WO2015173061A1 - Rechargeable battery system, and method for controlling the recharging of a rechargeable battery system - Google Patents

Rechargeable battery system, and method for controlling the recharging of a rechargeable battery system Download PDF

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WO2015173061A1
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battery
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rechargeable battery
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Harald Emanuel
Thomas HOHLBEIN
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Omicron Electronics Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a rechargeable battery system for supplying electrical consumers of any kind, in particular mobile electrical consumers, and a correspondingly configured method for controlling the charging of a rechargeable battery system.
  • the present invention particularly relates to a rechargeable battery system
  • Such rechargeable battery system which is particularly simple and flexible expandable, so as to be able to provide a variable supply voltage for the respective electrical load depending on the extension of the battery system.
  • the respective battery is integrated in the consumer.
  • Some battery systems include an external rechargeable battery, in which battery systems only a single rechargeable battery can be connected simultaneously. The user must choose a certain size of battery, i. in order to achieve a longer operating time of the respective consumer, either a larger battery would have to be selected or the battery would have to be changed after a part of the operating time.
  • Rechargeable battery modules may also be interconnected by means of a communication bus to control the charging or discharging of the battery modules.
  • a communication bus to control the charging or discharging of the battery modules.
  • the individual battery modules can not communicate with each other or, for example, should not communicate for reasons of cost, there are only a few ways to implement a controller whether to charge or discharge or if there is enough power to simultaneously charge all the battery modules.
  • One known possibility is a regulation of the voltage; If too many battery modules are connected in parallel and are to be charged at the same time, the voltage of the charging source provided for charging the battery modules can be lowered so far. that the battery modules can only charge slower, thereby reducing the total power consumption or overloading the charging source.
  • An object of the present invention is to provide a rechargeable battery system which is easily and flexibly expandable while avoiding the problems described above.
  • the battery system comprises a first terminal or input terminal for receiving an input voltage, a second terminal or output terminal for outputting an output voltage, and a rechargeable battery connected between the input terminal and the output terminal.
  • a current measuring device is provided for measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal to an electrical contact of the output terminal, wherein a control device controls a charging of the rechargeable battery on the basis of the input voltage depending on the current measured by the measuring device.
  • the control device may include a controller, for example in the form of a microcontroller, which in dependence on the detected current determines whether a charging electronics of the battery system can be unlocked to charge the rechargeable battery.
  • the battery system is preferably capable of supplying or charging an electrical load alone, or interconnected with other identically constructed battery systems in the form of a larger battery assembly to power or charge an electrical load. Charge and supply is also possible at the same time.
  • the current measuring device may comprise a measuring resistor connected between the electrical contact of the input terminal and the electrical contact of the output terminal, wherein the control device is preferably configured such that it evaluates a voltage drop across the measuring resistor in order to control the charging of the rechargeable battery.
  • the controller is configured to cause the rechargeable battery to charge if the current measured by the current measuring device is below a threshold.
  • the battery is in particular charged as quickly as possible, while at a relatively large current flow, ie a current flow which exceeds a corresponding threshold, no charge takes place.
  • the battery is charged with a power lower than the maximum charging power, ie at a lower speed, if the measured current indicates that the charging source is not yet fully utilized, but also no longer has sufficient power reserve charging the battery at full speed, ie when the measured current is between a corresponding lower threshold and a corresponding upper threshold.
  • the rechargeable battery can be coupled to the input connection and / or the output connection via a switching device, which can be realized, for example, by switches and / or diodes, wherein the switching device is configured such that it depends on the input voltage at the input connection or the input connection ., depending on the output voltage at the output terminal selectively blocks or conducts. In this way it can be ensured that the voltage is maintained by the battery when falling below the voltage at the respective terminal.
  • the battery system may be configured such that it is irrelevant whether a supply voltage is applied to the first terminal or to the second terminal, since the battery system works in both directions, ie, both in a current flow from the first terminal to the second terminal at a current flow from the second terminal to the first terminal.
  • the battery system can have a communication connection for communication with a further battery system, a charging source which provides the input voltage for the battery system, and / or an electrical consumer to be supplied with the output voltage of the battery system, wherein the communication connection can be used in particular tell the battery system the power of the charging source or the type of charge source. If the power of the charging source is known, the controller of the battery system can control the charging of the rechargeable battery depending thereon. Alternatively or additionally, the battery system with the aid of a voltage measuring device, the respective voltage applied to the input terminal, ie the charging voltage, detect and depend on the type or the power of the charging source.
  • the battery system according to the invention can be connected in cascade with other battery systems of the same type to form a battery arrangement so that the capacity of the battery arrangement thus formed can be flexibly adapted by a user to the respective needs or consumers
  • the present invention thus provides a way to cascade a plurality of battery systems according to the invention, thereby preventing overloading of a charging source provided for charging the battery systems or the respective batteries and allowing simultaneous or sequential charging of as many battery systems as possible with full charging speed corresponds to the available charging power. In particular, no communication between the individual battery systems is required.
  • a method for controlling the charging of a rechargeable battery of a battery system which has a first connection or input connection for receiving an input voltage and a second connection or output connection for outputting an output voltage, is therefore also proposed comprising the steps of measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal to an electrical contact of the output terminal, and controlling the charging of the rechargeable battery based on the input voltage depending on the measured current.
  • FIG. 1 shows a battery system according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a battery system according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a cascade-like interconnection of several battery systems of the present invention into a larger battery system or a battery arrangement with a charging source and an electrical consumer.
  • the illustrated battery system 100 includes an input terminal having a live input pin 1 1 and a grounded input pin 12, to which input terminal is applied an input or charge voltage of a charge source or a supply voltage source (not shown).
  • a measuring resistor or shunt resistor 21 is connected, which realizes the function of a current measuring device together with a voltage measuring device 22.
  • the voltage dropping across the measuring resistor 21 is detected by the voltage measuring device 22 and evaluated by a controller 40, which can be realized, for example, by a microcontroller, in order thus to determine the current through the measuring resistor 21.
  • a rechargeable battery or a rechargeable battery which, depending on the input voltage applied to the input terminal, can be charged or not charged by means of charging electronics 31.
  • the rechargeable battery 32 is coupled via a diode 27 to the live pin 13 of the output terminal, while the charging electronics 31 is coupled via a controllable switch 25 to the live pin 1 1 of the input terminal.
  • the switch 25 and the diode 27 are merely exemplary of the function of a corresponding switching device which selectively blocks or conducts.
  • both components 25, 27 can be realized by controllable switches or diodes or by other similarly acting components.
  • the controllable switch 25 is used in particular for switching on the charging electronics, while the diode 27 is used to supply the load to be coupled to the output terminal.
  • the operation of the illustrated battery system 100 is as follows.
  • the controller 40 determines depending on the measured current through the measuring resistor 21, whether the charging electronics 31 can be unlocked by closing the switch 25 to charge the battery 32.
  • the controller 40 controls the charging electronics 31 so that the battery 32 is charged.
  • the battery is charged as fast as possible in this case.
  • a relatively low current flow in this sense means a threshold value at which the power of the respective charging source is sufficient to charge the battery 32 of the battery system 100 in addition to the electrical power that flows through the battery system 10. If a current flows through the measuring resistor 21, which is not consumed by the battery system 100 itself, the controller 40 assumes that either an electrical consumer is connected to the output terminal or at least one further battery system is connected downstream, which is also charged.
  • the controller 40 deactivates the charging electronics 31 by opening the switch 25 when the current through the sensing resistor 21 reaches or exceeds an upper threshold.
  • This threshold may differ from the former threshold, but in principle it is also conceivable to work with only one threshold.
  • the two mentioned thresholds are different, wherein at a current through the measuring resistor 21, which is between the two thresholds, the controller 40, the charging electronics 31 controls such that the battery 32 with a lower power or at a lower speed than that maximum possible power or speed is loaded. This means that the charging electronics 31 is driven to charge the battery 32 with less power than the maximum charging power when the power is in a range in which the charging source is not fully utilized, but also not enough power reserve is available, to charge the battery 32 at full speed,
  • the battery 32 may be connected by means of a controllable switching device or diode with at least one pin of a terminal, that when the voltage falls below the voltage at the respective pin, the voltage is held by the battery 32. Thus, if no charge voltage more, the voltage is maintained by the battery 32 on.
  • a controllable switching device or diode with at least one pin of a terminal, that when the voltage falls below the voltage at the respective pin, the voltage is held by the battery 32.
  • the diode 27 is shown for the live pin or contact 13 of the output terminal.
  • a corresponding switching device or diode can also be provided for the other pins or for the input connection.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the battery system 100, in which the function of the diode 27 is taken over by a controllable switch 26, wherein the switch 26 is selectively closed or opened depending on the voltage applied to the output terminal.
  • the battery system 100 may additionally be equipped with at least one communication pin 15 or a communication port.
  • the current flow is detected by the measuring resistor 21 and determined in dependence on the measured current flow, whether the charging electronics 31 can be unlocked to charge the battery 32.
  • the controller 40 of the battery system 100 must be aware of what power the charging source has available. If the type of charging source is always the same, the charging power of the controller 40 is known. If the charging power is not known, however, the type of charging source or the corresponding charging power of the controller 40 can be communicated via such a communication port.
  • the communication port 15 can be used for communication of the Bartels s riesystems 100 with other battery systems, with the charging source or with the respectively connected electrical consumers.
  • a voltage measuring device 23 is also provided.
  • the controller 40 which detects the voltage applied to the input terminal 11, 12 charging or input voltage and forwards to the controller 40. If the input voltage is below a certain threshold (for example of the order of 20V), the controller 40 assumes that a particular type of charge source with a given charging power (for example of the order of 24W) is present while exceeding the threshold other charging source type with a correspondingly higher charging power (for example of the order of 75W) is assumed. Depending on the respectively assumed charging power, the charging electronics 31 are controlled accordingly by the controller 40.
  • a certain threshold for example of the order of 20V
  • the controller 40 assumes that a particular type of charge source with a given charging power (for example of the order of 24W) is present while exceeding the threshold other charging source type with a correspondingly higher charging power (for example of the order of 75W) is assumed.
  • the charging electronics 31 are controlled accordingly by the controller 40.
  • FIG. 3 shows by way of example a cascade-like connection of a plurality of battery systems 100, 200, 300 according to the invention in order to realize a battery arrangement with a desired capacity.
  • the first battery system 100 is connected on the input side to a charging source 1 designed, for example, as a charger, while the output terminal of the first battery system 100 is connected to the input terminal of the second battery system 200.
  • the output terminal of the second battery system 200 is in turn connected to the input terminal of the third battery system 300, which on the output side supplies an electrical load 2 with a desired supply voltage.
  • the voltage provided by the charging source 1 is passed through the three battery systems 100, 200 and 300 and arrives at the consumer 2.
  • the voltage drop through the measuring resistors 21 is very small.
  • Each battery system 100, 200 and 300 monitors the current through its measuring resistor 21. If, for example, the charging source 1 delivered a maximum charging power of 200W, the consumer 2 would require only 50W of power, and each battery system could charge its battery 32 with a maximum of 100W, then the consumer 2 would receive a power of 50W.
  • the last battery system 300 would recognize, by means of its measuring resistor 21 and its voltage measuring device 23, that a power of 50W would be passed through the battery system, and would switch on the charging electronics 31 at full power with a corresponding state of charge of its battery 32.
  • a power of 200 W would be measured in the battery system 200 by means of its measuring resistor 21 and its voltage measuring device 23.
  • the charging electronics 31 would now at half power or - if the charging electronics 31 is not able - not charged. Only when the battery system 300 has fully charged its own battery 32 would the battery system 200 be able to charge at full power.
  • the battery system 100 could accordingly charge later at full power, namely only when the bat- 32 of the battery systems 200 and 300 are fully charged.
  • the chain is loaded, so to speak, from back to front.
  • No charging source 1 could also be connected, and all battery systems 100-300 could only supply one or more consumers 2.
  • the battery system with the strongest battery 32 would contribute the most to the supply. If the batteries 32 were the same, the last battery system 300 in the chain would contribute slightly more than the front battery systems 100, 200 for supplying the load 2 due to the voltage drops across the measuring resistors 21.
  • the battery system described above works in both directions.
  • the plugs of the terminals 1 1, 12 and 13, 14 may be made identical, and to both terminals, both a charging source and an electrical load can be connected.
  • the controller 40 may consider the amount of current through the sense resistor 21 and take it into account when calculating the power. If a charging source 1 is connected, for example, to the terminal 11, 12, the current of the charging electronics 31 consumed by the battery system 100 does not flow through the measuring resistor 21, but if the charging source 1 were connected to the terminal 13, 14.

Abstract

The invention describes a rechargeable battery system (100), in which a power analysis is possible in order to assess when a rechargeable battery (32) of the battery system (100) can be charged and when not. A plurality of battery systems (100) of this kind can preferably be combined in the manner of a cascade.

Description

Wiederaufladbares Batteriesystem und Verfahren zum Steuern des Aufladens eines wiederaufladbaren Batteriesystems Die vorliegende Erfindung betrifft ein wiederaufladbares Batteriesystem zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern beliebiger Art, insbesondere von mobilen elektrischen Verbrauchern, sowie ein entsprechend ausgestaltetes Verfahren zum Steuern des Aufladens eines wiederaufladbaren Batteriesystems Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein derartiges wiederaufladbares Batteriesystem, welches besonders einfach und flexibel erweiterbar ist, um somit für den jeweiligen elektrischen Verbraucher abhängig von der Erweiterung des Batteriesystems eine variable Versorgungsspannung zur Verfügung stellen zu können.  The present invention relates to a rechargeable battery system for supplying electrical consumers of any kind, in particular mobile electrical consumers, and a correspondingly configured method for controlling the charging of a rechargeable battery system. The present invention particularly relates to a rechargeable battery system Such rechargeable battery system, which is particularly simple and flexible expandable, so as to be able to provide a variable supply voltage for the respective electrical load depending on the extension of the battery system.
Bei den meisten herkömmlichen wiederaufladbaren Batteriesystemen zur Versor- gung von mobilen Verbrauchern ist die jeweilige Batterie im Verbraucher integriert. Einige Batteriesysteme umfassen eine externe wiederaufladbare Batterie, wobei in diesen Batteriesystemen nur eine einzige aufladbare Batterie gleichzeitig angeschlossen werden kann. Der Benutzer muss sich für eine bestimmte Größe von Batterie entscheiden, d.h. zur Erzielung einer längeren Betriebszeit des jeweiligen Verbrauchers müsste entweder eine größere Batterie gewählt werden oder die Batterie nach einem Teil der Betriebszeit gewechselt werden. In most conventional rechargeable battery systems for supplying mobile consumers, the respective battery is integrated in the consumer. Some battery systems include an external rechargeable battery, in which battery systems only a single rechargeable battery can be connected simultaneously. The user must choose a certain size of battery, i. in order to achieve a longer operating time of the respective consumer, either a larger battery would have to be selected or the battery would have to be changed after a part of the operating time.
Wiederaufladbare Batteriemodule können auch mittels eines Kommunikationsbus miteinander verbunden werden, um das Laden oder Entladen der Batteriemodule zu steuern. Wenn jedoch die einzelnen Batteriemodule nicht miteinander kommunizieren können oder beispielsweise aus Kostengründen nicht miteinander kommunizieren sollen, bleiben nur wenige Möglichkeiten zur Realisierung einer Steuerung ob geladen oder entladen werden soll bzw. ob überhaupt genügend Leistung zum gleichzeitigen Laden aller Batteriemodule vorhanden ist. Eine bekannte Mög- lichkeit ist eine Regelung über die Spannung; wenn zu viele Batteriemodule parallelgeschaltet sind und gleichzeitig geladen werden sollen, kann die Spannung der zur Ladung der Batteriemodule vorgesehenen Ladequelle so weit nach unten ge- hen, dass die Batteriemodule nur langsamer laden können und dadurch die gesamte Leistungsaufnahme kleiner wird oder die Ladequelle überlastet wird. Rechargeable battery modules may also be interconnected by means of a communication bus to control the charging or discharging of the battery modules. However, if the individual battery modules can not communicate with each other or, for example, should not communicate for reasons of cost, there are only a few ways to implement a controller whether to charge or discharge or if there is enough power to simultaneously charge all the battery modules. One known possibility is a regulation of the voltage; If too many battery modules are connected in parallel and are to be charged at the same time, the voltage of the charging source provided for charging the battery modules can be lowered so far. that the battery modules can only charge slower, thereby reducing the total power consumption or overloading the charging source.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wiederaufladbares Batterie- System bereitzustellen, welches einfach und flexibel erweiterbar ist und dabei die zuvor beschriebenen Probleme vermeidet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibel erweiterbares wiederaufladbares Batteriesystem bereitzustellen, wobei eine Überlastung einer zur Ladung der Batteriemodule vorgesehenen Ladequelle verhindert wird und eine gleichzeitige oder sequenzielle Ladung so vieler Batteriemodule mit maximaler Geschwindigkeit möglich ist wie es die Ladeleistung der vorhandenen Ladequelle erlaubt, ohne dass hierzu eine Kommunikation zwischen den Batteriemodulen erforderlich ist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechend ausgestaltetes Verfahren zum Steuern des Aufladens eines weideraufladbaren Batteriesystems vor- zuschlagen. An object of the present invention is to provide a rechargeable battery system which is easily and flexibly expandable while avoiding the problems described above. In particular, it is an object of the present invention to provide a flexibly expandable rechargeable battery system wherein overloading of a charge source for charging the battery modules is prevented and simultaneous or sequential charging of as many battery modules at maximum speed is possible as the charging power of the existing charging source permits without the need for communication between the battery modules. Furthermore, it is an object of the present invention to propose a correspondingly configured method for controlling the charging of a rechargeable battery system.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein wiederaufladbares Batteriesystem mit den im Anspruch 1 definierten Merkmalen und ein Verfahren mit den im Anspruch 17 definierten Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche definie- ren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. These objects are achieved by a rechargeable battery system with the features defined in claim 1 and a method having the features defined in claim 17. The dependent claims define preferred or advantageous embodiments of the invention.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst einen ersten Anschluss oder Eingangsanschluss zum Empfangen einer Eingangsspannung, einen zweiten Anschluss oder Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer Ausgangsspannung und eine zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltete wiederaufladbare Batterie. Darüber hinaus ist eine Strommesseinrichtung zum Messen eines von einem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses zu einem elektrischen Kontakt des Ausgangsanschlusses fließenden Stroms vorgesehen, wobei eine Steuereinrichtung ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie auf Grundlage der Eingangsspannung abhängig von dem durch die Messeinrichtung gemessenen Strom steuert. Die Steuereinrichtung kann eine Steuerung beispielsweise in Form eines Microcontrollers umfassen, welcher in Abhängigkeit von dem erfassten Strom ermittelt, ob eine Ladeelektronik des Batteriesystems freigeschaltet werden kann, um die wiederaufladbare Batterie zu laden. The battery system according to the invention comprises a first terminal or input terminal for receiving an input voltage, a second terminal or output terminal for outputting an output voltage, and a rechargeable battery connected between the input terminal and the output terminal. In addition, a current measuring device is provided for measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal to an electrical contact of the output terminal, wherein a control device controls a charging of the rechargeable battery on the basis of the input voltage depending on the current measured by the measuring device. The control device may include a controller, for example in the form of a microcontroller, which in dependence on the detected current determines whether a charging electronics of the battery system can be unlocked to charge the rechargeable battery.
Das Batteriesystem ist vorzugsweise in der Lage, alleine einen elektrischen Verbraucher zu versorgen oder geladen zu werden, oder mit anderen, baugleichen Batteriesystemen in Form einer größeren Batterieanordnung zusammengeschaltet einen elektrischen Verbraucher zu versorgen oder geladen zu werden. Ladung und Versorgung ist auch gleichzeitig möglich. Die Strommesseinrichtung kann einen zwischen dem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses und dem elektrischen Kontakt des Ausgangsanschlusses geschalteten Messwiderstand umfassen, wobei die Steuereinrichtung vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass sie eine an dem Messwiderstand abfallende Spannung auswertet, um davon abhängig das Aufladen der wiederaufladbaren Batterie zu steuern. The battery system is preferably capable of supplying or charging an electrical load alone, or interconnected with other identically constructed battery systems in the form of a larger battery assembly to power or charge an electrical load. Charge and supply is also possible at the same time. The current measuring device may comprise a measuring resistor connected between the electrical contact of the input terminal and the electrical contact of the output terminal, wherein the control device is preferably configured such that it evaluates a voltage drop across the measuring resistor in order to control the charging of the rechargeable battery.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie veranlasst, falls der von der Strommesseinrichtung gemessene Strom unter einem Schwellenwert liegt. Dabei wird bei aus- reichender Spannung und keinem oder einem relativ geringen Stromfluss die Batterie insbesondere so schnell wie möglich geladen, während bei einem relativ großem Stromfluss, d.h. einem Stromfluss, der einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt, keine Ladung erfolgt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Batterie mit einer geringeren Leistung als der maximalen Ladeleistung, d.h. mit einer geringeren Geschwindigkeit, geladen, falls der gemessene Strom anzeigt, dass die Ladequelle noch nicht voll ausgelastet ist, aber auch nicht mehr genügend Leistungsreserve vorhanden ist, um die Batterie mit voller Geschwindigkeit zu laden, d.h. wenn der gemessene Strom zwischen einem entsprechenden unteren Schwellenwert und einem entsprechenden oberen Schwellenwert liegt. Die wiederaufladbare Batterie kann über eine Schalteinrichtung, welche beispielsweise durch Schalter und/oder Dioden realisiert sein kann, mit dem Eingangsan- schluss und/oder dem Ausgangsanschluss gekoppelt sein, wobei die Schalteinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss bzw. abhängig von der Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss wahlweise sperrt oder leitet. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei Unterschreiten der Spannung an dem jeweiligen Anschluss die Spannung durch die Batterie aufrecht erhalten wird. Das Batteriesystem kann derart ausgestaltet sein, dass es unerheblich ist, ob eine Versorgungsspannung an den ersten Anschluss oder an den zweiten Anschluss angelegt wird, da das Batteriesystem in beide Richtungen funktioniert, d.h. sowohl bei einem Stromfluss von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss als auch bei einem Stromfluss von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss. Als "Eingangsanschluss" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird somit jeweils derjenige Anschluss verstanden, an den die Eingangsspannung angelegt wird, während der "Ausgangsanschluss" denjenigen Anschluss bezeichnet, welcher die Ausgangsspannung zur Verfügung stellt. Das Batteriesystem kann über einen Kommunikationsanschluss zur Kommunikation mit einem weiteren Batteriesystem, einer Ladequelle, welche die Eingangsspannung für das Batteriesystem zur Verfügung stellt, und/oder einem mit der Ausgangsspannung des Batteriesystems zu versorgenden elektrischen Verbraucher verfügen, wobei der Kommunikationsanschluss insbesondere genutzt werden kann, um dem Batteriesystem die Leistung der Ladequelle bzw. den Typ der La- deqelle mitzuteilen. Ist die Leistung der Ladequelle bekannt, kann die Steuereinrichtung des Batteriesystems davon abhängig das Laden der wiederaufladbaren Batterie steuern. Alternativ oder zusätzlich kann das Batteriesystem mit Hilfe einer Spannungsmesseinrichtung die jeweils an dem Eingangsanschluss anliegende Spannung, d.h. die Ladespannung, erfassen und davon abhängig auf den Typ bzw. die Leistung der Ladequelle schließen. Preferably, the controller is configured to cause the rechargeable battery to charge if the current measured by the current measuring device is below a threshold. In this case, with sufficient voltage and no or relatively little current flow, the battery is in particular charged as quickly as possible, while at a relatively large current flow, ie a current flow which exceeds a corresponding threshold, no charge takes place. According to a further preferred embodiment, the battery is charged with a power lower than the maximum charging power, ie at a lower speed, if the measured current indicates that the charging source is not yet fully utilized, but also no longer has sufficient power reserve charging the battery at full speed, ie when the measured current is between a corresponding lower threshold and a corresponding upper threshold. The rechargeable battery can be coupled to the input connection and / or the output connection via a switching device, which can be realized, for example, by switches and / or diodes, wherein the switching device is configured such that it depends on the input voltage at the input connection or the input connection ., depending on the output voltage at the output terminal selectively blocks or conducts. In this way it can be ensured that the voltage is maintained by the battery when falling below the voltage at the respective terminal. The battery system may be configured such that it is irrelevant whether a supply voltage is applied to the first terminal or to the second terminal, since the battery system works in both directions, ie, both in a current flow from the first terminal to the second terminal at a current flow from the second terminal to the first terminal. In the context of the present invention, "input terminal" is thus understood to mean in each case the terminal to which the input voltage is applied, while the "output terminal" designates that terminal which provides the output voltage. The battery system can have a communication connection for communication with a further battery system, a charging source which provides the input voltage for the battery system, and / or an electrical consumer to be supplied with the output voltage of the battery system, wherein the communication connection can be used in particular tell the battery system the power of the charging source or the type of charge source. If the power of the charging source is known, the controller of the battery system can control the charging of the rechargeable battery depending thereon. Alternatively or additionally, the battery system with the aid of a voltage measuring device, the respective voltage applied to the input terminal, ie the charging voltage, detect and depend on the type or the power of the charging source.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem kann mit anderen Batteriesystemen der- selben Art kaskadenartig zu einer Batterieanordnung verschaltet werden, so dass von einem Nutzer flexibel die Kapazität der somit gebildeten Batterieanordnung an die jeweiligen Bedürfnisse oder Verbraucher angepasst werden können The battery system according to the invention can be connected in cascade with other battery systems of the same type to form a battery arrangement so that the capacity of the battery arrangement thus formed can be flexibly adapted by a user to the respective needs or consumers
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Möglichkeit geschaffen, mehrere erfindungsgemäße Batteriesysteme zu kaskadieren, wobei eine Überlastung einer zur Ladung der Batteriesysteme bzw. der entsprechenden Batterien vorgesehenen Ladequelle verhindert wird und eine gleichzeitige oder sequenzielle Ladung so vieler Batteriesysteme mit voller möglicher Ladegeschwindigkeit möglich ist wie dies der zur Verfügung stehenden Ladeleistung entspricht. Dabei ist insbesondere keine Kommunikation zwischen den einzelnen Batteriesystemen erforderlich. The present invention thus provides a way to cascade a plurality of battery systems according to the invention, thereby preventing overloading of a charging source provided for charging the battery systems or the respective batteries and allowing simultaneous or sequential charging of as many battery systems as possible with full charging speed corresponds to the available charging power. In particular, no communication between the individual battery systems is required.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit auch ein Verfahren zum Steuern des Aufladens einer wiederaufladbaren Batterie eines Batteriesystems, welches einen ersten Anschluss oder Eingangsanschluss zum Empfangen einer Ein- gangsspannung und einen zweiten Anschluss oder Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer Ausgangsspannung aufweist, vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messen eines von einem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses zu einem elektrischen Kontakt des Ausgangsanschlusses fließenden Stroms, und Steuern des Aufladens der wiederaufladbaren Batterie auf Grundlage der Eingangsspannung abhängig von dem gemessenen Strom. In the context of the present invention, a method for controlling the charging of a rechargeable battery of a battery system, which has a first connection or input connection for receiving an input voltage and a second connection or output connection for outputting an output voltage, is therefore also proposed comprising the steps of measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal to an electrical contact of the output terminal, and controlling the charging of the rechargeable battery based on the input voltage depending on the measured current.
Das Verfahren wird insbesondere automatisch von der Steuereinrichtung des zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Batteriesystems durchgeführt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Figur 1 zeigt ein Batteriesystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. The method is carried out in particular automatically by the control device of the previously explained battery system according to the invention. The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a battery system according to a first exemplary embodiment of the invention.
Figur 2 zeigt ein Batteriesystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. FIG. 2 shows a battery system according to a second exemplary embodiment of the invention.
Figur 3 zeigt eine kaskadenartige Zusammenschaltung mehrerer Batteriesysteme der vorliegenden Erfindung zu einem größeren Batteriesystem bzw. einer Batterieanordnung mit einer Ladequelle und einem elektrischen Verbraucher. FIG. 3 shows a cascade-like interconnection of several battery systems of the present invention into a larger battery system or a battery arrangement with a charging source and an electrical consumer.
Fig. 1 zeigt ein wiederaufladbares Batteriesystem 100, welches insbesondere in Form einer in einem Gehäuse eines Batteriemoduls oder Batteriepacks integrierten Schaltung ausgestaltet ist. Das dargestellte Batteriesystem 100 umfasst einen Eingangsanschluss mit einem spannungsführenden Eingangspin 1 1 und einem masseführenden Eingangspin 12, wobei an den Eingangsanschluss eine Eingangs- oder Ladespannung einer (nicht gezeigten) Ladequelle oder Versorgungs- spannungsquelle anzulegen ist. 1 shows a rechargeable battery system 100, which is designed in particular in the form of a circuit integrated in a housing of a battery module or battery pack. The illustrated battery system 100 includes an input terminal having a live input pin 1 1 and a grounded input pin 12, to which input terminal is applied an input or charge voltage of a charge source or a supply voltage source (not shown).
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist zwischen jeweils einen Pin oder Kontakt der beiden An- Schlüsse, insbesondere zwischen die beiden spannungsführenden Pins 1 , 13 ein Messwiderstand oder Shunt-Widerstand 21 geschaltet, welcher zusammen mit einer Spannungsmesseinrichtung 22 die Funktion einer Strommesseinrichtung realisiert. Die an dem Messwiderstand 21 abfallende Spannung wird von der Spannungsmesseinrichtung 22 erfasst und von einer Steuerung 40 ausgewertet, welche beispielsweise durch einen Microcontroller realisiert sein kann, um somit den Strom durch den Messwiderstand 21 zu bestimmen. As shown in FIG. 1, between each pin or contact of the two terminals, in particular between the two live pins 1, 13, a measuring resistor or shunt resistor 21 is connected, which realizes the function of a current measuring device together with a voltage measuring device 22. The voltage dropping across the measuring resistor 21 is detected by the voltage measuring device 22 and evaluated by a controller 40, which can be realized, for example, by a microcontroller, in order thus to determine the current through the measuring resistor 21.
Zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss ist eine wiederauf- ladbare Batterie bzw. ein Akkumulator geschaltet, welcher in Abhängigkeit von der an dem Eingangsanschluss anliegenden Eingangsspannung mit Hilfe einer Ladeelektronik 31 wahlweise aufgeladen oder nicht geladen werden kann. Die wiederaufladbare Batterie 32 ist über eine Diode 27 mit dem spannungsführenden Pin 13 des Ausgangsanschlusses gekoppelt, während die Ladeelektronik 31 über einen steuerbaren Schalter 25 mit dem spannungsführenden Pin 1 1 des Eingangsanschlusses gekoppelt ist. Der Schalter 25 und die Diode 27 stehen da- bei lediglich beispielhaft für die Funktion einer entsprechenden Schalteinrichtung, welche wahlweise sperrt oder leitet. So können auch beide Komponenten 25, 27 durch steuerbare Schalter oder Dioden oder durch andere ähnlich wirkende Bauelemente realisiert sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient der steuerbare Schalter 25 insbesondere zum Einschalten der Ladeelektronik, wäh- rend die Diode 27 zur Versorgung des mit dem Ausgangsanschluss zu koppelnden Verbrauchers dient. Between the input terminal and the output terminal there is connected a rechargeable battery or a rechargeable battery which, depending on the input voltage applied to the input terminal, can be charged or not charged by means of charging electronics 31. The rechargeable battery 32 is coupled via a diode 27 to the live pin 13 of the output terminal, while the charging electronics 31 is coupled via a controllable switch 25 to the live pin 1 1 of the input terminal. The switch 25 and the diode 27 are merely exemplary of the function of a corresponding switching device which selectively blocks or conducts. Thus, both components 25, 27 can be realized by controllable switches or diodes or by other similarly acting components. In the illustrated embodiment, the controllable switch 25 is used in particular for switching on the charging electronics, while the diode 27 is used to supply the load to be coupled to the output terminal.
Die Funktionsweise des dargestellten Batteriesystems 100 ist wie folgt. Die Steuerung 40 ermittelt in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom durch den Messwiderstand 21 , ob die Ladeelektronik 31 durch Schließen des Schalters 25 freigeschaltet werden kann, um die Batterie 32 zu laden. The operation of the illustrated battery system 100 is as follows. The controller 40 determines depending on the measured current through the measuring resistor 21, whether the charging electronics 31 can be unlocked by closing the switch 25 to charge the battery 32.
Bei ausreichender Spannung und bei keinem oder einem relativ geringen Strom- fluss durch den Messwiderstand 21 steuert die Steuerung 40 die Ladeelektronik 31 derart an, dass die Batterie 32 geladen wird. Vorzugsweise wird die Batterie in diesem Fall so schnell wie möglich geladen. Unter einem relativ geringen Strom- fluss in diesem Sinne wird dabei ein Schwellenwert verstanden, bei dem die Leistung der jeweiligen Ladequelle ausreicht, um zusätzlich zu der elektrischen Leis- tung, welche durch das Batteriesystem 10 fließt, die Batterie 32 des Batteriesystems 100 zu laden. Fließt ein Strom durch den Messwiderstand 21 , der nicht vom Batteriesystem 100 selbst verbraucht wir, geht die Steuerung 40 davon aus, dass an den Ausgangsanschluss entweder ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist oder mindestens ein weiteres Batteriesystem nachgeschaltet ist, welches eben- falls geladen wird. Wird eine gewisse obere Schwelle im Stromfluss erreicht, reicht die bekannte Leistung der Ladequelle nicht mehr aus, um das Batteriesystem 100 überhaupt noch zu laden, und es darf daher keine Ladung erfolgen. Demzufolge deaktiviert die Steuerung 40 die Ladeelektronik 31 durch öffnen des Schalters 25, wenn der Strom durch den Messwiderstand 21 einen oberen Schwellenwert erreicht oder übersteigt. Dieser Schwellenwert kann von dem erstgenannten Schwellenwert abweichen, wobei jedoch grundsätzlich auch denkbar ist, mit lediglich einem Schwellenwert zu arbeiten. Vorzugsweise sind jedoch die beiden genannten Schwellenwerte unterschiedlich, wobei bei einem Strom durch den Messwiderstand 21 , welcher zwischen den beiden Schwellenwerten liegt, die Steuerung 40 die Ladeelektronik 31 derart ansteuert, dass die Batterie 32 mit einer geringeren Leistung bzw. mit einer geringeren Geschwindigkeit als die maximal mögliche Leistung bzw. Geschwindigkeit geladen wird. Dies bedeutet, dass die Ladeelektronik 31 angesteuert wird, die Batterie 32 mit weniger Leistung als der maximalen Ladeleistung zu laden, wenn die Leistung in einem Bereich liegt, bei dem die Ladequelle noch nicht voll ausgelastet ist, aber auch nicht mehr genügend Leistungsreserve vorhanden ist, um die Batterie 32 mit voller Geschwindigkeit zu laden, With sufficient voltage and no or a relatively low current flow through the measuring resistor 21, the controller 40 controls the charging electronics 31 so that the battery 32 is charged. Preferably, the battery is charged as fast as possible in this case. In this context, a relatively low current flow in this sense means a threshold value at which the power of the respective charging source is sufficient to charge the battery 32 of the battery system 100 in addition to the electrical power that flows through the battery system 10. If a current flows through the measuring resistor 21, which is not consumed by the battery system 100 itself, the controller 40 assumes that either an electrical consumer is connected to the output terminal or at least one further battery system is connected downstream, which is also charged. If a certain upper threshold in the current flow is reached, the known power of the charging source is no longer sufficient to charge the battery system 100 at all, and therefore no charging may take place. As a result, the controller 40 deactivates the charging electronics 31 by opening the switch 25 when the current through the sensing resistor 21 reaches or exceeds an upper threshold. This threshold may differ from the former threshold, but in principle it is also conceivable to work with only one threshold. Preferably, however, the two mentioned thresholds are different, wherein at a current through the measuring resistor 21, which is between the two thresholds, the controller 40, the charging electronics 31 controls such that the battery 32 with a lower power or at a lower speed than that maximum possible power or speed is loaded. This means that the charging electronics 31 is driven to charge the battery 32 with less power than the maximum charging power when the power is in a range in which the charging source is not fully utilized, but also not enough power reserve is available, to charge the battery 32 at full speed,
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Batterie 32 so mittels einer steuerbaren Schalteinrichtung oder Diode mit zumindest einem Pin eines Anschlusses angeschlossen sein, dass bei Unterschreiten der Spannung an dem jeweiligen Pin die Spannung durch die Batterie 32 gehalten wird. Liegt also keine Ladespannung mehr an, wird die Spannung durch die Batterie 32 weiter aufrecht erhalten. In Fig. 1 ist beispielhaft lediglich die Diode 27 für den spannungsführenden Pin oder Kontakt 13 des Ausgangsanschlusses gezeigt. Selbstverständlich kann jedoch eine entsprechende Schalteinrichtung oder Diode auch für die anderen Pins bzw. für den Ein- gangsanschluss vorgesehen sein. As shown in Fig. 1, the battery 32 may be connected by means of a controllable switching device or diode with at least one pin of a terminal, that when the voltage falls below the voltage at the respective pin, the voltage is held by the battery 32. Thus, if no charge voltage more, the voltage is maintained by the battery 32 on. In Fig. 1, for example, only the diode 27 is shown for the live pin or contact 13 of the output terminal. Of course, however, a corresponding switching device or diode can also be provided for the other pins or for the input connection.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Batteriesystems 100, bei dem die Funktion der Diode 27 von einem steuerbaren Schalter 26 übernommen wird, wobei der Schalter 26 abhängig von der an dem Ausgangsanschluss anliegenden Spannung wahlweise geschlossen oder geöffnet wird. 2 shows an alternative embodiment of the battery system 100, in which the function of the diode 27 is taken over by a controllable switch 26, wherein the switch 26 is selectively closed or opened depending on the voltage applied to the output terminal.
Das Batteriesystem 100 kann wie in Fig. 2 gezeigt zusätzlich mit mindestens ei- 5 nem Kommunikationspin 15 oder einem Kommunikationsanschluss ausgestattet sein. Erfindungsgemäß wird wie beschrieben der Stromfluss durch den Messwiderstand 21 erfasst und in Abhängigkeit vom gemessenen Stromfluss ermittelt, ob die Ladeelektronik 31 freigeschaltet werden kann, um die Batterie 32 zu laden. Der Steuerung 40 des Batteriesystems 100 muss dazu bekannt sein welche Leis- 10 tung die Ladequelle zur Verfügung hat. Ist der Typ der Ladequelle immer derselbe, ist die Ladeleistung der Steuerung 40 bekannt. Ist die Ladeleistung hingegen nicht bekannt, kann der Typ der Ladequelle bzw. die entsprechende Ladeleistung der Steuerung 40 über einen derartigen Kommunikationsanschluss mitgeteilt werden. Allgemein kann der Kommunikationsanschluss 15 zur Kommunikation des Bartel s riesystems 100 mit anderen Batteriesystemen, mit der Ladequelle oder mit dem jeweils angeschlossenen elektrischen Verbraucher genutzt werden. As shown in FIG. 2, the battery system 100 may additionally be equipped with at least one communication pin 15 or a communication port. According to the invention as described, the current flow is detected by the measuring resistor 21 and determined in dependence on the measured current flow, whether the charging electronics 31 can be unlocked to charge the battery 32. The controller 40 of the battery system 100 must be aware of what power the charging source has available. If the type of charging source is always the same, the charging power of the controller 40 is known. If the charging power is not known, however, the type of charging source or the corresponding charging power of the controller 40 can be communicated via such a communication port. In general, the communication port 15 can be used for communication of the Bartels s riesystems 100 with other battery systems, with the charging source or with the respectively connected electrical consumers.
Zur Realisierung einer Umschaltung zwischen verschiedenen Leistungsstufen ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 auch eine Spannungsmesseinrichtung 23 vor-In order to realize a changeover between different power stages, both in FIG. 1 and in FIG. 2 a voltage measuring device 23 is also provided.
20 gesehen, welche die an dem Eingangsanschluss 11 , 12 anliegende Lade- oder Eingangsspannung erfasst und an die Steuerung 40 weiterleitet. Liegt die Eingangsspannung unter einem bestimmten Schwellenwert (beispielsweise in der Größenordnung von 20V), nimmt die Steuerung 40 an, dass ein bestimmter Ladequellentyp mit einer bestimmten Ladeleistung (beispielsweise in der Größenord- 5 nung von 24W) vorhanden ist, während bei Überschreiten des Schwellenwerts ein anderer Ladequellentyp mit einer entsprechend höheren Ladeleistung (beispielsweise in der Größenordnung von 75W) angenommen wird. Abhängig von der jeweils angenommenen Ladeleistung wird von der Steuerung 40 die Ladeelektronik 31 entsprechend angesteuert. 20, which detects the voltage applied to the input terminal 11, 12 charging or input voltage and forwards to the controller 40. If the input voltage is below a certain threshold (for example of the order of 20V), the controller 40 assumes that a particular type of charge source with a given charging power (for example of the order of 24W) is present while exceeding the threshold other charging source type with a correspondingly higher charging power (for example of the order of 75W) is assumed. Depending on the respectively assumed charging power, the charging electronics 31 are controlled accordingly by the controller 40.
30 In Fig. 3 ist beispielhaft eine kaskadenartige Verschaltung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme 100, 200, 300 gezeigt, um eine Batterieanordnung mit einer gewünschten Kapazität zu realisieren. Das erste Batteriesystem 100 ist eingangsseitig an eine beispielsweise als Ladegerät ausgestaltete Ladequelle 1 angeschlossen, während der Ausgangsan- schluss des ersten Batteriesystems 100 mit dem Eingangsanschluss des zweiten Batteriesystems 200 verbunden ist. Der Ausgangsanschluss des zweiten Batteriesystems 200 ist wiederum mit dem Eingangsanschluss des dritten Batteriesystems 300 verbunden, welches ausgangsseitig einen elektrischen Verbraucher 2 mit einer gewünschten Versorgungsspannung versorgt. 30 FIG. 3 shows by way of example a cascade-like connection of a plurality of battery systems 100, 200, 300 according to the invention in order to realize a battery arrangement with a desired capacity. The first battery system 100 is connected on the input side to a charging source 1 designed, for example, as a charger, while the output terminal of the first battery system 100 is connected to the input terminal of the second battery system 200. The output terminal of the second battery system 200 is in turn connected to the input terminal of the third battery system 300, which on the output side supplies an electrical load 2 with a desired supply voltage.
Die von der Ladequelle 1 zur Verfügung gestellte Spannung wird durch die drei Batteriesysteme 100, 200 und 300 durchgereicht und kommt beim Verbraucher 2 an. Der Spannungsabfall durch die Messwiderstände 21 ist dabei sehr klein. Jedes Batteriesystem 100, 200 und 300 beobachtet den Strom durch seinen Messwiderstand 21 . Würde beispielsweise von der Ladequelle 1 maximal eine Ladeleistung von 200W geliefert, der Verbraucher 2 würde nur eine Leistung von 50W benötigen und jedes Batteriesystem könnte mit maximal 100W jeweils seine Batterie 32 laden, so würde der Verbraucher 2 eine Leistung von 50W erhalten. Das letzte Batteriesystem 300 würde mittels seines Messwiderstands 21 und seiner Spannungsmesseinrichtung 23 erkennen, dass eine Leistung in Höhe von 50W durch das Batteriesystem durchgereicht werden, und würde bei entsprechendem Ladezustand seiner Batterie 32 die Ladeelektronik 31 mit voller Leistung einschalten. Dadurch würde im Batteriesystem 200 mittels dessen Messwiderstands 21 und dessen Spannungsmesseinrichtung 23 eine Leistung von 200W gemessen werden. Je nach Fähigkeit der Ladeelektronik 31 würde jetzt mit halber Leistung oder - falls die Ladeelektronik 31 dazu nicht in der Lage ist - gar nicht geladen. Erst wenn das Batteriesystem 300 die eigene Batterie 32 voll geladen hat, würde das Batteriesystem 200 mit voller Leistung laden können. Das Batteriesystem 100 könnte entsprechend später mit voller Leistung laden, nämlich erst wenn die Bat- terien 32 der Batteriesysteme 200 und 300 voll geladen sind. Die Kette wird sozusagen von hinten nach vorne geladen. The voltage provided by the charging source 1 is passed through the three battery systems 100, 200 and 300 and arrives at the consumer 2. The voltage drop through the measuring resistors 21 is very small. Each battery system 100, 200 and 300 monitors the current through its measuring resistor 21. If, for example, the charging source 1 delivered a maximum charging power of 200W, the consumer 2 would require only 50W of power, and each battery system could charge its battery 32 with a maximum of 100W, then the consumer 2 would receive a power of 50W. The last battery system 300 would recognize, by means of its measuring resistor 21 and its voltage measuring device 23, that a power of 50W would be passed through the battery system, and would switch on the charging electronics 31 at full power with a corresponding state of charge of its battery 32. As a result, a power of 200 W would be measured in the battery system 200 by means of its measuring resistor 21 and its voltage measuring device 23. Depending on the ability of the charging electronics 31 would now at half power or - if the charging electronics 31 is not able - not charged. Only when the battery system 300 has fully charged its own battery 32 would the battery system 200 be able to charge at full power. The battery system 100 could accordingly charge later at full power, namely only when the bat- 32 of the battery systems 200 and 300 are fully charged. The chain is loaded, so to speak, from back to front.
Selbstverständlich könnten bei ausreichender Leistung der Ladequelle 1 alle Bat- teriesysteme 100-300 gleichzeitig mit voller Leistung laden. Ebenso könnte auch kein Verbraucher 2 angeschlossen sein, so dass nur die Batteriesysteme 100-300 mittels der Ladequelle 1 geladen werden. Of course, with sufficient power from the charging source 1, all battery systems 100-300 could simultaneously charge at full power. Likewise, no consumer 2 could be connected, so that only the battery systems 100-300 are charged by means of the charging source 1.
Es könnte auch keine Ladequelle 1 angeschlossen sein, und alle Batteriesysteme 100-300 könnten nur einen oder mehrere Verbraucher 2 versorgen. Dabei würde bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit Dioden das Batteriesystem mit der stärksten Batterie 32 am meisten zur Versorgung beitragen. Bei gleich geladenen Batterien 32 würde das in der Kette letzte Batteriesystem 300 aufgrund der Spannungsabfälle an den Messwiderständen 21 geringfügig mehr als die vorderen Bat- teriesysteme 100, 200 zur Versorgung des Verbrauchers 2 beitragen. No charging source 1 could also be connected, and all battery systems 100-300 could only supply one or more consumers 2. In this case, in the embodiment with diodes shown in FIG. 1, the battery system with the strongest battery 32 would contribute the most to the supply. If the batteries 32 were the same, the last battery system 300 in the chain would contribute slightly more than the front battery systems 100, 200 for supplying the load 2 due to the voltage drops across the measuring resistors 21.
Das zuvor beschriebene Batteriesystem funktioniert in beide Richtungen. Die Stecker der Anschlüsse 1 1 , 12 und 13, 14 können identisch ausgeführt sein, und an beide Anschlüsse können sowohl eine Ladequelle als auch ein elektrischer Verbraucher angeschlossen werden. Die Steuerung 40 kann den Betrag des Stromes durch den Messwiderstand 21 betrachten und bei der Berechnung der Leistung berücksichtigen. Ist eine Ladequelle 1 beispielsweise am Anschluss 1 1 , 12 angeschlossen, so fließt der vom Batteriesystem 100 verbrauchte Strom der Ladeelektronik 31 nicht durch den Messwiderstand 21 , wohl aber wenn die Lade- quelle 1 am Anschluss 13, 14 angeschlossen wäre. The battery system described above works in both directions. The plugs of the terminals 1 1, 12 and 13, 14 may be made identical, and to both terminals, both a charging source and an electrical load can be connected. The controller 40 may consider the amount of current through the sense resistor 21 and take it into account when calculating the power. If a charging source 1 is connected, for example, to the terminal 11, 12, the current of the charging electronics 31 consumed by the battery system 100 does not flow through the measuring resistor 21, but if the charging source 1 were connected to the terminal 13, 14.

Claims

Ansprüche claims
1. Batteriesystem (100), umfassend A battery system (100) comprising
einen Eingangsanschluss (1 1 , 12) zum Empfangen einer Eingangsspannung, einen Ausgangsanschluss (13, 14) zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, eine zwischen den Eingangsanschluss (11 , 12) und den Ausgangsanschluss (13, 14) geschaltete wiederaufladbare Batterie (32), an input terminal (1 1, 12) for receiving an input voltage, an output terminal (13, 14) for outputting an output voltage, a rechargeable battery (32) connected between the input terminal (11, 12) and the output terminal (13, 14),
eine Strommesseinrichtung (21 ) zum Messen eines von einem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses (1 1 , 12) zu einem elektrischen Kontakt des Aus- gangsanschlusses (13, 14) fließenden Stroms, und a current measuring device (21) for measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal (1 1, 12) to an electrical contact of the output terminal (13, 14), and
eine Steuereinrichtung (31 , 40), welche derart ausgestaltet ist, dass sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) auf Grundlage der Eingangsspannung abhängig von dem durch die Messeinrichtung (21 ) gemessenen Strom steuert. a controller (31, 40) configured to control charging of the rechargeable battery (32) based on the input voltage depending on the current measured by the measuring device (21).
2. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1 , 2. Battery system (100) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strommesseinrichtung einen zwischen dem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses (1 1 ) und dem elektrischen Kontakt des Ausgangsanschlusses (13, 14) geschalteten Messwiderstand (21 ) umfasst. the current measuring device comprises a measuring resistor (21) connected between the electrical contact of the input terminal (11) and the electrical contact of the output terminal (13, 14).
3. Batteriesystem ( 00) nach Anspruch 2, 3. Battery system (00) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie eine an dem Messwiderstand (21 ) abfallende Spannung auswertet, um davon abhängig das Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) zu steuern. in that the control device (31, 40) is designed in such a way that it evaluates a voltage dropped across the measuring resistor (21) in order to control the charging of the rechargeable battery (32) in dependence thereon.
4. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der elektrische Kontakt des Eingangsanschlusses ( 1 , 12) und der elektri- sehe Kontakt des Ausgangsanschlusses (13, 14) jeweils ein spannungsführender elektrischer Kontakt ist. in that the electrical contact of the input terminal (1, 12) and the electrical contact of the output terminal (13, 14) are each a live electrical contact.
5. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Batteriesystem in Form einer in ein Gehäuse eines Batteriemoduls integrierten Einheit ausgestaltet ist. that the battery system is designed in the form of a unit integrated in a housing of a battery module.
6. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) veranlasst, falls der von der Strommessein- richtung (21 ) gemessene Strom unter einem Schwellenwert liegt. in that the control device (31, 40) is designed in such a way that it causes a charging of the rechargeable battery (32) if the current measured by the current measuring device (21) is below a threshold value.
7. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie die wiederauf- ladbare Batterie (32) nicht auflädt, falls der von der Strommesseinrichtung (21) gemessene Strom über einem Schwellenwert liegt. in that the control device (31, 40) is designed such that it does not charge the rechargeable battery (32) if the current measured by the current measuring device (21) is above a threshold value.
8. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) veranlasst, falls der von der Strommesseinrichtung (21 ) gemessene Strom unter einem ersten Schwellenwert liegt, während sie die wiederaufladbare Batterie (32) nicht auflädt, falls der von der Strommesseinrichtung (21 ) gemessene Strom über einem zweiten Schwellenwert, welcher größer als der erste Schwellenwert ist, liegt. in that the control device (31, 40) is designed such that it causes charging of the rechargeable battery (32) if the current measured by the current measuring device (21) is below a first threshold while it does not charge the rechargeable battery (32) if the current measured by the current measuring device (21) is above a second threshold which is greater than the first threshold value.
9. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) mit einer ersten Aufladegeschwindigkeit veranlasst, falls der von der Strommesseinrichtung (21 ) gemessene Strom unter einem ersten Schwellenwert liegt, während sie ein Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) mit einer zweiten Aufladegeschwindigkeit veranlasst, falls der von der Strommesseinrichtung (21) gemessene Strom zwischen dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert, welcher größer als der erste Schwellenwert ist, liegt, wobei die zweite Aufladegeschwindigkeit geringer als die erste Auf- ladegeschwindigkeit ist. in that the control device (31, 40) is designed such that it causes the rechargeable battery (32) to be charged at a first charging speed if the current measured by the current measuring device (21) is below a first threshold while charging the rechargeable battery Causing the battery (32) to operate at a second charging rate if the current measured by the current measuring device (21) is between the first threshold and a second threshold greater than the first threshold, the second charging rate being less than the first charging rate is.
10. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die wiederaufladbare Batterie (32) über eine Schalteinrichtung (27) mit dem Eingangsanschluss (1 1 , 12) und/oder dem Ausgangsanschluss (13, 14) gekoppelt ist, wobei die Schalteinrichtung (27) derart ausgestaltet ist, dass sie abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsanschluss (1 1 , 12) bzw. abhängig von der Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss (13, 14) wahlweise sperrt oder leitet. in that the rechargeable battery (32) is coupled to the input terminal (1 1, 12) and / or the output terminal (13, 14) via a switching device (27), the switching device (27) being designed to be dependent on the Input voltage at the input terminal (1 1, 12) or depending on the output voltage at the output terminal (13, 14) selectively blocks or conducts.
1 1. Batteriesystem (100) nach Anspruch 10, 1 1. Battery system (100) according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sie Schalteinrichtung (25-27) einen steuerbaren Schalter (26) und/oder eine Diode (27) umfasst. in that it comprises switching means (25-27), a controllable switch (26) and / or a diode (27).
12. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein Kommunikationsanschluss (15) zur Kommunikation mit einem weiteren Batteriesystem (200, 300), einer Ladequelle (1 ), welche die Eingangsspannung für das Batteriesystem (100) zur Verfügung stellt, und/oder einem mit der Ausgangsspannung des Batteriesystems zu versorgenden elektrischen Verbraucher (2) vorgesehen ist. in that a communication connection (15) is provided for communication with a further battery system (200, 300), a charging source (1) which provides the input voltage for the battery system (100), and / or an electrical consumer to be supplied with the output voltage of the battery system (2) is provided.
13. Batteriesystem (100) nach Anspruch 12, 13. Battery system (100) according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsanschluss (15) zur Übermittlung einer Information über eine verfügbare Leistung der Ladequelle (1 ) an das Batteriesystem (100) vorgesehen ist. characterized, in that the communication connection (15) is provided for the transmission of information about an available power of the charging source (1) to the battery system (100).
14. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Battery system (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Batteriesystem (100) eine Spannungsmesseinrichtung (23) zum Messen der an dem Eingangsanschluss (1 1 , 12) anliegenden Eingangsspannung umfasst. in that the battery system (100) comprises a voltage measuring device (23) for measuring the input voltage applied to the input terminal (1 1, 12).
15. Batteriesystem (100) nach Anspruch 14, 15. Battery system (100) according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinrichtung (31 , 40) derart ausgestaltet ist, dass sie abhängig von der durch die Spannungsmesseinrichtung (23) gemessenen Spannung eine verfügbare Leistung einer Ladequelle (1 ), welche die Eingangsspannung zur Verfü- gung stellt, bestimmt und davon abhängig das Aufladen der wiederaufladbaren Batterie (32) steuert. in that the control device (31, 40) is designed in such a way that, depending on the voltage measured by the voltage measuring device (23), it determines an available power of a charging source (1) which makes the input voltage available and, depending thereon, charging the rechargeable battery (32) controls.
16. Batterieanordnung, umfassend 16. Battery assembly comprising
ein erstes Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und ein zweites Batteriesystem (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, A first battery system (100) according to any preceding claim, and a second battery system (200, 300) according to any one of the preceding claims,
wobei der Ausgangsanschluss (13, 14) des ersten Batteriesystems (100) mit dem Eingangsanschluss (1 1 , 12) des zweiten Batteriesystems (200) gekoppelt ist, so dass das erste Batteriesystem (100) an seinem Ausgangsanschluss die Ein- gangsspannung für das zweite Batteriesystem (200) zur Verfügung stellt. wherein the output terminal (13, 14) of the first battery system (100) is coupled to the input terminal (11, 12) of the second battery system (200) so that the first battery system (100) has the input voltage for the second one at its output terminal Battery system (200) provides.
17. Batterieanordnung nach Anspruch 16, 17. Battery arrangement according to claim 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Eingangsanschluss (1 1 , 12) des ersten Batteriesystems (100) mit einer Ladequelle (1) verbunden ist, und dass der Ausgangsanschluss (13, 14) des zweiten Batteriesystem (200) mit einem elektrischen Verbraucher (2) oder dem Eingangsanschluss (1 1 , 12) eines weiteren Batteriesystems (300) nach einem der Ansprüche 1-15 verbunden ist. that the input terminal (1 1, 12) of the first battery system (100) is connected to a charging source (1), and in that the output terminal (13, 14) of the second battery system (200) is connected to an electrical load (2) or the input terminal (1 1, 12) of a further battery system (300) according to any one of claims 1-15.
18. Verfahren zum Steuern eines Aufladens einer wiederaufladbaren Batterie (32) eines Batteriesystems (100), welches einen Eingangsanschluss (1 1 , 12) zum Empfangen einer Eingangsspannung und einen Ausgangsanschluss (13, 14) zum Ausgeben einer Ausgangsspannung aufweist, 18. A method of controlling a charging of a rechargeable battery (32) of a battery system (100) having an input terminal (1 1, 12) for receiving an input voltage and an output terminal (13, 14) for outputting an output voltage,
umfassend die Schritte: comprising the steps:
Messen eines von einem elektrischen Kontakt des Eingangsanschlusses (1 1 , 12) zu einem elektrischen Kontakt des Ausgangsanschlusses (13, 14) fließenden Stroms, und Measuring a current flowing from an electrical contact of the input terminal (1 1, 12) to an electrical contact of the output terminal (13, 14), and
Steuern des Aufladens der wiederaufladbaren Batterie (32) auf Grundlage der Eingangsspannung abhängig von dem gemessenen Strom.  Controlling the charging of the rechargeable battery (32) based on the input voltage depending on the measured current.
19. Verfahren nach Anspruch 18, 19. The method according to claim 18,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Verfahren automatisch von der Steuereinrichtung (3 , 40) des Batteriesystems (100) nach einem der Ansprüche 1-17 durchgeführt wird. in that the method is carried out automatically by the control device (3, 40) of the battery system (100) according to one of the claims 1-17.
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