrangement comprising two square-wave generators and two mutually-operating half-bridges, each having a charge pump.
  • Figure lc shows a concrete realization of the in Figure lb
  • circuit arrangement u.a. by means of a four switch having switching device.
  • FIG. 2 a shows an ideal charging concept for a plurality of serially connected energy storage cells of an electrical energy store.
  • Figure 2b shows according to a preferred embodiment of the
  • the invention relates to a circuit arrangement with which the ideal charging concept shown in FIG. 2a for a plurality of serially connected energy storage cells of an electrical energy store is based on simple apparatus
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement which realizes an ideal charging concept for a combination of a plurality of serially connected energy storage cells.
  • FIG. 1 a shows an ideal charging concept for an energy storage cell 191 of an electrical energy store.
  • the ideal charging concept is realized by means of a circuit arrangement 100a which has a voltage source 111 which provides a predetermined time-constant voltage Uz and a series resistor 121 which has a resistance value Rv. If the energy storage cell 191 connected to the two single free ends of the circuit 100a, then flows a charging Ström, whose initial current level depends on the resistance value Rv. When fully charged energy storage cell 191, the charging current comes to a standstill and is zero.
  • FIG. 1b shows a schematic representation of the realization of the ideal charging concept shown in FIG. 1a by means of a circuit arrangement 100b.
  • the circuit arrangement 100b has two square-wave generators 132 and 137 and two charge pumps 131 and 136.
  • the charge pump 131 is supplied with electric power from the rectangular generator 132
  • the charge pump 136 is supplied with electric power from the rectangular generator 137.
  • the first charge pump 131 has a capacitor 133 and two series-connected diodes 134a and 134b.
  • the second charge pump 136 has a capacitor 138 and two diodes 139a and 139b connected in series.
  • the second charge pump 136 transfers electrical charge to a first charge connection 171 and the first charge pump transfers electrical charge to a second charge connection 172.
  • the energy storage cell 191 to be charged can be connected to the two charge connections 171 and 172.
  • each of the two charge pumps 131 and 136 is assigned to an electrical half-bridge or half-bridge circuit of the circuit arrangement 100b. As a result, the two charge pumps 131 and 136 operate synchronously and in opposite phase to each other.
  • FIG. 1c shows a circuit arrangement 100c which represents a concrete realization of the circuit arrangement 100b shown in FIG. 1b.
  • the two square-wave generators are realized by (a) a voltage source 110 and by a switching device connected downstream of a voltage source 110, which has four switches S1, S2, S3 and S4. Compared to the voltage source 111 of the ideal charging concept, which voltage source 111 provides a voltage Uz (see FIG.
  • FIG. 2 a shows a circuit arrangement 200 a, which represents an ideal charging concept for three serially connected energy storage cells 29 1, 29 2 and 29 3 of an electrical energy store.
  • the circuit arrangement 200a represents a logical extension of the circuit arrangement 100a shown in FIG. 1a and can be further expanded as required so that four or more energy storage cells can be charged at the same time.
  • the circuit arrangement 200a has three series-connected voltage sources 211, 212 and 213, which each provide a voltage Uz.
  • the circuit arrangement 200a furthermore has three series resistors 221, 222 and 223, each with a resistance value Rv.
  • a contact of the voltage source 211 represents a first charging connection 271.
  • a second charging connection 272 is located at the resistor 221, which is connected to the two voltage sources 211 and 212.
  • a third charging port 273 is located at the resistor 222, which is connected to the two voltage sources 212 and 213.
  • a fourth charging port 274 is located at the resistor 223, which is connected to the voltage source 213.
  • FIG. 2b shows, according to a preferred exemplary embodiment of the invention, a circuit arrangement 200b, with which the ideal charging concept shown in FIG. 2a for three serially connected energy storage cells 291, 292 and 293 of an electrical charging system
  • the circuit 200b has compared to the
  • Circuitry 200a only on a voltage source 210, which provides a voltage Uz * ready. Again, the voltage Uz * is two times a diode forward voltage Ud is greater than the voltage Uz.
  • a switching device which has four mutually operable switches Sl, S2, S3 and S4 is the voltage source 210 downstream. The switching device has two outputs which are each assigned to a half-bridge circuit. From each of the two half-bridge circuits in each case three charge pumps are fed. As can be seen from FIG. 2b, a first charge pump 231, a third charge pump 241 and a fifth charge pump 251 are connected to a first half-bridge circuit. At the other second half-bridge circuit, a second charge pump 236, a fourth charge pump 246 and a sixth charge pump 256 are connected.
  • the first charge pump 231 has a capacitor 233 and a first diode pair with two diodes 234a and 234b.
  • the second charge pump 236 has a capacitor 238 and a second diode pair with two diodes 239a and 239b.
  • the third charge pump 241 has a capacitor 243 and a third diode pair with two diodes 244a and 244b.
  • the fourth charge pump 246 has a capacitor 248 and a fourth diode pair with two diodes 249a and 249b.
  • the fifth charge pump 251 has a capacitor 253 and a fifth diode pair with two diodes 254a and 254b.
  • the sixth charge pump 256 has a capacitor 258 and a sixth diode pair with two diodes 259a and 259b.
  • the circuit arrangement 200b can also be expanded so that not only three but simultaneously four or more energy storage cells can be charged.
  • the additional expense of components for expanding the circuit arrangement for a further energy storage cell is a total of only two pairs of diodes and two capacitors.
  • An electrical energy store or a battery typically consists of a series of n interconnected energy storage cells or battery cells.
  • each of the n voltage sources required for optimized and uniform charging is realized in each case by two charge pumps, each of which represents a voltage source with an associated internal resistance.
  • Each charge pump includes a capacitor and two series-connected diodes. All "2 xn" charge pumps are powered by only two synchronous and antiphase running square wave generators. The square wave generators ideally operate in the form of half bridges from a single DC source. As already mentioned above, with the diode forward voltage Ud the required amplitude Uz * of this DC voltage source Uz + (2 ⁇ Ud).
  • the circuit arrangement 220b described here has the advantage that a cost-intensive configuration of an energy store having a plurality of energy storage cells with electronic equalization circuits (so-called balancing electronics) is not required.
  • balancing electronics electronic equalization circuits

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (200b) zum Laden einer Energiespeicherzelle (291) eines elektrischen Energiespeichers beschrieben. Die Schaltungsanordnung weist auf (a) eine elektrische Energieguelle (210), (b) eine erste elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der elektrischen Energieguelle gekoppelt ist, (c) eine erste Ladungspumpe (231), welche der ersten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, (d) eine zweite elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der Energieguelle gekoppelt ist, (e) eine zweite Ladungspumpe (236), welche der zweiten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, (f) einen ersten Ladeanschluss (271) zum Anschließen eines ersten Anschlusskontakts einer ersten Energiespeicherzelle (291), wobei der erste Ladeanschluss mit einem negativen Ausgang der zweiten Ladungspumpe gekoppelt ist, (g) einen zweiten Ladeanschluss (272) zum Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts der ersten Energiespeicherzelle, wobei der zweite Ladeanschluss mit einem positiven Ausgang der ersten Ladungspumpe gekoppelt ist, und (h) eine Schalteinrichtung (S1, S2, S3, S4), welche als zweifache Halbbrückenschaltung derart konfiguriert ist, die erste Ladungspumpe gegenphasig zu der zweiten Ladungspumpe arbeiten zu lassen. Es wird ferner ein Verfahren zum Laden einer Energiespeicherzelle unter Verwendung einer derartigen Schaltungsanordnung sowie eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern einer derartigen Schaltungsanordnung beschrieben.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung mit gegenphasig arbeitenden Ladungspumpen zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Ladens von elektrischen Energiespeichern. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Schaltungsanordnung zum Laden einer Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Laden einer Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers unter Verwendung einer hier vorgestellten Schaltungsanordnung sowie eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern einer derartigen Schaltungsanordnung.
Lithium Ionen Zellen (insbesondere sog. Lithium-Polymerzellen ) zählen zu den Typen von elektrischen Energiespeichern mit einer besonders hohen Energiedichte, so dass diese Art von Energiespeicherzellen in den letzten Jahren eine sehr vielfältige Verwendung gefunden hat. Ein in Zukunft besonders bedeutender Verwendungsbereich sind Hybrid- oder E lektrofahr z euge , welche ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden.
Aufgrund vielfacher Erfahrungen nach Unfällen, die auf ein unsachgemäßes Laden dieser Art von elektrischen Energiespeichern (auch Akkumulatoren genannt) zurückgeführt werden konnten, hat man erkannt, dass eine ausgereifte und zuverlässige Ladetechnik für eine hohe Betriebssicherheit von elektrischen Energiespeichern von großer Bedeutung ist.
Typischerweise besteht ein Lithium Ionen Energiespeicher nicht nur aus einer sondern aus einer Mehrzahl von einzelnen Lithium Ionen Energiespeicherzellen, die durch eine entsprechende elektrische Verdrahtung seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Eine serielle Schaltung von mehreren Ener- giespeicherzellen ergibt dabei eine erhöhte Spannung, da sich entsprechend den Gesetzen der Elektrizitätslehre die einzelnen Zellspannungen addieren. Eine parallele Schaltung von mehreren Energiespeicherzellen kann im Vergleich zu einer einzelnen Energiespeicherzelle einen höheren Strom bereitstellen.
Um eine lange Lebensdauer eines aus mehreren Energiespeicherzellen bestehenden Energiespeichers zu gewährleisten, ist es erforderlich, den Ladungs-bzw. Entladungszustand der einzelnen Energiespeicherzellen möglichst in jedem Betriebszustand aneinander anzugleichen. Die Erreichung dieses Ziels gewinnt besonders an Gewicht in dem Maße wie neue Typen von Energiespeichern mit steigender Energiespeicherdichte auch höhere Sicherheitsanforderungen stellen .
Die Angleichung des Ladungs-bzw. Entladungs zustandes von den einzelnen Energiespeicherzellen eines Energiespeichers erfolgt üblicherweise mittels einer geeigneten elektronischen Über- wachungs- und Ladeschaltung.
Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung 300, welche ein ideales Ladekonzept für einen Verbund aus mehreren seriell geschalteten Energiespeicherzellen 391, 392, 393, 395 verwirklicht . Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, kann die Schaltungsanordnung für eine beliebige Anzahl von Energiespeicherzellen erweitert werden .
Die Schaltungsanordnung 300 weist für jede Energiespeicherzelle 391, 392, 393 und 395 jeweils eine Spannungsguelle 311, 312, 313 oder 315 sowie jeweils einen Vorwiderstand 321, 322, 323 oder 325 mit jeweils einem Widerstand Rv auf. Durch die Verwendung von jeweils einer Spannungsguelle und jeweils einem Vorwiderstand für eine Energiespeicherzelle kann durch eine vergleichsweise einfach aufgebaute Schaltungsanordnung gewährleistet werden, dass nach einer vollständigen Aufladung jede Energiespeicherzelle einen identischen Ladeendzustand erreicht. Der Wert Rv des Vorwiderstandes begrenzt dabei den anfänglichen Ladestrom. Eine technische Realisierung des in Figur 3 illustrierten idealen Ladekonzepts erfordert jedoch sehr hohen schaltungstechnischen Aufwand, der in der Praxis regelmäßig vermieden wird, so dass dieses Ladekonzept nicht angewendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladekonzept für einen Energiespeicher mit einer Mehrzahl von einzelnen Energiespeicherzellen zu entwickeln, welches mit einfachen und preiswerten elektrischen Bausteinen realisiert werden kann und welches trotzdem ermöglicht, dass alle Energiespeicherzellen auf ein einheitliches Ladeniveau aufgeladen werden können .
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Laden einer Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers für ein Hybrid- oder ein Elektrofahr zeug, beschrieben. Die beschriebene Schaltungsanordnung weist auf (a) eine elektrische Energieguelle, (b) eine erste elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der elektrischen Energieguelle gekoppelt ist, (c) eine erste Ladungspumpe, welche der ersten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, (d) eine zweite elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der elektrischen Energieguelle gekoppelt ist, (e) eine zweite Ladungspumpe, welche der zweiten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, (f) einen ersten Ladeanschluss zum Anschließen eines ersten Anschlusskontakts einer ersten Energiespeicherzelle, wobei der erste Ladeanschluss mit einem negativen Ausgang der zweiten Ladungspumpe gekoppelt ist, (g) einen zweiten Ladeanschluss zum Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts der ersten Energiespeicherzelle, wobei der zweite Ladeanschluss mit einem positiven Ausgang der ersten Ladungspumpe und einem positiven Ausgang der zweiten Ladungspumpe gekoppelt ist, und (h) eine Schalteinrichtung, welche konfiguriert ist, die beiden Halbbrückenschaltungen in synchroner Weise derart anzusteuern, dass die erste Ladungspumpe gegenphasig zu der zweiten Ladungspumpe arbeitet .
Der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch zwei gegenphasig betriebene Ladungspumpen auf einfache Weise eine genau definierte Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ladeanschlüssen eingestellt werden kann, welche sich zum Laden von mehrzelligen elektrischen Energiespeicherzellen eignet.
Unter dem Begriff "Ladungspumpe" kann dabei jede beliebige elektrische bzw. elektronische Schaltung verstanden werden, welche einen elektrischen Ladungstransport in Folge von periodischen Kondensatorumladungen gewährleistet.
Die elektrische Energieguelle kann insbesondere eine Span- nungsguelle sein.
Die Schalteinrichtung kann eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweisen, welche beispielsweise mittels aktiv gesteuerter Transistoren, insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren realisiert sein können. Schaltfreguenzen können beispielsweise im Bereich von 10 kHz bis zu einem MHz liegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Ladungspumpe einen ersten Kondensator und ein erstes Diodenpaar auf und/oder die zweite Ladungspumpe weist einen zweiten Kondensator und ein zweites Diodenpaar auf. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Ladungspumpen mit einfachen diskreten Bauelementen realisiert werden können. Die Realisierung der beschriebenen Schaltungsanordnung kann ohne aufwendige digitale Elektronikbausteine mit einem einfachen analogen Schaltungskonzept vorgenommen werden. Die beiden Diodenpaare, welche jeweils zwei seriell gekoppelte Dioden mit einem zentralen Mittenanschluss sein können, können bevorzugt mittels einer sog. Doppeldiode realisiert werden. Ihre Verwendung erleichtert und vereinfacht zusätzlich das Schaltungsaufkommen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schaltungsanordnung ferner auf (a) eine dritte Ladungspumpe, welche der ersten Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, (b) eine vierte Ladungspumpe, welche der zweiten Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, und(c) einen dritten Ladeanschluss zum Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts einer zweiten Energiespeicherzelle, welche mit einem ersten Anschlusskontakt an dem zweiten Ladeanschluss angeschlossen ist, wobei der dritte Ladeanschluss mit einem positiven Ausgang der dritten Ladungspumpe und mit einem positiven Ausgang der vierten Ladungspumpe gekoppelt ist.
Durch die um die dritte und vierte Ladungspumpe sowie um den dritten Ladeanschluss erweiterte Schaltungsanordnung können zwei einzelne Energiespeicherzellen unabhängig von ihrer unterschiedlichen Ausgangslage (verschiedener Ladewiderstand, unterschiedlicher Innenwiderstand, verschiedene Kapazitäten etc. ) auf einfache Weise und unter Verwendung von lediglich einer einzigen gemeinsamen Spannungsquelle auf ein einheitliche Spannungsniveau aufgeladen werden .
Bei der hier beschriebenen (erweiterten) Schaltungsanordnung kann jede einzelne Energiespeicherzelle mit einer einzigen definierten Spannungsquelle mit einem festen Innenwiderstand auf ein vorgegebenes, einheitliches Ladeniveau aufgeladen werden. Analog zum Ladezustand stellt sich bis zum Erreichen der Zellladeschlussspannung an jeder Energiespeicherzelle zeitlich jeweils ein exponentiell abnehmender Stromverlauf ein. Die Ladecharakteristik für jede einzelne Energiespeicherzelle eines seriellen Zellenverbundes des aufzuladenden Energiespeichers entspricht damit der eines Netzgerätes mit einer sog.
Konstantspannungsregelung mit einem strombegrenzenden Innenwiderstand. Die Einstellung der Ladeendspannung sämtlicher Energiespeicherzellen erfolgt gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Festlegung des Spannungspegels der einzigen und gemeinsamen Spannungsguelle .
Es wird darauf hingewiesen, dass die (einzige) Spannungsguelle der hier beschriebenen (erweiterten) Schaltungsanordnung einen Spannungspegel haben kann, der deutlich kleiner ist als die Gesamtspannung des mehrere einzelne Energiespeicherzellen aufweisenden Energiespeichers. Bei identischen in Serie geschalteten Energiespeicherzellen muss der Spannungspegel nur geringfügig höher sein als der Spannungspegel einer einzelnen Zelle. Im Gegensatz zu bekannten Ladekonzepten ist es also nicht erforderlich, dass zum Laden eines Energiespeichers mit n in Serie geschalteten einzelnen Energiespeicherzellen eine Spannung bereitgestellt werden muss, deren Pegel zumindest geringfügig höher ist als n mal die Zellspannung jeder einzelner Energiespeicherzelle. Durch die Möglichkeit die beschriebene (erweiterte) Schaltungsanordnung mit einer einzigen Spannungsguelle mit einem Spannungspegel, der lediglich geringfügig größer ist als die Zellspannung einer einzelnen Energiespei- cherzelle, zu betreiben, können somit auch Energieguellen im Niedrigspannungsbereich verwendet werden, so dass die Vielseitigkeit der Anwendung der beschriebenen (erweiterten) Schaltungsanordnung besonders hoch ist. Mit der hier beschriebenen (erweiterten) Schaltungsanordnung kann immer eine optimale Ladung des Energiespeichers unter Berücksichtigung jeder einzelnen Energiespeicherzelle gewährleistet werden. Ferner ist eine aufwendige Temperaturüberwachung jeder Energiespeicherzelle nicht erforderlich. Durch die Wahl des Innenwiderstands der gemeinsamen Spannungsguelle kann die Ladeleistung auf einfache und effektive Weise eingestellt werden. Die Einstellung der Ladeschlussspannung kann einfach über die einzige gemeinsame Spannungsguelle erfolgen.
Durch die Verwendung von jeweils einem Paar von Ladungspumpen für eine Energiespeicherzelle, wobei die beiden Ladungspumpen des Ladungspumpenpaares gegenphasig angeordnet bzw. angesteuert werden, können auf einfache Weise unerwünschte Querströme zwischen verschiedenen Energiespeicherzellen ausgeschlossen werden. Eine Strombelastung von benachbarten Energiespeicherzellen kann durch den gegenphasigen Betrieb der Ladungspumpen zuverlässig vermieden werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene erweiterte Schaltungsanordnung mit einer Spannungsguelle, insgesamt vier Ladungspumpen und drei Ladeanschlüssen um jeweils zwei weitere Ladungspumpen und einen weiteren Ladeanschluss erweitert werden kann, so dass gleichzeitig drei oder mehr Energiespeicherzellen aufgeladen werden können. Für jede weitere Energiespeicherzelle, die mit der Schaltungsanordnung aufgeladen werden soll, muss diese um jeweils zwei Ladungspumpen und einen Ladeanschluss erweitert werden. Dabei ist eine der beiden zusätzlichen Ladungspumpen der ersten elektrischen Halbbrückenschaltung und die andere der beiden zusätzlichen Ladungspumpen der zweiten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die dritte Ladungspumpe einen dritten Kondensator und ein drittes Diodenpaar auf und/oder die vierte Ladungspumpe weist einen vierten Kondensator und ein viertes Diodenpaar auf. Dies hat den Vorteil, dass auch die beiden weiteren Ladungspumpen mit einheitlichen, einfachen elektronischen Bauelementen realisiert werden können. Die beschriebene Schaltungsanordnung kann demzufolge mit einem schaltungstechnischen Design realisiert werden, welches konstruktiv besonders einfach ist und ausschließlich diskrete elektronische Bauteile erfordert.
Aufgrund der Verwendung von einfachen elektronischen Standardkomponenten kann die beschriebene Schaltungsanordnung auf besonders kostengünstige Weise technisch realisiert werden. Außerdem kann die Schaltungsanordnung auf einfache Weise für eine variable Anzahl von Energiespeicherzellen ausgelegt werden. Zur Realisierung der beschriebenen Schaltungsanordnung ist weder ein Prozessor noch eine Software bzw. deren Programmierung erforderlich . Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die erste Ladungspumpe und die dritte Ladungspumpe von der elektrischen Energieguelle ausschließlich über die Schalteinrichtung und/oder die erste Halbbrückenschaltung mit elektrischer Energie versorgt und die zweite Ladungspumpe und die vierte Ladungspumpe werden von der elektrischen Energieguelle ausschließlich über die Schalteinrichtung und/oder die zweite Halbbrückenschaltung mit elektrischer Energie versorgt. Damit ist jede einzelne Ladungspumpe ausschließlich einer der beiden Halbbrückenschaltungen zugeordnet, so dass die Schaltungsanordnung in einem einfachen Layout realisiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet die Schalteinrichtung eine erste Halbbrückenschaltung, die zusammen mit der elektrischen Energieguelle funktional einem ersten Rechteckgenerator entsprieht und die Schalteinrichtung bildet eine zweite HalbbrückenSchaltung, die zusammen mit der elektrischen Energieguelle funktional einem zweiten Recht- eckgenerator entspricht.
Unter dem Begriff "Rechteckgenerator" kann in diesem Zusammenhang eine elektronische Schaltung verstanden werden, welche in der Lage ist, als Funktion der Zeit einen rechteckigen Spannungsverlauf auszugeben, bei dem die Ausgangsspannung immer nur einen von zwei diskreten Spannungspegeln annimmt. Dabei kann ein Spannungspegel Null und der andere Spannungspegel ein beliebiger vorgegebener positiver Spannungswert sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Energieguelle eine konstante Ausgangsspannung bereitstellende Spannungsguelle . Dies hat den Vorteil, dass zur Realisierung der gesamten Ladeschaltung nur auf eine einzige Versorgungsspannung zurückgegriffen werden muss.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spannungsguelle derart konfiguriert, dass der Pegel der Ausgangsspannung einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Endladezustand für alle Typen von Energiespeicherzellen je nach speziellem Anwendungsfall einfach durch eine geeignete Justierung des Pegels der Ausgangsspannung adaptierbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden einer Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers für ein Hybrid- oder ein Elektrofahr zeug, unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche angegeben. Dieses Verfahren weist auf (a) ein Anschließen des ersten Anschlusskontakts einer ersten Energiespeicherzelle an den ersten Ladeanschluss, (b) ein Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts der ersten Energiespeicherzelle an den zweiten Ladeanschluss und (c) ein Betreiben der beiden Halbbrückenschaltungen, so dass die erste Ladungspumpe synchron und ge- genphasig zu der zweiten Ladungspumpe arbeitet.
Dem beschrieben Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene einfach aufgebaute Schaltungsanordnung auf vorteilhafte Weise dazu verwendet werden kann, einen Ener- giespeicher mit zumindest zwei Energiespeicherzellen auf einen vorgegebenen Ladezustand aufzuladen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein elektrischer Energiespeicher mit zumindest zwei Energiespei- cherzellen aufgeladen. Dabei werden jeweils zwei Ladungspumpen paarweise parallel betrieben, um eine der Energiespeicherzellen zu laden .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steue- rungseinrichtung für eine Schalteinrichtung des oben beschriebenen Typs beschrieben. Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung eingerichtet, die Schalteinrichtung derart anzusteuern, dass das oben beschriebene Verfahren zum Laden einer Energiespeicherzelle ausführbar ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur la zeigt ein ideales Ladekonzept für eine Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers.
Figur lb zeigt eine schematische Darstellung der Realisierung des in Figur la gezeigten idealen Ladekonzepts mittels einer Schaltungsanordnung, welche zwei Rechteckgeneratoren und zwei gegenseitig arbeitende Halbbrücken aufweist, die jeweils eine Ladungspumpe aufweisen .
Figur lc zeigt eine konkrete Realisierung der in Figur lb
gezeigten Schaltungsanordnung u.a. mittels einer vier Schalter aufweisenden Schalteinrichtung.
Figur 2a zeigt ein ideales Ladekonzept für mehrere seriell geschaltete Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichers.
Figur 2b zeigt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung eine Schaltungsanordnung, mit der das in Figur 2a gezeigte ideale Ladekonzept für mehrere seriell geschaltete Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichers auf apparativ einfache
Weise realisiert ist. Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche ein ideales Ladekonzept für einen Verbund aus mehreren seriell geschalteten Energiespeicherzellen verwirklicht. Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugs zeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Kom- ponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung dar- stellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Figur la zeigt ein ideales Ladekonzept für eine Energiespeicherzelle 191 eines elektrischen Energiespeichers. Das ideale Ladekonzept ist mittels einer Schaltungsanordnung 100a reali- siert, welche eine Spannungsguelle 111, die eine vorgegebene zeitlich konstante Spannung Uz bereit stellt, und einen Vorwiderstand 121 aufweist, welcher eine Widerstandswert Rv hat . Wird die Energiespeicherzelle 191 an die beiden einzig freien Enden der Schaltungsanordnung 100a angeschlossen, dann fließt ein Lade- ström, dessen anfänglicher Strompegel von dem Widerstandswert Rv abhängt. Bei voll aufgeladener Energiespeicherzelle 191 kommt der Ladestrom zum Erliegen und wird Null. Figur lb zeigt eine schematische Darstellung der Realisierung des in Figur la gezeigten idealen Ladekonzepts mittels einer Schaltungsanordnung 100b. Die Schaltungsanordnung 100b weist zwei Rechteckgeneratoren 132 und 137 und zwei Ladungspumpen 131 und 136 auf. Die Ladungspumpe 131 wird von dem Rechteckgenerator 132 mit elektrischer Energie versorgt und die Ladungspumpe 136 wird von dem Rechteckgenerator 137 mit elektrischer Energie versorgt . Wie aus Figur lb ersichtlich, weist die erste Ladungspumpe 131 einen Kondensator 133 und zwei in Serie geschaltete Dioden 134a und 134b auf. Entsprechend weist die zweite Ladungspumpe 136 einen Kondensator 138 und zwei in Serie geschaltete Dioden 139a und 139b auf. Die zweite Ladungspumpe 136 transferiert elektrische Ladung zu einem ersten Ladeanschluss 171 und die erste Ladungspumpe transferiert elektrische Ladung zu einem zweiten Ladeanschluss 172. An die beiden Ladungsanschlüsse 171 und 172 ist die aufzuladende Energiespeicherzelle 191 anschließbar .
Wie aus Figur lb ersichtlich, ist jede der beiden Ladungspumpen 131 und 136 jeweils einer elektrischen Halbbrücke oder Halbbrückenschaltung der Schaltungsanordnung 100b zugeordnet. Dadurch arbeiten die beiden Ladungspumpen 131 und 136 zueinander synchron und gegenphasig.
Figur lc zeigt eine Schaltungsanordnung 100c, welche eine konkrete Realisierung der in Figur lb gezeigten Schaltungsanordnung 100b darstellt. Wie aus einem Vergleich der beiden Figuren lc und lb ersichtlich, sind die beiden Rechteckgeneratoren durch (a) eine Spannungsguelle 110 und durch eine der eine Spannungsguelle 110 nachgeschalteten Schalteinrichtung realisiert, welche vier Schalter Sl, S2, S3 und S4 aufweist. Im Vergleich zu der Spannungsguelle 111 des idealen Ladekonzepts, welche Spannungsguelle 111 eine Spannung Uz bereitstellt (siehe Figur la) , stellt die Spannungsguelle 110 eine Spannung Uz* bereit, welche um Zwei mal die Diodendurchlassspannung Ud der Dioden 134a, 134b, 139a, 139b größer ist als die Spannung Uz (Uz* = Uz + 2 x Ud) .
Figur 2a zeigt eine Schaltungsanordnung 200a, welche ein ideales Ladekonzept für drei seriell geschaltete Energiespeicherzellen 291, 292 und 293 eines elektrischen Energiespeichers darstellt. Die Schaltungsanordnung 200a stellt eine logische Erweiterung der in Figur la dargestellten Schaltungsanordnung 100a dar und kann bei Bedarf weiter erweitert werden, so dass gleichzeitig vier oder mehr Energiespeicherzellen aufgeladen werden können.
Die Schaltungsanordnung 200a weist drei in Serie geschaltete Spannungsguellen 211, 212 und 213 auf, die jeweils eine Spannung Uz bereit stellen. Die Schaltungsanordnung 200a weist ferner drei Vorwiderstände 221, 222 und 223 mit jeweils einem Widerstandwert Rv auf. Wie aus Figur 2a ersichtlich, stellt ein Kontakt der Spannungsguelle 211 einen ersten Ladeanschluss 271 dar. Ein zweiter Ladeanschluss 272 befindet sich an dem Widerstand 221, welcher mit den beiden Spannungsguellen 211 und 212 verbunden ist. Ein dritter Ladeanschluss 273 befindet sich an dem Widerstand 222, welcher mit den beiden Spannungsguellen 212 und 213 verbunden ist. Ein vierter Ladeanschluss 274 befindet sich an dem Widerstand 223, welcher mit der Spannungsguelle 213 verbunden ist.
Figur 2b zeigt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung 200b, mit der das in Figur 2a gezeigte ideale Ladekonzept für drei seriell geschaltete Energiespeicherzellen 291, 292 und 293 eines elektrischen
Energiespeichers auf apparativ einfache Weise realisiert ist.
Die Schaltungsanordnung 200b weist im Vergleich zu der
Schaltungsanordnung 200a nur noch eine Spannungsguelle 210 auf, welche eine Spannung Uz* bereit stellt . Auch hier ist die Spannung Uz* um Zwei mal eine Diodendurchlassspannung Ud größer ist als die Spannung Uz. Eine Schalteinrichtung, welche vier wechselseitig betreibbare Schalter Sl, S2, S3 und S4 aufweist, ist der Spannungsquelle 210 nachgeschaltet. Die Schalteinrichtung weist zwei Ausgänge auf, die jeweils einer Halbbrückenschaltung zugeordnet sind. Von jeder der beiden Halbbrückenschaltungen werden jeweils drei Ladungspumpen gespeist. Wie aus Figur 2b ersichtlich, sind an einer ersten Halbbrückenschaltung eine erste Ladungspumpe 231, eine dritte Ladungspumpe 241 und eine fünfte Ladungspumpe 251 angeschlossen. An der anderen zweiten Halbbrückenschaltung sind eine zweite Ladungspumpe 236, eine vierte Ladungspumpe 246 und eine sechste Ladungspumpe 256 angeschlossen.
Die erste Ladungspumpe 231 weist einen Kondensator 233 und ein erstes Diodenpaar mit zwei Dioden 234a und 234b auf. Die zweite Ladungspumpe 236 weist einen Kondensator 238 und ein zweites Diodenpaar mit zwei Dioden 239a und 239b auf. Die dritte Ladungspumpe 241 weist einen Kondensator 243 und ein drittes Diodenpaar mit zwei Dioden 244a und 244b auf. Die vierte Ladungspumpe 246 weist einen Kondensator 248 und ein viertes Diodenpaar mit zwei Dioden 249a und 249b auf. Die fünfte La- dungspumpe 251 weist einen Kondensator 253 und ein fünftes Diodenpaar mit zwei Dioden 254a und 254b auf. Die sechste Ladungspumpe 256 weist einen Kondensator 258 und ein sechstes Diodenpaar mit zwei Dioden 259a und 259b auf. Auch die Schaltungsanordnung 200b kann erweitert werden, so dass nicht nur drei sondern gleichzeitig vier oder mehr Energiespeicherzellen aufgeladen werden können. Der Mehraufwand an Komponenten zur Erweiterung der Schaltungsanordnung für eine weitere Energiespeicherzelle sind insgesamt lediglich zwei Paare von Dioden und zwei Kondensatoren.
Ein elektrischer Energiespeicher oder eine Batterie besteht typischerweise aus einer Serie von n verschalteten Energiespeicherzellen oder Batteriezellen . Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeder der für eine optimierte und gleichmäßige Aufladung erforderlichen n Spannungsquellen jeweils durch zwei Ladungspumpen realisiert, die jeweils eine Spannungsquelle mit zugehörigem Innenwiderstand darstellen. Jede Ladungspumpe umfasst einen Kondensator und zwei in Serie geschaltete Dioden. Alle "2 x n" Ladungspumpen werden aus nur zwei synchron und gegenphasig laufenden Rechteckgeneratoren gespeist. Die Rechteckgeneratoren arbeiten idealerweise in Form von Halbbrücken aus nur einer einzigen Gleichspannungsguelle . Wie bereits oben erwähnt ist mit der Dioden-Durchlassspannung Ud die erforderliche Amplitude Uz* dieser Gleichspannungsguelle Uz + (2 x Ud) . Die hier beschriebene Schaltungsanordnung 220b hat den Vorteil, dass eine kostenintensive Ausstattung eines mehrere Energiespeicherzellen aufweisenden Energiespeichers mit elektronischen Ausgleichsschaltungen (sog. Balancing Elektronik) nicht erforderlich ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass insbesondere im breit aufgestellten Segment der Consumer Elektronik überwiegend einfache Ladegeräte in Gebrauch sind, die auf einer einzigen Spannungsguelle zur Ladung basieren. Zur Sicherheit werden daher in einem Energiespeicher bzw. einer Batterie spezielle Elektroniken zur Spannungsüberwachung jeder einzelnen Zelle integriert. Ohne eine vorgesehene Balancing
Elektronik ist eine vorschnelle Alterung typischerweise nicht zu vermeiden, da in der Regel immer eine Energiespeicherzelle in einem Zellstapel eines Energiespeichers das schwächste Glied darstellt. Der durch sämtliche Zellen durchfließende Lade- bzw. Laststrom beschleunigt dann die Alterung dieser vorzeitig entladenen Energiespeicherzelle. Mit dem Ausfall einer schwächsten Zelle ist jedoch der gesamte Energiespeicher unbrauchbar .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Laden einer Energiespeicherzelle (191, 291) eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers für ein Hybrid- oder ein Elektrofahr zeug, die Schaltungsanordnung (100b, 100c, 200b) aufweisend
eine elektrische Energieguelle (110, 210),
eine erste elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der elektrischen Energieguelle (110, 210) gekoppelt ist,
eine erste Ladungspumpe (131, 231), welche der ersten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist,
eine zweite elektrische Halbbrückenschaltung, welche mit der elektrischen Energieguelle (110, 210) gekoppelt ist,
eine zweite Ladungspumpe (136, 236), welche der zweiten elektrischen Halbbrückenschaltung zugeordnet ist,
einen ersten Ladeanschluss (171, 271) zum Anschließen eines ersten Anschlusskontakts einer ersten Energiespeicherzelle (191, 291), wobei der erste Ladeanschluss (171, 271) mit einem negativen Ausgang der zweiten Ladungspumpe (136, 236) gekoppelt ist,
einen zweiten Ladeanschluss (172, 272) zum Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts der ersten Energiespeicherzelle (191, 291), wobei der zweite Ladeanschluss (172, 272) mit einem positiven Ausgang der ersten Ladungspumpe (131, 231) und einem positiven Ausgang der zweiten Ladungspumpe (136, 236 ) gekoppelt ist, und
eine Schalteinrichtung (Sl, S2, S3, S4), welche konfiguriert ist, die beiden Halbbrückenschaltungen in synchroner Weise derart anzusteuern, dass die erste Ladungspumpe (131, 231) gegenphasig zu der zweiten Ladungspumpe (136, 236) arbeitet.
2. Schaltungsanordnung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Ladungspumpe (131, 231) einen ersten Kondensator (133, 233) und ein erstes Diodenpaar (134a, 134b, 234a, 234b) aufweist und/oder die zweite Ladungspumpe (136, 236) einen zweiten Kondensator (138, 238) und ein zweites Diodenpaar (139a, 139b, 239a, 239b) aufweist .
3. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend
eine dritte Ladungspumpe (241), welche der ersten Halbbrückenschaltung zugeordnet ist,
eine vierte Ladungspumpe (246), welche der zweiten Halbbrückenschaltung zugeordnet ist, und
einen dritten Ladeanschluss (273) zum Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts einer zweiten Energiespeicherzelle (292), welche mit einem ersten Anschlusskontakt an dem zweiten Ladeanschluss (272) angeschlossen ist, wobei der dritte La- deanschluss (273) mit einem positiven Ausgang der dritten
Ladungspumpe (241) und mit einem positiven Ausgang der vierten (246) Ladungspumpe gekoppelt ist.
4. Schaltungsanordnung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die dritte Ladungspumpe (241) einen dritten Kondensator (243) und ein drittes Diodenpaar (244a, 244b) aufweist und/oder die vierte Ladungspumpe (246) einen vierten Kondensator (246) und ein viertes Diodenpaar (249a, 249b) aufweist.
5. Schaltungsanordnung gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei
die erste Ladungspumpe (231) und die dritte Ladungspumpe (241) von der elektrischen Energieguelle (210) ausschließlich über die Schalteinrichtung (Sl, S3) und/oder die erste Halbbrücken- Schaltung mit elektrischer Energie versorgt werden und die zweite Ladungspumpe (236) und die vierte Ladungspumpe (246) von der elektrischen Energieguelle (210) ausschließlich über die Schalteinrichtung (S2, S4) und/oder die zweite Halbbrückenschaltung mit elektrischer Energie versorgt werden.
6. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (Sl, S3) eine erste Halbbrückenschaltung bildet, die zusammen mit der elektrischen Energieguelle (210) funktional einem ersten Rechteckgenerator entspricht und die Schalteinrichtung (S2, S4) eine zweite Halbbrückenschaltung bildet, die zusammen mit der elektrischen Energieguelle (210) funktional einem zweiten Rechteckgenerator entspricht.
7. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die elektrische Energieguelle (210) eine Ausgangsspannung und insbesondere eine konstante Ausgangsspannung bereitstellende Spannungsguelle (210) ist.
8. Schaltungsanordnung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Spannungsguelle (210) derart konfiguriert ist, dass der Pegel der Ausgangsspannung einstellbar ist.
9. Verfahren zum Laden einer Energiespeicherzelle (191, 291) eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers für ein Hybrid- oder ein
Elektrofahr zeug, unter Verwendung einer Schaltungsanordnung (100b, 100c, 200b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Verfahren aufweisend Anschließen des ersten Anschlusskontakts einer ersten
Energiespeicherzelle (191, 291) an den ersten Ladeanschluss (171, 271),
Anschließen eines zweiten Anschlusskontakts der ersten Energiespeicherzelle (191, 291) an den zweiten Ladeanschluss (172, 272),
Betreiben der beiden Halbbrückenschaltungen, so dass die erste Ladungspumpe (131, 231) synchron und gegenphasig zu der zweiten Ladungspumpe (136, 236) arbeitet.
10. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei ein elektrischer Energiespeicher mit zumindest zwei Energiespeicherzellen (291, 292, 293) aufgeladen wird, wobei jeweils zwei Ladungspumpen ( 231 und 236, 241 und 246, 251 und 256) paarweise parallel betrieben werden, um eine der Energiespeicherzellen (291, 292, 293) zu laden.
11. Steuerungseinrichtung für eine Schalteinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (Sl, S2, S3, S4) derart anzusteuern, dass das Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch zum Laden einer Energiespeicherzelle (191, 291) ausführbar ist.
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