DE102010046702B4 - Schaltung und Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen - Google Patents
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Abstract
- bei dem mittels einer Steuerungsvorrichtung (300) eine Zellenspannung (UZ1, UZ2, UZ3, UZ4, UZ5, UZ6) der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) bestimmt wird,
- bei dem mittels der Steuerungsvorrichtung (300) eine erste Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) zur Entladung oder Ladung bestimmt wird,
- bei dem erste Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und zweite Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) zur Auswahl der bestimmten ersten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden,
- bei dem die ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und die zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden, eine erste Verbindung und eine zweite Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) und zwei Anschlüssen (201, 202) einer Speichervorrichtung (200) zu schalten.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung und Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen.
- Nasser H. Kutkut, Deepak M. Divan: Dynamic Equalization Techniques for Series Battery Stacks. In: Proceedings of Intelec '96 - 18th International Telecommunications Energy Conference Boston, MA, USA 6.-10. Oktober 1996, IEEE, 1996, S. 514-521. - ISBN 0-7803-3507-4 sind Schaltungen zum dissipativen und nicht-dissipativen Ladungsausgleich von in Reihe geschalteten Lithium-Ion-Akkumulatorzellen (engl. stack), bekannt. Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden in häufigen Fällen in größeren Reihenschaltungen von vielen Zellen, so genannten „Stacks“ betrieben, um eine hohe Gesamtspannung zu erzielen. Da die Zellen einer starken Produktionsstreuung unterliegen, ist es ohne Zusatzmaßnahmen nicht möglich, jede einzelne Zelle optimal voll zu laden. Die schwächste Zelle begrenzt wegen der Reihenschaltung die Energie, die aus dem Stack entnommen werden, bzw. in ihn hineingeladen werden kann. Besonders vor dem Hintergrund des hohen Preises für die Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen ist es daher wünschenswert, die Kapazität des Stacks möglichst optimal auszunutzen. Dies wird möglich, wenn es durch Zusatzmaßnahmen gelingt, jede einzelne Zelle der Reihenschaltung entsprechend ihrer maximalen Kapazität während des Ladevorgangs ganz voll zu laden bzw. beim Entladen die gesamte Energie zu entnehmen.
- Zudem laufen die Kapazitäten der Zellen durch Alterung, Selbstentladung und andere Leckströme mit der Zeit auseinander. Dies führt dann dazu, dass die entnehmbare Energie im Akkumulator kleiner wird. Die Laufzeit des damit betriebenen Geräts - z.B. ein Elektroauto - wird somit geringer. Um dem entgegenzuwirken, müssen die Zellen von Zeit zu Zeit durch einen Ladungsausgleich wieder neu ausbalanciert werden.
- Ein Verfahren für den Ladungsausgleich ist das so genannte „Passiv Balancing“, bei dem die Zellen, die kurz vor dem Überladen stehen, mittels Widerständen, die parallel zur Zelle geschaltet werden, entladen werden. Dabei wird jedoch die gesamte überschüssige Energie in Verlustwärme umgesetzt. Neuere Verfahren arbeiten mit verlustarmen Speicherelementen, beispielsweise mit Spulen.
- Aus Sihua Wen: Cell balancing buys extra run time and battery life. In: Texas Instruments Incorporated, Analog Applications Journal, 1Q/2009, S.14-18 ist eine Schaltung zum Ladungsausgleich bekannt. Durch die Schaltung wird mittels einer Spule und zwei MOS-Feldeffekttransistoren je Akkumulatorzelle gezielt Energie von einer Zelle auf die Nachbarzelle gepumpt. Durch die Schaltung sind hohe Ausgleichströme zwischen benachbarten Zellen möglich. Im Normalfall sind jedoch die Zelle, die Energie abgeben soll, und diejenige Zelle, die diese Energie aufnehmen muss, nicht direkt nebeneinander, sondern um etliche Zellen voneinander getrennt. Die Ladung muss also in mehreren Zyklen von Zelle zu Zelle gepumpt werden, bis sie endlich dort ankommt, wo sie wirklich gebraucht wird. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Schaltung drastisch reduziert und das Ausgleichen der Ladungen dauert lange.
- Aus Carl Bonfiglio, Werner Roessler: A Cost Optimized Battery Management System with Active Cell ist ebenfalls eine Schaltung zum Ladungsausgleich bekannt. In der Schaltung wird ein großer Übertrager verwendet, der für jede Akkumulatorzelle eine Sekundärwicklung aufweist. Die einzige Primärwicklung kann mit der gesamten Reihenschaltung der Akkumulatorzellen verbunden werden. Die Schaltung erlaubt es, entweder die Energie aus dem Stack zu nehmen und gezielt in eine beliebige Zelle zu schieben oder die Energie aus einer beliebigen Zelle zu entnehmen und sie in den gesamten Stack zurückzuspeisen. Der Vorteil der Schaltung liegt darin, dass die Zellen gezielt behandelt werden können. Große Ströme zum Ladungsausgleich können erzeugt werden. Der benötigte Spezialübertrager ist teuer und begrenzt zudem die Anzahl der Zellen, die von der Schaltung ausgeglichen werden können.
- Aus der vorveröffentlichten Patentanmeldung
US 2008 / 0 191 663 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltung zum Ladungsausgleich möglichst zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
- Demzufolge ist eine Schaltung zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen vorgesehen. Zusätzlich zu den in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen benötigt die Schaltung eine Speichervorrichtung zur Speicherung von Energie. Mittels der Speichervorrichtung ist eine Zwischenspeicherung während des Ladungsausgleichs möglich. Grundsätzlich kann jeder für die Zwischenspeicherung während des Ladungsausgleichs ausreichende Energiespeicher verwendet werden, bevorzugt weist die Speichervorrichtung zumindest eine Induktivität auf. Während des Ladungsausgleichs kann Energie im magnetischen Feld der Induktivität zwischengespeichert werden.
- Die Schaltung weist eine Auswahlvorrichtung auf, die zur Verbindung von einer der Akkumulatorzellen mit der Speichervorrichtung eingerichtet ist. Die Auswahlvorrichtung weist erste Halbleiterschalter und zweite Halbleiterschalter auf. Die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter sind mit Anschlüssen der Akkumulatorzellen verbunden. Zudem sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter mit zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung verbindbar. Beispielsweise sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter mit den zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung über weitere Bauelemente, beispielweise Halbleiterschalter, verbindbar. Alternativ sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter an den zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung angeschlossen. Die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter bilden dabei einen Umschalter zur Umschaltung zwischen den Akkumulatorzellen, wobei die Umschaltfunktion auch als Multiplexer bezeichnet werden kann.
- Die Schaltung weist eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer ersten Auswahl einer ersten Akkumulatorzelle aus mehreren Akkumulatorzellen auf. Die Auswahl kann dabei auf unterschiedlichen Eingangsgrößen basieren. Beispielsweise wird die Auswahl durch die Steuerungsvorrichtung anhand von Messdaten - beispielsweise anhand gemessener Zellenspannungen - bestimmt. Alternativ kann die Auswahl zeitgesteuert - beispielweise zyklisch - erfolgen. Die Auswahl dient dabei einem Laden oder Entladen der ausgewählten ersten Akkumumlatorzelle. Mittels der Auswahl wird Energie aus der ersten Akkumulatorzelle entnommen und in die Speichervorrichtung abzugeben oder mittels der Auswahl wird Energie aus der Speichervorrichtung entnommen und in die erste Akkumulatorzelle abgegeben.
- Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, durch eine Ansteuerung der ersten Halbleiterschalter temporär eine geschaltete erste Verbindung und durch eine Ansteuerung der zweiten Halbleiterschalter temporär eine zweite geschaltete Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten Akkumulatorzelle und den zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung zu steuern. Beide notwendigen Verbindungen zum Entladen oder Laden der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle werden daher durch die ersten und zweiten Halbleiterschalter geschaltet, so dass die Akkumulatorzelle mit keinem Anschluss der Speichervorrichtung festverdrahtet ist.
- Durch eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung, wie diese beispielsweise in der
4 dargestellt ist, werden mehrere Vorteile erzielt. Die Auswahlvorrichtung ermöglicht es, von jeder beliebigen Akkumulatorzelle Energie auf die Speichervorrichtung zu übertragen. Durch die Ausbildung der Auswahlvorrichtung zum Schalten der ersten und zweiten Verbindung kann Ladung unter den Akkumulatorzellen nahezu beliebig ausgetauscht werden. Die ersten und zweiten Halbleiterschalter ermöglichen die Energieübertragung in beide Richtungen, so dass jede Akkumulatorzelle individuell geladen oder entladen werden kann. Hierdurch kann der gesamte Stack in kurzer Zeit ausbalanciert werden. Jede Akkumulatorzelle des Stacks kann dabei maximal voll geladen werden. Dadurch erhöht sich die Reichweite z.B. von Elektroautos, oder es kann ein billigerer Akkumulatortyp genutzt werden. Der Wirkungsgrad des Ausführungsbeispiels der4 ist hoch. Zudem stellt die Lösung gemäß der Ausführungsbeispiele eine besonders preisgünstige Lösung dar, weil nur relativ wenige preisgünstige Standardbauelemente verwendet werden. Insbesondere im Ausführungsbeispiel der4 wird lediglich ein einziger separater Übertrager benötigt, alle anderen Bauelemente können auf einem einzigen Halbleiterchip monolithisch integriert werden. - Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, ein möglichst verbessertes Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen anzugeben.
- Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in der Beschreibung enthalten.
- Demzufolge ist ein Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen vorgesehen.
- In einem Verfahrensschritt wird mittels einer Steuerungsvorrichtung zumindest eine Zellenspannung der Akkumulatorzellen bestimmt. Mittels der Steuerungsvorrichtung wird eine erste Akkumulatorzelle der Akkumulatorzellen zur Entladung oder Ladung bestimmt.
- In einem weiteren Schritt werden erste Halbleiterschalter und zweite Halbleiterschalter zur Auswahl der bestimmten ersten Akkumulatorzelle von der Steuerungsvorrichtung angesteuert.
- Dabei werden die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter von der Steuerungsvorrichtung angesteuert, eine erste Verbindung und eine zweite Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle und zwei Anschlüssen einer Speichervorrichtung zeitgleich zu schalten.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auswahlvorrichtung einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten aufweist. Die ersten Halbleiterschalter sind an den ersten Knoten und die zweiten Halbleiterschalter sind an den zweiten Knoten angeschlossen. Auf den ersten Knoten und den zweiten Knoten wird durch die Umschaltung mittels der ersten Halbleiterschalter und der zweiten Halbleiterschalter die Zellenspannung der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle geschaltet. Demzufolge fließt durch den ersten Knoten und den zweiten Knoten der Ladestrom bzw. Entladestrom der ersten Akkumulatorzelle.
- Aufgrund der Auswahl unterschiedlicher Akkumulatorzellen können in dem ersten Knoten und in dem zweiten Knoten unterschiedliche Potentiale auftreten, die höher oder niedriger sein können als die Potentiale an den Anschlüssen der Akkumulatorzellen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist zumindest einer der ersten Halbleiterschalter und/oder der zweiten Halbleiterschalter zwei antiseriell verschaltete Feldeffekttransistoren auf.
- Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsvariante sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter in einem integrierten Schaltkreis monolithisch integriert. Die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter sind vorzugsweise unmittelbar an Gehäuseanschlüssen angeschlossen, um Verlustleistungen zu minimieren.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerungsvorrichtung zum zeitgleichen Schließen genau eines Halbleiterschalters der ersten Halbleiterschalter und genau eines Halbleiterschalters der zweiten Halbleiterschalter eingerichtet. Durch das Schließen werden die erste geschaltete Verbindung und die zweite geschaltete Verbindung erzeugt. Dabei sind nicht mehrere Halbleiterschalter in Reihe zu Schließen. Beispielsweise im Ausführungsbeispiel, wie dies in
1 dargestellt ist dominieren lediglich die Einschaltwiderstände (RDson) der geschlossenen Halbleiterschalter die Verluste. Beispielsweise beträgt der Einschaltwiderstand (RDson) 1 Ohm, so dass beispielsweise ein Entladungs-/Ladestrom von 100 mA geschaltet werden kann. - In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, eine Zeitdauer zum Schließen eines Halbleiterschalters der ersten Halbleiterschalter und eines Halbleiterschalters der zweiten Halbleiterschalter insbesondere in Abhängigkeit von einem Induktivitätswert der zumindest einen Induktivität zu steuern. Beispielsweise kann durch eine entsprechende Programmierung zwischen verschiedenen Zeitdauern ausgewählt werden. Ebenfalls ist es möglich, die Zeitdauer anhand von Messdaten einzustellen.
- In einer vorteilhaften Weiterbildungsvariante sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter nicht nur zum Umschalten zwischen den Akkumulatorzellen, sondern auch zur Umschaltung der Polarität eingerichtet. Bevorzugt ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, zum Entladen einer ersten Akkumulatorzelle eine erste Zellenspannung der ersten Zelle auf die zwei Anschlüsse der Speichervorrichtung zu schalten und zum Laden einer zweiten Akkumulatorzelle eine zweite Zellenspannung der zweiten Zelle mit inverser Polarität auf die zwei Anschlüsse der Speichervorrichtung zu schalten. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Speichervorrichtung lediglich eine einzige Induktivität aufweist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Speichervorrichtung zumindest eine erste Induktivität und eine zweite Induktivität auf. Die erste Induktivität und die zweite Induktivität sind transformatorisch gekoppelt. Beispielsweise bildet die erste Induktivität eine erste Spule und die zweite Induktivität eine zweite Spule, wobei die erste Spule und die zweite Spule vorteilhafterweise mittels eines Materials mit hoher magnetischer Leitfähigkeit (Ferrite) gekoppelt sind. Vorzugsweise weist die Speichervorrichtung einen Übertrager mit der ersten Induktivität, die als Primärwicklung bezeichnet werden kann, und mit der zweiten Induktivität, die als Sekundärwicklung bezeichnet werden kann, auf.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Induktivität an die zwei Anschlüsse der Speichervorrichtung angeschlossen ist. Weiterhin weist die Speichervorrichtung zwei weitere Anschlüsse auf, an die die zweite Induktivität angeschlossen ist. Erfindungsgemäß weist die Auswahlvorrichtung dritte Halbeiterschalter und vierte Halbleiterschalter auf.
- Die dritten Halbleiterschalter und die vierten Halbleiterschalter sind mit den zwei weiteren Anschlüssen der Speichervorrichtung verbindbar oder unmittelbar an diese angeschlossen.
- Erfindungsgemäß ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, durch eine Ansteuerung der dritten Halbleiterschalter eine geschaltete dritte Verbindung und durch eine Ansteuerung der vierten Halbleiterschalter eine geschaltete vierte Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der zweiten ausgewählten Akkumulatorzelle und den weiteren zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung zu steuern. Beispielsweise kann hierdurch ein gleichzeitiges Entladen der ersten Akkumulatorzelle und Laden der zweiten Akkumulatorzelle erfolgen.
- In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Auswahlvorrichtung zumindest eine Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung auf. Die Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung weist sowohl die Funktion eines Wechselrichters als auch die Funktion eines Synchrongleichrichters auf. Ein Wechselrichter erzeugt aus einer Gleichspannung/Gleichstrom eine Wechselspannung/Wechselstrom. Ein Synchrongleichrichter erzeugt aus einer Wechselspannung/Wechselstrom eine Gleichspannung/Gleichstrom. Die Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung weist für die Funktionen des Wechselrichters und des Synchrongleichrichtens Halbleiterschalter auf.
- Bevorzugt ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, die Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung mittels eines periodischen Steuersignals zu steuern. Vorzugsweise werden die Halbleiterschalter mittels des periodischen Steuersignals geschaltet. Vorzugsweise ist die Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung eingerichtet, eine Polarität einer an den zwei Anschlüssen der Speichervorrichtung anliegenden Zellenspannung in Abhängigkeit vom periodischen Steuersignal zyklisch zu wechseln.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Auswahlvorrichtung eine erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung auf, die mit der ersten Induktivität verbindbar ist. Vorzugsweise ist die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung direkt an die erste Induktivität angeschlossen. Zudem weist die Auswahlvorrichtung eine zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung auf, die mit der zweiten Induktivität verbindbar ist. Vorzugsweise ist die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung direkt an die zweite Induktivität angeschlossen. Die Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, zeitgleich die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung als Wechselrichter und die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung als Synchrongleichrichter mittels periodischer Steuersignale zu steuern. Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung zudem eingerichtet, zeitgleich die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung als Wechselrichter und die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung als Synchrongleichrichter mittels periodischer Steuersignale zu steuern.
- Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
- Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
- Dabei zeigen
-
1 einen schematischen Blockschaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zum Ladungsausgleich, -
2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterschalters, -
2b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbleiterschalters, -
3 einen schematischen Blockschaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zum Ladungsausgleich, und -
4 einen schematischen Blockschaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zum Ladungsausgleich. - In
1 ist eine Schaltung zum Ladungsausgleich durch ein Blockschaltbild schematisch dargestellt. Die Schaltung ist beispielhaft für drei AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 undZ3 dargestellt und kann auf eine größere Anzahl von Akkumulatorzellen - beispielsweise sechzehn Akkumulatorzellen - einfach erweitert werden. Die AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 sind in Reihe geschaltet, wobei sich die ZellenspannungenUZ1 ,UZ2 ,UZ3 der ZellenZ1 ,Z2 ,Z3 addieren. Zum Ausgleich einer unterschiedlichen Ladung der AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 wird eine erste ZelleZ1 mit höherer Ladung entladen und eine zweite ZelleZ2 mit niedriger Ladung durch einen Entladestrom der ersten ZelleZ1 geladen. Während der Lade- und Entladevorgänge soll die Verlustleistung möglichst gering sein. - Die Schaltung weist eine Speichervorrichtung
200 zur Speicherung von Energie auf. Im Ausführungsbeispiel der1 ist die Speichervorrichtung200 eine Spule, die die InduktivitätL1 bildet. Die Spule ist beispielsweise auf einem Ferritkern gewickelt. Alternativ könnte die Speichervorrichtung200 auch ein anderes Speichermittel, beispielsweise einen Kondensator aufweisen. - Die Schaltung weist eine Auswahlvorrichtung
100 auf, die zur Verbindung von einer der AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 mit der Speichervorrichtung200 eingerichtet ist. Hierzu weist die Auswahlvorrichtung100 erste Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und zweite Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 auf. Jeder erste Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 ist jeweils an einen ersten Anschluss111-1 ,111-2 ,111-3 ,111-4 angeschlossen, so dass die ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 an Anschlüsse der AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 angeschlossen sind. Jeder erste Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 ist zudem an einen ersten KnotenKN1 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel der1 ist der ersten KnotenKN1 wiederum an einen speichervorrichtungsseitigen Anschluss191 angeschlossen, so dass der erste KnotenKN1 unmittelbar mit einem ersten Anschluss201 der Speichervorrichtung200 verbunden ist. - Jeder zweite Halbleiterschalter
120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 ist jeweils an einen zweiten Anschluss121-1 ,121-2 ,121-3 ,121-4 angeschlossen, so dass die zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 an Anschlüsse der AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 angeschlossen sind. Jeder zweite Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 ist zudem an einen zweiten KnotenKN2 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel der1 ist der zweite KnotenKN2 wiederum an einen speichervorrichtungsseitigen Anschluss192 angeschlossen, so dass der zweite KnotenKN2 mit einem zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 unmittelbar verbunden ist. - Die Schaltung weist eine Steuerungsvorrichtung
300 zur Steuerung einer ersten Auswahl einer ersten Akkumulatorzelle - zum Beispiel der AkkumulatorzelleZ1 - auf. Die erste Auswahl erfolgt, indem die Steuerungsvorrichtung300 einen Halbleiterschalter (z.B.110-1 ) der ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und einen Halbleiterschalter (z.B.120-2 ) der zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 ansteuert. Die Ansteuerung für die erste Auswahl erfolgt hier, um Energie aus der ersten AkkumulatorzelleZ1 zu entnehmen und in die Speichervorrichtung200 abzugeben. - Danach wird von der Steuerungsvorrichtung
300 eine zweite Auswahl getroffen, indem die Steuerungsvorrichtung300 einen anderen Halbleiterschalter (z.B. 110-3) der ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und einen anderen Halbleiterschalter (z.B.120-2 ) der zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 ansteuert. Die Ansteuerung für die zweite Auswahl erfolgt, um Energie aus der Speichervorrichtung200 zu entnehmen und in eine andere Akkumulatorzelle (z.B.Z2 ) abzugeben. Dies gilt auch vice versa, so dass Ladung der zweiten AkkumulatorzelleZ2 entnommen, in der Speichervorrichtung200 zwischengespeichert und in die erste AkkumulatorzelleZ1 geladen werden kann. Auch jede andere Akkumulatorzelle kann so individuell geladen oder entladen werden. - Um die Akkumulatorzellen
Z1 ,Z2 ,Z3 zu laden oder zu entladen, ist die Steuerungsvorrichtung300 eingerichtet, durch eine Ansteuerung der ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 temporär eine geschaltete erste Verbindung zwischen einem ersten Anschluss der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle - beispielsweise der AkkumulatorzelleZ1 - und dem ersten Anschluss201 der Speichervorrichtung200 zu steuern. Zudem steuert die Steuerungsvorrichtung zeitgleich durch eine Ansteuerung der zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 eine zweite geschaltete Verbindung zwischen einem zweiten Anschluss der ausgewählten AkkumulatorzelleZ1 und dem zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 . Hierzu steuert die Steuerungsvorrichtung300 die Halbleiterschalter110-1 und120-2 in einen geschlossen Zustand. Hingegen steuert die Steuerungsvorrichtung300 die übrigen Halbleiterschalter110-2 ,110-3 ,110-4 und120-1 ,120-3 ,120-4 zeitgleich in einen geöffneten Zustand. - Dabei ist zu beachten, dass die Induktivität
L1 der Speichervorrichtung200 nur begrenzt Energie aufnehmen kann, bis ein Magnetfeld aufgebaut ist. Demzufolge ist die Steuerungsvorrichtung300 eingerichtet, eine Zeitdauer zum Schließen des ersten Halbleiterschalters - hier110-1 - und des zweiten Halbleiterschalters - hier120-2 - in Abhängigkeit von einem Induktivitätswert der InduktivitätL1 zu steuern. - Die Steuerungsvorrichtung
300 ist eingerichtet, zum Entladen einer ersten AkkumulatorzelleZ1 eine erste ZellenspannungUZ1 der ersten ZelleZ1 auf den ersten Anschluss201 und den zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 zu schalten. Im Ausführungsbeispiel der2 werden die Halbleiterschalter110-1 und120-2 geschlossen, so dass an dem ersten Anschluss201 der Speichervorrichtung200 ein höheres Potential und an dem zweiten Anschluss202 ein niedrigeres Potential anliegt, so dass ein Entladestrom vom ersten Anschluss201 durch die InduktivitätL1 zum zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 fließt (technische Stromrichtung). - Soll mit der in der Induktivität
L1 der Speichervorrichtung200 gespeicherten Energie beispielsweise die zweite AkkumulatorzelleZ2 geladen werden, muss der durch das magnetische Feld in der InduktivitätL1 erzeugte Strom in der richtigen Richtung durch die zweite AkkumulatorzelleZ2 fließen. Zum Laden der zweiten AkkumulatorzelleZ2 ist die Steuerungsvorrichtung300 eingerichtet, eine zweite ZellenspannungUZ2 der zweiten AkkumulatorzelleZ2 mit inverser Polarität auf den ersten Anschluss201 und den zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 zu schalten. Im Ausführungsbeispiel der2 werden die Halbleiterschalter110-3 und120-2 geschlossen, so dass der vom Magnetfeld der InduktivitätL1 erzeugte Strom durch den zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 , über den zweiten KnotenKN2 , durch die zweite AkkumulatorzelleZ2 über den ersten KnotenKN1 zum ersten Anschluss201 der Speichervorrichtung200 fließt (technische Stromrichtung). - Je nach geöffnetem oder geschlossenem Zustand der ersten und zweiten Halbleiterschalter
110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 ,120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 kann über jedem geschlossenen Halbleiterschalter eine Spannung abfallen. Jeder Halbleiterschalter muss demzufolge eine Sperrspannung aufweisen, die jede im Normalbetrieb mögliche abfallende Spannung übersteigt. Dabei ist zu beachten, dass bei Halbleiterschaltern110-2 ,110-3 ,120-2 ,120-3 für mittlere AkkumulatorzellenZ2 in der Reihenschaltung positive wie negative Spannungen über demjenigen Halbleiterschalter110-2 ,110-3 ,120-2 ,120-3 auftreten können. - Die
2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterschalters110-1 bei dem aufgrund der Verschaltung im geschlossenen Zustand in nur einer Richtung eine Spannung abfällt. Demzufolge wird lediglich ein einziger MOS-Feldeffekttransistor benötigt. Dieser Transistor ist beispielsweise als HVMOS-Feldeffekttransistor mit einem GateG1 , einer DrainD1 und einer SourceS1 ausgebildet.2b zeigt hingegen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterschalters120-2 bei dem im geschlossenen Zustand Spannungen in beiden Richtungen auftreten können. Demzufolge weist zumindest einer der ersten Halbleiterschalter110-2 ,110-3 und/oder der zweiten Halbleiterschalter120-2 ,120-3 zwei antiseriell verschaltete Feldeffekttransistoren auf. Dabei ist die erste SourceS1 des ersten FeldeffekttransistorsM1 an der zweiten SourceS2 des zweiten FeldeffekttransistorsM2 angeschlossen. Zudem sind das erste GateG1 und das zweite GateG2 miteinander verbunden. Die erste DrainD1 ist an den Anschluss121-2 und die zweite DrainD2 an den zweiten KnotenKN2 angeschlossen. - Im Ausführungsbeispiel der
1 sind die ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und die zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 zusammen mit der Steuerungsvorrichtung300 in einem integrierten Schaltkreis monolithisch integriert. Der integrierte Schaltkreis weist mehrere Gehäuseanschlüsse auf, an denen die Akkumulatorzellen und die Speichervorrichtung200 anschließbar sind. Die ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und die zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 sind durch Verdrahtungen des Schaltkreises vorzugsweise unmittelbar an den Gehäuseanschlüssen angeschlossen, um die Verlustleistung zu minimieren. - Das Ausführungsbeispiel der
1 weist vor allem die Vorteile auf, dass lediglich eine einzige externe Spule benötigt wird, hingegen sind alle anderen Bauelemente auf einem Halbleiterchip integriert. Hierdurch kann eine besonders kostengünstige Lösung erzielt werden. Zudem weist die Schaltung des Ausführungsbeispiels der1 einen hohen Wirkungsgrad auf. Jede Zelle kann individuell geladen oder entladen werden. - Ein zweites Ausführungsbeispiel ist als schematischer Blockschaltplan in der
3 dargestellt. Es sind beispielhaft sechs AkkumulatorzellenZ1 ,Z2 ,Z3 ,Z4 ,Z5 ,Z6 in Reihenschaltung verschaltet. Zusätzlich zum Ausführungsbeispiel der1 weist die Speichervorrichtung200 eine zweite InduktivitätL2 auf, die mit einem dritten Anschluss203 und einem vierten Anschluss204 der Speichervorrichtung200 verbunden ist. Die erste InduktivitätL1 und die zweite InduktivitätL2 sind transformatorisch M gekoppelt, indem beispielsweise eine die erste InduktivitätL1 bildende erste Spule und eine die zweite InduktivitätL2 bildende zweite Spule auf demselben magnetischen Leiter gewickelt sind. - Die Auswahlvorrichtung
100 des Ausführungsbeispiels der3 weist zusätzlich zu den ersten Halbleiterschaltern110-1 ,110-2 ,110-3 ,110-4 und den zweiten Halbleiterschaltern120-1 ,120-2 ,120-3 ,120-4 dritte Halbleiterschalter130-1 ,130-2 ,130-3 ,130-4 und vierte Halbleiterschalter140-1 ,140-2 ,140-3 ,140-4 auf. Die dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 ,130-3 ,130-4 sind an einen dritten KnotenKN3 und die vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 ,140-3 ,140-4 sind an einen vierten KnotenKN4 angeschlossen. - Soll im Ausführungsbeispiel der
3 beispielsweise von der ersten AkkumulatorzelleZ1 Ladung zur vierten AkkumulatorzelleZ4 transferiert werden, werden durch die Steuerungsvorrichtung300 zunächst die Halbleiterschalter110-2 und120-2 geschlossen, um mittels eines Stromflusses durch die erste InduktivitätL1 der Speichervorrichtung200 ein Magnetfeld aufzubauen, um die Energie mittels des Magnetfelds zwischenzuspeichern. Durch die transformatorische KopplungM kann die Energie auch der zweiten InduktivitätL2 entnommen werden und beispielsweise in die vierte AkkumulatorzellenZ4 geladen werden. Alternativ ist auch eine Entnahme wiederum mittels der ersten InduktivitätL1 möglich. - Zusätzlich zu der im Ausführungsbeispiel der
1 erläuterten ersten und zweiten Verbindung ist die Steuerungsvorrichtung300 im Ausführungsbeispiel der3 eingerichtet, durch eine Ansteuerung der dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 ,130-3 ,130-4 eine geschaltete dritte Verbindung zwischen einem ersten Anschluss einer zweiten ausgewählten Akkumulatorzelle (hier -Z4 ) und dem dritten Anschluss203 der Speichervorrichtung200 und durch eine Ansteuerung der vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 ,140-3 ,140-4 eine vierte geschaltete Verbindung zwischen einem zweiten Anschluss der zweiten ausgewählten Akkumulatorzelle (hierZ4 ) und dem vierten Anschluss204 der Speichervorrichtung200 zu steuern. - Ein bevorzugtes drittes Ausführungsbeispiel ist als schematischer Blockschaltplan in
4 dargestellt. Die Auswahlvorrichtung100 weist erste Halbleiterschalter110-1 ,110-2 , zweite Halbleiterschalter120-1 ,120-2 , dritte Halbleiterschalter130-1 ,130-2 und vierte Halbleiterschalter140-1 ,140-2 auf. Die ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 sind an einen ersten KnotenKN1 , die zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 sind an einen zweiten KnotenKN2 , die dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 sind an einen dritten KnotenKN3 und die vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 sind an einen vierten KnotenKN4 angeschlossen. - Die Speichervorrichtung
200 weist eine erste Induktivität mit zwei TeilinduktivitätenL12 undL25 auf. Die TeilinduktivitätL12 ist an einen ersten Anschluss201 und an einen zweiten Anschluss202 der Speichervorrichtung200 angeschlossen. Die TeilinduktivitätL25 ist an den zweiten Anschluss202 und an einen fünften Anschluss205 der Speichervorrichtung200 angeschlossen. - Die Speichervorrichtung
200 weist eine zweite Induktivität mit zwei Teilinduktivitäten L34 undL46 auf. Die TeilinduktivitätL34 ist an einen dritten Anschluss203 und an einen vierten Anschluss204 der Speichervorrichtung200 angeschlossen. Die TeilinduktivitätL46 ist an den vierten Anschluss204 und an einen sechsten Anschluss206 der Speichervorrichtung200 angeschlossen. - Die erste Induktivität und die zweite Induktivität sind transformatorisch M gekoppelt. Durch die zwei Teilinduktivitäten
L12 undL25 der ersten Induktivität und die zwei TeilinduktivitätenL34 undL46 der zweiten Induktivität kann in beiden Richtungen ein Übersetzungsverhältnis ungleich eins - beispielsweise 1 : 1,3 - erzeugt werden. Durch eine ausgangsseitige Reihenschaltung der jeweiligen zwei Teilinduktivitäten - z.B.L34 undL46 - kann zum Laden der ausgewählten Akkumulatorzelle - z.B.Z4 - demzufolge eine höhere Ausgangsspannung ausgegeben werden. - Eine Steuerungsvorrichtung
300 ist zur Steuerung einer ersten Auswahl einer ersten Akkumulatorzelle - beispielsweiseZ2 - vorgesehen. Dabei wird Energie aus der ersten AkkumulatorzelleZ2 entnommen und in die Speichervorrichtung200 abgegeben. Die in der Speichervorrichtung200 gespeicherte Energie wird durch Auswahl einer zweiten Akkumulatorzelle - beispielsweiseZ5 in die zweite AkkumulatorzelleZ5 gespeist. - Vice versa kann aus der zweiten Akkumulatorzelle
Z5 Energie entnommen und in der Speichervorrichtung200 zwischengespeichert werden. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung300 wiederum zur Steuerung der ersten Auswahl der ersten AkkumulatorzelleZ2 eingerichtet, um Energie aus der Speichervorrichtung200 zu entnehmen und in die erste AkkumulatorzelleZ2 abzugeben. - Die Auswahl der ersten Akkumulatorzelle
Z1 ,Z2 oderZ3 bzw. der zweiten AkkumulatorzelleZ4 ,Z5 oderZ6 wird durch die Steuerungsvorrichtung300 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung300 ist eingerichtet, durch eine Ansteuerung der ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 eine geschaltete erste Verbindung und durch eine Ansteuerung der zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 eine geschaltete zweite Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten erste AkkumulatorzelleZ1 ,Z2 oderZ3 und den zwei Anschlüssen201 ,202 der Speichervorrichtung200 zu steuern. Dabei wird beispielsweise die ausgewählte erste Akkumulatorzelle - z.B.Z3 - entladen. - Die Auswahlvorrichtung
100 weist eine erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung150 mit Halbleiterschalter151-1 ,152-1 ,151-2 ,152-2 ,151-3 und152-3 auf, die an den ersten KnotenKN1 und an den zweiten KnotenKN2 und damit an die ersten Halbleiterschalter110-1 ,110-2 und an die zweiten Halbleiterschalter120-1 ,120-2 angeschlossen ist. Der Steueranschluss159 der ersten Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung150 ist mit der Steuerungsvorrichtung300 verbunden. Mittels eines periodischen SteuersignalsSP15 wird die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung150 durch die Steuerungsvorrichtung300 gesteuert. Mittels des periodischen SteuersignalsSP15 werden in einem ersten Teil der Periode die Halbleiterschalter151-2 und152-3 und in einem zweiten Teil der Periode die Halbleiterschalter152-2 und151-3 geschlossen. Hingegen werden die Halbleiterschalter151-1 und152-1 währenddessen in einen geöffneten Zustand gesteuert. Somit liegt an der TeilinduktivitätL12 der ersten Induktivität der Speichervorrichtung200 eine Wechselspannung an, die einen Wechselstrom durch die TeilinduktivitätL12 bewirkt. Der Wechselstrom durch die TeilinduktivitätL12 erzeugt ein wechselndes Magnetfeld, dass in der zweiten Induktivität der Speichervorrichtung200 , also in den TeilinduktivitätenL34 undL46 eine Spannung induziert. - Die Auswahlvorrichtung
100 weist dritte Halbleiterschalter130-1 ,130-2 und vierte Halbleiterschalter140-1 ,140-2 auf. Die Steuerungsvorrichtung300 ist zur Steuerung der dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 und vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 eingerichtet. Die Steuerungsvorrichtung300 ist eingerichtet, durch eine Ansteuerung der dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 eine geschaltete dritte Verbindung und durch eine Ansteuerung der vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 eine vierte geschaltete Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der zweiten ausgewählten Akkumulatorzelle - z.B.Z5 - und den weiteren zwei Anschlüssen203 ,206 der Speichervorrichtung200 zu steuern. - An der Reihenschaltung der Teilinduktivitäten
L34 undL46 der zweiten Induktivität der Speichervorrichtung200 liegt eine induzierte Wechselspannung an, die einen Wechselstrom durch die TeilinduktivitätenL34 undL46 bewirkt. Die Auswahlvorrichtung100 weist eine zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 mit Halbleiterschalter161-1 ,162-1 ,161-2 ,162-2 ,161-3 und162-3 auf, die an den dritten KnotenKN3 und an den vierten KnotenKN4 und damit an die dritten Halbleiterschalter130-1 ,130-2 und an die vierten Halbleiterschalter140-1 ,140-2 angeschlossen ist. Die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 kann als Synchrongleichrichter fungieren. Der Steueranschluss169 der zweiten Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 ist mit der Steuerungsvorrichtung300 verbunden. Mittels eines zweiten periodischen SteuersignalsSP16 wird die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 durch die Steuerungsvorrichtung300 gesteuert. Mittels des zweiten periodischen SteuersignalsSP16 werden in einer ersten Teilperiode die Halbleiterschalter161-1 und162-3 und in einem zweiten Teilperiode die Halbleiterschalter162-1 und161-3 geschlossen. Hingegen werden die Halbleiterschalter161-2 und162-2 währenddessen in einen geöffneten Zustand gesteuert. Durch die Steuerung der Halbleiterschalter161-1 ,161-3 und162-1 ,162-3 wird der Wechselstrom gleichgerichtet und fließt als Gleichstrom über den dritten KnotenKN3 , die zweite ausgewählte Akkumulatorzelle - z.B.Z5 - und über den vierten KnotenKN4 zurück (technische Stromrichtung). - Die Steuerungsvorrichtung
300 ist daher eingerichtet, zeitgleich die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung150 als Wechselrichter und die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 als Synchrongleichrichter mittels der periodischen SteuersignaleSP15 ,SP16 zu steuern. Natürlich ist auch eine umgekehrte Steuerung möglich, indem die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung160 als Wechselrichter und die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung150 als Synchrongleichrichter mittels der periodischen SteuersignaleSP15 ,SP16 gesteuert wird. Vorteilhafterweise ist die Steuerungsvorrichtung300 zudem eingerichtet, durch die Steuerung des Tastverhältnisses des periodischen SteuersignalsSP15 ,SP16 eine Stromstärke des Entladungsstroms oder Ladestroms einzustellen. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der
1 bis4 beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, eine größere oder kleinere Anzahl von Akkumulatorzellen vorzusehen, wobei die Anzahl der ersten, zweiten, dritten und vierten Halbleiterschalter der Auswahlvorrichtung entsprechend an die Zahl der Akkumulatorzellen anzupassen ist. Bevorzugt wird die Schaltung gemäß4 für ein Kraftfahrzeug (Elektroauto) verwendet. - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Auswahlvorrichtung
- 101, 111-1, 111-2, 121-1, 121-2,
- Anschluss
- 121-3, 121-4, 131-1, 131-2, 131-3, 131-4, 141-1, 141-2, 141-3, 141-4, 159, 169, 191, 192, 193, 194, 195, 196, 201, 202, 203, 204, 205, 206 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 120-1,
- Halbleiterschalter
- 120-2, 120-3, 120-4, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 140-1, 140-2, 140-3, 140-4, 151-1, 151-2, 151-3, 152-1, 152-2, 152-3, 161-1, 161-2, 161-3, 162-1, 162-2, 162-3 150, 160
- Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung
- 200
- Speichervorrichtung
- 300
- Steuerungsvorrichtung
- D1, D2
- Drain
- G1, G2
- Gate
- KN1, KN2, KN3, KN4
- Knoten
- L1, L2, L12, L25, L34, L46
- Induktivität
- M
- transformatorische Kopplung
- M1, M2
- Feldeffekttransistoren
- S1, S2
- Source
- St, SP15, SP16
- Steuersignal
- UZ1, UZ2, UZ3, UZ4, UZ5, UZ6
- Zellenspannung
- Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6
- Akkumulatorzelle
Claims (7)
- Schaltung zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6), mit einer Speichervorrichtung (200) zur Speicherung von Energie, mit einer Auswahlvorrichtung (100), die zur Verbindung von einer der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) mit der Speichervorrichtung (200) eingerichtet ist, bei der die Auswahlvorrichtung (100) erste Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und zweite Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) aufweist, bei der die ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und die zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) mit Anschlüssen der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3) und mit zwei Anschlüssen (201, 202) der Speichervorrichtung (200) verbindbar sind, mit einer Steuerungsvorrichtung (300) zur Steuerung einer ersten Auswahl einer ersten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3) der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6), bei der die Steuerungsvorrichtung (300) eingerichtet ist, durch eine Ansteuerung der ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) eine geschaltete erste Verbindung und durch eine Ansteuerung der zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) eine zweite geschaltete Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3) und den zwei Anschlüssen (201, 202) der Speichervorrichtung (200) zu steuern, bei der die Speichervorrichtung (200) zumindest eine erste Induktivität (L1, L12, L23) und eine zweite Induktivität (L2, L45, L56) aufweist, und bei der die erste Induktivität (L1, L12, L23) und die zweite Induktivität (L2, L45, L56) transformatorisch (M) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlvorrichtung (100) dritte Halbleiterschalter (130-1, 130-2, 130-3, 130-4) und vierte Halbleiterschalter (140-1, 140-2, 140-3, 140-4) aufweist, die erste Induktivität (L1, L12, L23) an die zwei Anschlüsse (201, 202) der Speichervorrichtung (200) angeschlossen ist, die Speichervorrichtung (200) zwei weitere Anschlüsse (203, 204) aufweist, an die die zweite Induktivität (L2, L34, L56) angeschlossen ist, und die Steuerungsvorrichtung (300) eingerichtet ist, durch eine Ansteuerung der dritten Halbleiterschalter (130-1, 130-2, 130-3, 130-4) eine geschaltete dritte Verbindung und durch eine Ansteuerung der vierten Halbleiterschalter (140-1, 140-2, 140-3, 140-4) eine vierte geschaltete Verbindung zwischen beiden Anschlüssen einer zweiten ausgewählten Akkumulatorzelle (Z4, Z5, Z6) und den weiteren zwei Anschlüssen (203, 204) der Speichervorrichtung (200) zu steuern.
- Schaltung nach
Anspruch 1 , bei der die Auswahlvorrichtung (100) einen ersten Knoten (KN1) und einen zweiten Knoten (KN2) aufweist, bei der die ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) an den ersten Knoten (KN1) angeschlossen sind, und bei der die zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) an den zweiten Knoten (KN2) angeschlossen sind. - Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerungsvorrichtung (300) eingerichtet ist, eine Zeitdauer zum Schließen eines Halbleiterschalters der ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und eines Halbleiterschalters der zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) insbesondere in Abhängigkeit von einem Induktivitätswert der zumindest einen Induktivität (L1, L2, L12, L23, L45, L56) zu steuern.
- Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerungsvorrichtung (300) mittels Ansteuerung der ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und der zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) eingerichtet ist, zum Entladen einer ersten Akkumulatorzelle (Z1) eine erste Zellenspannung (UZ1) der ersten Zelle (Z1) auf die zwei Anschlüsse (201, 202) der Speichervorrichtung (200) zu schalten und zum Laden einer zweiten Akkumulatorzelle (Z2) eine zweite Zellenspannung (UZ2) der zweiten Zelle (Z2) mit inverser Polarität auf die zwei Anschlüsse (201, 202) der Speichervorrichtung (200) zu schalten.
- Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Auswahlvorrichtung (100) zumindest eine Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung (150, 160) aufweist.
- Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Auswahlvorrichtung (100) eine erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung (150) aufweist, die mit der ersten Induktivität (L12, L23) verbindbar ist, bei der die Auswahlvorrichtung (100) eine zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung (160) aufweist, die mit der zweiten Induktivität (L45, L56) verbindbar ist, bei der die Steuerungsvorrichtung (300) eingerichtet ist, zeitgleich die erste Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung (150) als Wechselrichter und die zweite Wechselrichter-Synchrongleichrichter-Vorrichtung (160) als Synchrongleichrichter zu steuern.
- Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6), bei dem mittels einer Steuerungsvorrichtung (300) eine Zellenspannung (UZ1, UZ2, UZ3, UZ4, UZ5, UZ6) der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) bestimmt wird, bei dem mittels der Steuerungsvorrichtung (300) eine erste Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3) der Akkumulatorzellen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) zur Entladung oder Ladung bestimmt wird, bei dem erste Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und zweite Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) zur Auswahl der bestimmten ersten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden, und bei dem die ersten Halbleiterschalter (110-1, 110-2, 110-3, 110-4) und die zweiten Halbleiterschalter (120-1, 120-2, 120-3, 120-4) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden, eine erste Verbindung und eine zweite Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten ersten Akkumulatorzelle (Z1, Z2, Z3) und zwei Anschlüssen (201, 202) einer Speichervorrichtung (200) zu schalten, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Halbleiterschalter (130-1, 130-2, 130-3, 130-4) und vierte Halbleiterschalter (140-1, 140-2, 140-3, 140-4) zur Auswahl einer bestimmten zweiten Akkumulatorzelle (Z4, Z5, Z6) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden, und die dritten Halbleiterschalter (130-1, 130-2, 130-3, 130-4) und die vierten Halbleiterschalter (140-1, 140-2, 140-3, 140-4) von der Steuerungsvorrichtung (300) angesteuert werden, eine dritte Verbindung und eine vierte Verbindung zwischen beiden Anschlüssen der ausgewählten zweiten Akkumulatorzelle (Z4, Z5, Z6) und zwei weiteren Anschlüssen (203, 204) der Speichervorrichtung (200) zu schalten.
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