DE102015211683A1 - Method for charging target batteries with a buffer battery system - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Laden einer Zielbatterie (72), insbesondere der Traktionsbatterie (72a) eines Elektrofahrzeugs (74) oder der Speicherbatterie eines Range-Extenders für ein Elektrofahrzeug (74), mit Energie aus einem Stromnetz, insbesondere einem öffentlichem Stromnetz, mit folgenden Schritten: a) mittels des Stromnetzes wird zunächst eine Pufferbatterie (4) aufgeladen, und b) mittels der Pufferbatterie (4) wird die Zielbatterie (72) aufgeladen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbatterie (4) mehrere, unterschiedlich verschaltbare Akkumodule (6, 6a, 6b) aufweist, und die Verschaltung der Akkumodule (6, 6a, 6b) zwischen Schritt a) und Schritt b) verändert wird, wobei während Schritt a) die Akkumodule (6, 6a, 6b) so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie (4) eine erste Spannungslage (SPB1) aufweist, die kleiner ist als eine Spitzenspannung (USP) des Stromnetzes, wobei während Schritt b) die Akkumodule (6, 6a, 6b) so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie (4) eine zweite Spannungslage (SPB2) aufweist, die größer ist als die Spannungslage (SZB) der Zielbatterie (72), und dass die erste Spannungslage (SPB1) der Pufferbatterie (4) während Schritt a) kleiner ist als die zweite Spannungslage (SPB2) der Pufferbatterie (4) während Schritt b). Die Erfindung gibt ein einfaches, flexibles und kostengünstiges Verfahren zum Laden, insbesondere Schnellladen, einer Zielbatterie mittels einer Pufferbatterie an, insbesondere mit dem die Einsatzbereitschaft von Elektrofahrzeugen verbessert werden kann und eine Belastung des speisenden Netzes vermindert werden kann.A method for charging a target battery (72), in particular the traction battery (72a) of an electric vehicle (74) or the storage battery of a range extender for an electric vehicle (74), with energy from a power grid, in particular a public power grid, comprising the following steps: a) by means of the power grid, a backup battery (4) is first charged, and b) by means of the backup battery (4), the target battery (72) is charged, characterized in that the backup battery (4) a plurality of differently connectable battery modules (6, 6a , 6b), and the interconnection of the battery modules (6, 6a, 6b) between step a) and step b) is changed, wherein during step a) the battery modules (6, 6a, 6b) are connected so that the backup battery ( 4) has a first voltage level (SPB1), which is smaller than a peak voltage (USP) of the power network, wherein during step b) the battery modules (6, 6a, 6b) are connected so that the backup battery (4) has a two Ite voltage level (SPB2), which is greater than the voltage level (SZB) of the target battery (72), and that the first voltage level (SPB1) of the backup battery (4) during step a) is smaller than the second voltage level (SPB2) of the backup battery (4) during step b). The invention provides a simple, flexible and cost-effective method for charging, in particular fast charging, a target battery by means of a backup battery, in particular with which the operational readiness of electric vehicles can be improved and a load of the feeding network can be reduced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Zielbatterie, insbesondere der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder der Speicherbatterie eines Range-Extenders für ein Elektrofahrzeug, mit Energie aus einem Stromnetz, insbesondere einem öffentlichem Stromnetz, mit folgenden Schritten:

• a) mittels des Stromnetzes wird zunächst eine Pufferbatterie aufgeladen, und
• b) mittels der Pufferbatterie wird die Zielbatterie aufgeladen.

The invention relates to a method for charging a target battery, in particular the traction battery of an electric vehicle or the storage battery of a range extender for an electric vehicle, with energy from a power grid, in particular a public power grid, comprising the following steps:

• a) by means of the power grid, a backup battery is first charged, and
• b) the target battery is charged by means of the backup battery.

Ein solches Verfahren ist in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2015 205 811.5 beschrieben.Such a method is in the post-published German patent application 10 2015 205 811.5 described.

Die Verbreitung von Elektromobilität wird nicht zuletzt durch die begrenzte Reichweite von Elektrofahrzeugen gehemmt. Ein Nachladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs kostet Zeit und erfordert im Allgemeinen eine spezielle Ladestation. Mittels eines Range-Extenders kann die Reichweite eines Elektrofahrzeugs erhöht werden. Der Range-Extender kann dabei eine Speicherbatterie umfassen, aus der das Elektrofahrzeug versorgt wird.The spread of electromobility is being hampered not least by the limited range of electric vehicles. Recharging a traction battery of an electric vehicle takes time and generally requires a special charging station. Using a range extender, the range of an electric vehicle can be increased. The range extender can include a storage battery from which the electric vehicle is powered.

In der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2015 205 811.5 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels eines auf einem Range-Extender-Fahrzeug angeordneten Energiespeichers ein Hauptfahrzeug-Energiespeicher nachgeladen wird. Die Energiespeicher von Hauptfahrzeug und Range-Extender-Fahrzeug können dabei elektrochemische Akkumulatoren sein.In the post-published German patent application 10 2015 205 811.5 describes a method in which a main vehicle energy storage device is recharged by means of an energy store arranged on a range extender vehicle. The energy storage of main vehicle and range extender vehicle can be electrochemical batteries.

Um den Hauptfahrzeug-Energiespeicher mittels des Range-Extender-Energiespeichers aufzuladen, muss dabei zunächst der Range-Extender-Energiespeicher aus einem Stromnetz geladen werden. Es ist dazu im Allgemeinen eine kostenintensive Ladeinfrastruktur, etwa in der Art einer Ladestation, notwendig.In order to charge the main vehicle energy storage by means of the range extender energy storage, the range extender energy storage must first be charged from a power grid. This generally requires a costly charging infrastructure, such as a charging station.

Aus der DE 10 2012 011 960 A1 ist ein Range-Extender-Anhänger für ein Elektrofahrzeug bekannt, wobei der Range-Extender-Anhänger eine Batterie umfasst, die mittels eines bidirektionalen Inverters aus einem Wechselspannungsnetz geladen werden kann, und die mittels eines DC/DC-Wandlers an die Spannungsebene des Elektrofahrzeugs angepasst werden kann. Nicht bevorzugt ist dabei eine Nachladung der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs aus der Batterie des Range-Extender-Anhängers.From the DE 10 2012 011 960 A1 a range extender trailer for an electric vehicle is known, wherein the range extender trailer includes a battery that can be charged by means of a bidirectional inverter from an AC network, and adapted by means of a DC / DC converter to the voltage level of the electric vehicle can be. Not preferred is a recharge of the traction battery of the electric vehicle from the battery of the range extender trailer.

Eine Ladestation, mit der ein Akkumulator aus einem Wechselstromnetz, wie es typischerweise als öffentliches Stromnetz zur Verfügung steht, geladen werden kann, umfasst üblicherweise einen Transformator, einen AC-DC-Wandler und einen Laderegler. Eine solche Ladestation ist dadurch im Allgemeinen recht teuer, weist einen nicht unerheblichen Platzbedarf auf und belastet das Netz stoßweise durch Entnahme hoher Ladeströme. Diese Aspekte werden insbesondere problematisch, wenn die Ladestation für Hochvoltbatterien mit großer Kapazität, wie sie zur Versorgung von Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, verwendet werden soll, insbesondere bei Schnellladung.A charging station, with which an accumulator can be charged from an alternating current network, as is typically available as a public power grid, usually comprises a transformer, an AC-DC converter and a charge controller. As a result, such a charging station is generally quite expensive, has a considerable space requirement and pollutes the network intermittently by removing high charging currents. These aspects are particularly problematic when the charging station for high-voltage high-voltage batteries, such as those used to power drive motors of electric vehicles, should be used, especially during rapid charging.

Weiterhin sollte zum Laden des Hauptfahrzeug-Energiespeichers, die Spannungslage des Range-Extender-Energiespeichers über der Ladeschlussspannung des Hauptfahrzeug-Energiespeichers liegen. Der Range-Extender-Energiespeicher muss daher auf eine entsprechend hohe Spannung aufladbar sein und aufgeladen werden. Dadurch werden die Anforderungen an die Ladeinfrastruktur für den Range-Extender-Energiespeicher weiter erhöht.Furthermore, for charging the main vehicle energy storage, the voltage level of the range extender energy storage should be above the charge voltage of the main vehicle energy storage. The range extender energy storage must therefore be rechargeable and rechargeable to a correspondingly high voltage. This will further increase the charging infrastructure requirements for the range extender energy storage.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, flexibles und kostengünstiges Verfahren zum Laden, vorzugsweise Schnellladen, einer Zielbatterie mittels einer Pufferbatterie anzugeben, insbesondere mit dem die Einsatzbereitschaft von Elektrofahrzeugen verbessert werden kann und eine Belastung des speisenden Netzes vermindert werden kann.The invention has for its object to provide a simple, flexible and cost-effective method for charging, preferably fast charging, a target battery by means of a backup battery, in particular with the operational readiness of electric vehicles can be improved and a load of the feeding network can be reduced.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pufferbatterie mehrere,
unterschiedlich verschaltbare Akkumodule aufweist, und die Verschaltung der Akkumodule zwischen Schritt a) und Schritt b) verändert wird,
wobei während Schritt a) die Akkumodule so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie eine erste Spannungslage aufweist, die kleiner ist als eine Spitzenspannung des Stromnetzes,
wobei während Schritt b) die Akkumodule so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie eine zweite Spannungslage aufweist, die größer ist als die Spannungslage der Zielbatterie,
und dass die erste Spannungslage der Pufferbatterie während Schritt a) kleiner ist als die zweite Spannungslage der Pufferbatterie während Schritt b).This object is achieved by a method of the type described above, which is characterized in that the backup battery several,
having different interconnected battery modules, and the interconnection of the battery modules between step a) and step b) is changed,
wherein during step a) the battery modules are connected such that the buffer battery has a first voltage level that is smaller than a peak voltage of the power network,
wherein during step b) the battery modules are connected in such a way that the buffer battery has a second voltage level that is greater than the voltage level of the target battery,
and that the first voltage level of the backup battery during step a) is smaller than the second voltage level of the backup battery during step b).

Indem die Pufferbatterie aus unterschiedlich verschaltbaren Akkumodulen aufgebaut wird, können die Anforderungen an eine Ladeinfrastruktur für die Pufferbatterie wesentlich vereinfacht werden. Zum Aufladen der Pufferbatterie werden erfindungsgemäß die Akkumodule derart verschaltet, dass eine Spannungslage der Pufferbatterie kleiner ist als eine Spitzenspannung des Stromnetzes. Dadurch kann auf einen Transformator zum Laden der Pufferbatterie verzichtet werden. Insbesondere können auch kleine Spitzenspannungen (etwa im Vergleich zur Spannungslage der Zielbatterie) zum Aufladen der Akkumodule der Pufferbatterie eingesetzt werden. Die Spitzenspannung braucht nur größer zu sein als die Spannungslage der einzelnen Akkumodule der Pufferbatterie.By constructing the backup battery from different connectable battery modules, the requirements for a charging infrastructure for the backup battery can be significantly simplified. For charging the backup battery, the battery modules according to the invention are connected such that a voltage level of the backup battery is smaller than one Peak voltage of the power grid. This can be dispensed with a transformer for charging the backup battery. In particular, even small peak voltages (for example compared to the voltage level of the target battery) can be used for charging the battery modules of the backup battery. The peak voltage only needs to be greater than the voltage level of the individual battery modules of the backup battery.

Bevorzugt ist in Schritt a) die erste Spannungslage der Pufferbatterie während wenigstens 50% der gesamten Ladedauer der Pufferbatterie, besonders bevorzugt während wenigstens 70% der gesamten Ladedauer, kleiner als die momentane Spannung des Stromnetzes. Die erste Spannungslage kann dazu durch Verändern der Verschaltung der Akkumodule verändert werden, insbesondere wenn die Spannung des Stromnetzes über der Zeit veränderlich ist oder die aktuelle Spannungslage der einzelnen Akkumodule während des Ladevorgangs sich deutlich verändert.Preferably, in step a) the first voltage level of the backup battery during at least 50% of the total charging time of the backup battery, more preferably during at least 70% of the total charging time, less than the current voltage of the power grid. The first voltage level can be changed by changing the interconnection of the battery modules, in particular if the voltage of the power supply system is variable over time or the current voltage level of the individual battery modules changes significantly during the charging process.

Während im Stand der Technik üblicherweise eine Anpassung der Ladespannung an die Pufferbatterie erfolgt, wird im Rahmen der Erfindung die Pufferbatterie durch Anpassen der Verschaltung der Akkumodule an eine zur Verfügung stehende Spannung eines Stromnetzes angepasst. Dies erlaubt eine wesentliche Vereinfachung der Ladeinfrastruktur für die Pufferbatterie. Die vereinfachte Ladeinfrastruktur für die Pufferbatterie basiert im Wesentlichen auf Schalteinrichtungen und benötigt insbesondere keinen Transformator oder herkömmlichen DC/DC-Wandler. Insbesondere kann die vereinfachte Ladeinfrastruktur in die Pufferbatterie integriert werden. Es kann dann auf stationäre Einrichtungen zum Aufladen der Pufferbatterie verzichtet werden; anstelle einer Ladestation ist nur noch ein Stromanschluss (z. B. eine Steckdose) erforderlich. Dadurch wird die Flexibilität beim Einsatz der Pufferbatterie deutlich erhöht. Die erfindungsgemäße Pufferbatterie kann weiterhin selbst als Ladestation oder Schnellladestation aufgebaut werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ladestationen benötigt sie einen nur geringen Anschlusswert am Netz und ist durch die Pufferbatterie dennoch zur Schnellladung befähigt.While in the prior art usually an adjustment of the charging voltage to the backup battery, the backup battery is adjusted by adjusting the interconnection of the battery modules to an available voltage of a power grid in the invention. This allows a substantial simplification of the charging infrastructure for the backup battery. The simplified charging infrastructure for the backup battery is based essentially on switching devices and in particular requires no transformer or conventional DC / DC converter. In particular, the simplified charging infrastructure can be integrated into the backup battery. It can then be dispensed with stationary devices for charging the backup battery; instead of a charging station only a power connection (eg a socket) is required. This significantly increases the flexibility when using the backup battery. The buffer battery according to the invention can continue to be built even as a charging station or fast charging station. In contrast to conventional charging stations, it requires only a low connection value at the mains and is nevertheless capable of fast charging due to the back-up battery.

Um die Zielbatterie mit der Pufferbatterie zu laden, wird die Verschaltung der Akkumodule in Schritt b) derart geändert, dass nun die zweite Spannungslage der Pufferbatterie größer ist als die Spannungslage der Zielbatterie. Die zweite Spannungslage der Pufferbatterie ist dabei größer als die erste Spannungslage der Pufferbatterie. Durch serielle Verschaltung von Akkumodulen der Pufferbatterie addieren sich die Spannungslagen der Akkumodule auf, so dass auch hohe Spannungslagen der Pufferbatterie (insbesondere im Vergleich zur Spitzenspannung des Stromnetzes) erreichbar sind. Die Zielbatterie kann dadurch in einfacher Weise aus der Pufferbatterie geladen werden, insbesondere ohne einen herkömmlichen DC/DC-Wandler. Bevorzugt kann die zweite Spannungslage der Pufferbatterie an verschiedene Spannungslagen unterschiedlicher Zielbatterien angepasst werden. Dadurch kann die Flexibilität beim Einsatz der Pufferbatterie weiter erhöht werden.In order to charge the target battery with the backup battery, the interconnection of the battery modules in step b) is changed such that now the second voltage level of the backup battery is greater than the voltage level of the target battery. The second voltage of the buffer battery is greater than the first voltage of the buffer battery. By serial connection of battery modules of the backup battery, the voltage levels of the battery modules add up, so that even high voltage levels of the backup battery (especially compared to the peak voltage of the power grid) can be achieved. The target battery can thereby be easily charged from the backup battery, in particular without a conventional DC / DC converter. Preferably, the second voltage of the buffer battery can be adapted to different voltage levels of different target batteries. As a result, the flexibility in the use of the backup battery can be further increased.

Typischerweise ist die zweite Spannungslage um 50% oder mehr, bevorzugt 100% oder mehr, größer als die erste Spannungslage der Pufferbatterie. Das (öffentliche) Stromnetz hat typischerweise eine Spitzenspannung von 100 V bis 400 V (oder auch eine Effektivspannung von 110–240 V), bei 50–60 Hz (Wechselstrom). Falls die Spannungslage der Pufferbatterie während Schritt a) oder b) veränderlich ist, ist die größte erste Spannungslage kleiner als die kleinste zweite Spannungslage.Typically, the second voltage level is 50% or more, preferably 100% or more, greater than the first voltage level of the backup battery. The (public) power grid typically has a peak voltage of 100 V to 400 V (or even an RMS voltage of 110-240 V) at 50-60 Hz (AC). If the voltage level of the backup battery during step a) or b) is variable, the largest first voltage level is smaller than the smallest second voltage level.

Ein einzelnes Akkumodul kann mehrere Akkuzellen umfassen, wobei die Akkuzellen in einer Reihenschaltung, Parallelschaltung oder einer kombinierten Parallel-/Reihenschaltung angeordnet sein können. Die Akkuzellen können dabei verschiedenartig oder bevorzugt gleichartig ausgebildet sein. Ein Akkumodul kann alternativ auch einer einzelnen Akkuzelle entsprechen. Die Akkumodule können unterschiedlich verschaltet werden, insbesondere wobei eine Anzahl von in Reihe geschalteten Akkumodulen variiert werden kann. Einzelne Verschaltungszustände können die Akkumodule oder einen Teil der Akkumodule in einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung oder einer kombinierten Parallel-/Reihenschaltung verschalten.A single battery module may comprise a plurality of battery cells, wherein the battery cells may be arranged in series connection, parallel connection or a combined parallel / series circuit. The battery cells can be designed differently or preferably similar. A battery module may alternatively correspond to a single battery cell. The battery modules can be interconnected differently, in particular wherein a number of series-connected battery modules can be varied. Individual circuitry states may interconnect the battery modules or a portion of the battery modules in a series connection, a parallel connection or a combined parallel / series circuit.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe Spannungslage und Spannung hier betragsmäßig verstanden werden. Ein polungsrichtiger Anschluss und Vergleich von Spannungsgrößen wird vorausgesetzt. Die Spannungslage der Pufferbatterie ist der Betrag der momentanen, zwischen zwei Anschlusspolen der Pufferbatterie herrschenden Spannung. Die (momentane) Spannungslage der Pufferbatterie ist eine Funktion der Anzahl der in Serie verschalteten Akkumodule, weiterhin eine Funktion des Ladezustands der Akkumodule (State of Charge, SOC) und weiterhin eine Funktion des Alterungszustands der Akkumodule (State of Health, SOH).It should be noted that the terms voltage and voltage are understood here in terms of amount. A polarity-correct connection and comparison of voltage values is assumed. The voltage level of the buffer battery is the amount of instantaneous, prevailing between two terminal poles of the backup battery voltage. The (instantaneous) voltage state of the backup battery is a function of the number of battery modules connected in series, furthermore a function of the state of charge of the battery modules (SOC) and furthermore a function of the state of health of the battery modules (SOH).

Bevorzugte Varianten der ErfindungPreferred variants of the invention

Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Spannungslage der Zielbatterie höher ist als die Spitzenspannung des Stromnetzes. In dieser Situation kann die Spannung des Stromnetzes nicht direkt zum Aufladen der Zielbatterie eingesetzt werden. Durch die Erfindung kann dennoch die Spannung des Stromnetzes für die Aufladung der Zielbatterie ohne Nutzung eines Transformators oder DC/DC-Wandlers genutzt werden, indem die Spannungslage der Pufferbatterie umgeschaltet wird. Zum Laden der Pufferbatterie wird die niedrige erste Spannungslage genutzt, und zum Laden der Zielbatterie wird die hohe zweite Spannungslage genutzt. Es kann somit ohne eine aufwendige Ladeinfrastruktur eine Zielbatterie geladen werden, deren Spannungslage größer ist als die Spitzenspannung des Stromnetzes. Insbesondere kann die Spannungslage der Zielbatterie wesentlich größer sein als die Spitzenspannung des Stromnetzes, etwa um wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, besonders bevorzugt wenigstens 100% oder ganz besonders bevorzugt wenigstens 200%. Falls die Spannungslage der Zielbatterie veränderlich ist, ist zumindest eine Ladeschlussspannung der Zielbatterie größer als die Spitzenspannung des Stromnetzes, bevorzugt ist die Spannungslage der Zielbatterie während des gesamten Schritts b) größer als die Spitzenspannung des Stromnetzes.In a particularly preferred variant of the method according to the invention, it is provided that the voltage level of the target battery is higher than the peak voltage of the power grid. In this situation, the voltage of the power grid can not be used directly to charge the target battery. The invention can still the voltage of the power grid for charging the target battery be used without the use of a transformer or DC / DC converter by the voltage of the buffer battery is switched. The low first voltage level is used to charge the backup battery, and the high second voltage level is used to charge the target battery. It can thus be charged without a complex charging infrastructure, a target battery whose voltage level is greater than the peak voltage of the power grid. In particular, the voltage level of the target battery can be substantially greater than the peak voltage of the power grid, for example by at least 30%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 100% or very particularly preferably at least 200%. If the voltage level of the target battery is variable, at least one charging end voltage of the target battery is greater than the peak voltage of the power grid, preferably the voltage level of the target battery during the entire step b) is greater than the peak voltage of the power grid.

Vorteilhaft ist eine Variante, bei der vorgesehen ist, dass in Schritt b) eine größere Anzahl von Akkumodulen in Serie geschaltet ist als in Schritt a). Dadurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die zweite Spannungslage der Pufferbatterie größer ist als die erste Spannungslage. Falls die Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen während Schritt a) oder b) veränderlich ist, gilt die vorgenannte Bedingung für alle Zeiten von Schritt a) und b). Typischerweise sind alle Akkumodule der Pufferbatterie gleichartig ausgebildet. Für die Bestimmung der Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen wird eine Gruppe von parallel zueinander geschalteten Akkumodulen, die Teil einer Serienschaltung ist, wie ein Akkumodul gezählt.Advantageously, a variant in which it is provided that in step b) a larger number of battery modules is connected in series than in step a). As a result, it can be achieved in a simple manner that the second voltage level of the buffer battery is greater than the first voltage level. If the number of battery modules connected in series during step a) or b) is variable, the aforementioned condition applies to all times of step a) and b). Typically, all the battery modules of the backup battery are the same. For the determination of the number of battery modules connected in series, a group of battery modules connected in parallel, which is part of a series circuit, is counted like a battery module.

Bei einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Pufferbatterie zwei Akkumodule umfasst, die in Schritt a) parallel verschaltet sind, und in Schritt b) in Serie verschaltet sind. Dadurch können in Schritt a) beide Akkumodule gleichzeitig geladen werden, und in Schritt b) addieren sich die Spannungslagen der beiden Akkumodule.In a preferred variant, it is provided that the buffer battery comprises two battery modules, which are connected in parallel in step a), and are connected in series in step b). As a result, in step a) both battery modules can be charged at the same time, and in step b) the voltage levels of the two battery modules are added together.

Besonders bevorzugt ist eine Variante, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in Schritt a) nur eine Teilmenge der Akkumodule zur gleichen Zeit aufgeladen wird, insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule aufgeladen werden. Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der vorgesehen ist, dass zumindest während eines Teils von Schritt b) nur eine Teilmenge der Akkumodule zur gleichen Zeit zum Aufladen der Zielbatterie benutzt wird, insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule zum Aufladen der Zielbatterie benutzt werden. Es kann dadurch jeweils die Spannungslage der Pufferbatterie gezielt variiert werden. Auch können einzelne Akkumodule zeitweise oder dauerhaft entlastet werden, beispielsweise wenn ihr SOH vergleichsweise stark abgesunken ist. So können, etwa um eine thermische Überlastung der Akkumodule zu vermeiden, nacheinander jeweils einzelne Akkumodule oder Gruppen von Akkumodulen zeitweise nicht verwendet werden. Dasselbe Akkumodul kann dabei an mehreren Teilmengen beteiligt sein, insbesondere wenn eine Teilmenge mehr als die Hälfte der Akkumodule umfasst, oder die Gesamtzahl der Akkumodule der Pufferbatterie nicht einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Akkumodule je Teilmenge entspricht. Bevorzugt werden die nicht am jeweiligen Ladevorgang beteiligten Akkumodule zyklisch durchvariiert. Die Anzahl der Akkumodule je Teilmenge kann über den Verlauf von Schritt a) oder Schritt b) veränderlich sein, insbesondere kann sie zum Ende von Schritt a) hin (mehrfach) reduziert werden oder zum Ende von Schritt b) hin (mehrfach) erhöht werden.Particularly preferred is a variant, which is characterized in that in step a) only a subset of the battery modules is charged at the same time, in particular wherein successively different subsets of the battery modules are charged. Also advantageous is a variant in which it is provided that at least during a part of step b) only a subset of the battery modules is used at the same time for charging the target battery, in particular wherein successively different subsets of the battery modules are used to charge the target battery. It can thereby be varied in each case the voltage level of the backup battery. Also, individual battery modules can be temporarily or permanently relieved, for example, if their SOH has fallen relatively sharply. Thus, in order to avoid a thermal overload of the battery modules, in succession, individual battery modules or groups of battery modules can not be used in succession. The same battery module can be involved in several subsets, especially if a subset comprises more than half of the battery modules, or the total number of battery modules of the backup battery does not correspond to an integer multiple of the number of battery modules per subset. Preferably, the battery modules not involved in the respective charging process are cyclically varied. The number of accumulator modules per subset can be variable over the course of step a) or step b); in particular, it can be reduced (several times) towards the end of step a) or increased (several times) towards the end of step b).

Besonders bevorzugt ist eine Weiterentwicklung der beiden vorgenannten Varianten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein momentaner Zustand, insbesondere Ladezustand oder Alterungszustand, der einzelnen Akkumodule überwacht wird, und dass der momentane Zustand der einzelnen Akkumodule bei der Verschaltung der Akkumodule während Schritt a) und/oder Schritt b) berücksichtigt wird, insbesondere indem einzelne Akkumodule vorrangig oder nachrangig bei der Zusammenstellung von Teilmengen berücksichtigt werden. Es kann dadurch erreicht werden, dass eine momentane Spannungslage jedes einzelnen Akkumoduls stets näherungsweise gleich groß ist wie eine momentane Spannungslage aller anderen Akkumodule. Eine Abweichung zwischen der größten und kleinsten momentanen Spannungslage zweier Akkumodule kann beispielsweise auf höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5%, begrenzt werden. Insbesondere kann auch bei einem Absinken der Spannungslage einzelner oder aller Akkumodule, etwa wegen Entladung oder Alterung, die Anzahl der in Serie verschalteten Akkumodule erhöht werden, um diese Effekte auszugleichen.Particularly preferred is a further development of the two aforementioned variants, which is characterized in that a current state, in particular state of charge or aging state, of the individual battery modules is monitored, and that the instantaneous state of the individual battery modules during the connection of the battery modules during step a) and / or step b) is taken into account, in particular by individual battery modules are considered as a priority or subordinate in the compilation of subsets. It can thereby be achieved that a momentary voltage level of each individual battery module is always approximately the same size as a current voltage level of all other battery modules. A deviation between the largest and smallest momentary voltage level of two battery modules can be limited to at most 10%, preferably at most 5%, for example. In particular, even with a decrease in the voltage level of individual or all battery modules, for example due to discharge or aging, the number of battery modules connected in series can be increased in order to compensate for these effects.

Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der über den Verlauf von Schritt b) eine Anzahl von in Serie verschalteten Akkumodulen erhöht wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die zweite Spannungslage der Pufferbatterie größer bleibt als die Spannungslage der Zielbatterie, obwohl über den Verlauf von Schritt b) die Spannungslage der Zielbatterie ansteigt und die Spannungslage der einzelnen Akkumodule der Pufferbatterie absinkt. Insbesondere kann ein definierter Abstand zwischen der zweiten Spannungslage der Pufferbatterie und der Spannungslage der Zielbatterie über den gesamten Verlauf von Schritt b) aufrecht erhalten werden. Die zweite Spannungslage der Pufferbatterie kann beispielsweise in einem Intervall von 10% bis 20% über der momentanen Spannungslage der Zielbatterie gehalten werden.Also advantageous is a variant in which over the course of step b) a number of accumulator modules connected in series is increased. This ensures that the second voltage level of the backup battery remains greater than the voltage level of the target battery, although over the course of step b) the voltage level of the target battery increases and the voltage level of the individual battery modules of the backup battery drops. In particular, a defined distance between the second voltage level of the backup battery and the voltage level of the target battery can be maintained over the entire course of step b). The second voltage level of the backup battery can be maintained, for example, in an interval of 10% to 20% above the current voltage level of the target battery.

Bei einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass in Schritt a) ein Ladestrom der Pufferbatterie und in Schritt b) ein Ladestrom der Zielbatterie begrenzt wird, insbesondere durch Pulsen der jeweiligen Ladeströme mit Regelung einer Pulslänge und/oder einer Pulsfrequenz, bevorzugt wobei in Schritt a) das Laden der Pufferbatterie und in Schritt b) das Laden der Zielbatterie mit konstantem Strom erfolgt. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass die Akkumodule der Pufferbatterie und die Zielbatterie nicht durch übermäßig große Ströme überlastet oder beschädigt werden. Insbesondere kann eine Überlastung oder Beschädigung auch bei großen Spannungsdifferenzen vermieden werden. Die Begrenzung der jeweiligen Ladeströme kann sich auf deren Maximalwerte und/oder einen oder mehrere zeitliche Mittelwerte beziehen. In a preferred variant, it is provided that in step a) a charging current of the buffer battery and in step b) a charging current of the target battery is limited, in particular by pulsing the respective charging currents with regulation of a pulse length and / or a pulse frequency, preferably wherein in step a) the charging of the backup battery and in step b) the charging of the target battery with a constant current. This can be ensured in a simple manner that the battery modules of the backup battery and the target battery are not overloaded or damaged by excessively large currents. In particular, an overload or damage can be avoided even with large voltage differences. The limitation of the respective charging currents may relate to their maximum values and / or one or more time averages.

Besonders bevorzugt ist eine Variante dadurch gekennzeichnet, dass für einen maximalen Ladestrom der Pufferbatterie MLP in Schritt a) und für einen maximalen Ladestrom der Zielbatterie MLZ in Schritt b) gilt: 5·MLP ≤ MLZ, bevorzugt 10·MLP ≤ MLZ. Mit dieser Variante kann mittels der Pufferbatterie eine Zielbatterie sehr schnell aufgeladen werden, auch wenn das zur Verfügung stehende Stromnetz nur eine vergleichsweise geringe Ladeleistung gestattet. Insbesondere bei Zielbatterien in Elektrofahrzeugen oder Range-Extendern für Elektrofahrzeuge kann dadurch die Bereitschaft des Elektrofahrzeugs nach Erschöpfung der Zielbatterie rasch wieder hergestellt werden, wenn eine geladene Pufferbatterie bereit gehalten wird. Die Pufferbatterie kann bei dieser Variante mit einer vergleichsweise kleinen Leistung, beispielsweise höchstens 22 kW, bevorzugt höchstens 4 kW, aus dem Stromnetz geladen werden. Gleichzeitig kann die Zielbatterie mit einer großen Leistung, etwa wenigstens 30 kW, bevorzugt wenigstens 80 kW, schnell geladen werden. MLP beträgt bevorzugt 16 A oder weniger, so dass ein üblicher Haushaltsanschluss an ein öffentliches Stromnetz nicht überlastet wird.Particularly preferred is a variant characterized in that for a maximum charging current of the backup battery MLP in step a) and for a maximum charging current of the target battery MLZ in step b) applies: 5 · MLP ≤ MLZ, preferably 10 · MLP ≤ MLZ. With this variant, a target battery can be charged very quickly by means of the backup battery, even if the available power grid only allows a relatively low charging power. In particular, in target batteries in electric vehicles or range extenders for electric vehicles, the readiness of the electric vehicle after exhaustion of the target battery can be restored quickly when a charged backup battery is kept ready. The backup battery can be charged from the mains in this variant with a relatively small power, for example, at most 22 kW, preferably at most 4 kW. At the same time, the target battery with a high power, for example at least 30 kW, preferably at least 80 kW, can be charged quickly. MLP is preferably 16 A or less, so that a conventional household connection to a public power grid is not overloaded.

Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der MLP 32 A oder weniger beträgt, bzw. eine entsprechende Absicherung mit 32 A eingerichtet ist. MLZ ist typischerweise zwischen 100 A bis 400 A für ein Schnellladen. Alternativ kann auch die Zielbatterie langsam aufgeladen werden, etwa mit einer Leistung von bis zu 3,5 kW oder auch mit MLZ von 10 A oder weniger.Also preferred is a variant in which MLP 32 A or less, or a corresponding fuse is set up with 32 A. MLZ is typically between 100A to 400A for fast charging. Alternatively, the target battery can be charged slowly, for example with a power of up to 3.5 kW or even with MLZ of 10 A or less.

Bei einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass das Stromnetz eine Wechselspannung zur Verfügung stellt, und dass während Schritt a) das Stromnetz nur während Phasenabschnitten, in denen die momentane Netzspannung die erste Spannungslage der Pufferbatterie übersteigt, auf die Pufferbatterie geschaltet wird, insbesondere wobei durch eine Umkehrung der Polverschaltung nach jeweils einer Halbwelle der Netzspannung Phasenabschnitte aus beiden Halbwellen der Netzspannung zum Laden der Pufferbatterie genutzt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Pufferbatterie aus dem Stromnetz geladen wird und kein Strom aus der Pufferbatterie in das Stromnetz einspeist wird. Ferner wird auf einfache Weise ermöglicht, ein Wechselspannungsnetz zum Laden der Pufferbatterie zu verwenden, ohne dass die Verschaltung der Akkumodule während einer Halbwelle der Wechselspannung des Stromnetzes verändert werden muss, um die erste Spannungslage unter der momentanen Netzspannung zu halten.In an advantageous variant, it is provided that the power grid provides an AC voltage, and that during step a) the power supply is switched to the backup battery only during phase sections in which the instantaneous mains voltage exceeds the first voltage level of the backup battery, in particular by a Reversal of the Polverschaltung after each half-wave of the mains voltage phase sections from both half-waves of the mains voltage can be used to charge the backup battery. This ensures that the backup battery is charged from the mains and no power is fed from the backup battery into the grid. Furthermore, it is possible in a simple manner to use an AC voltage network for charging the backup battery, without the interconnection of the battery modules having to be changed during a half-cycle of the AC voltage of the power supply in order to keep the first voltage level below the instantaneous mains voltage.

Eine dazu alternative vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Stromnetz eine Wechselspannung zur Verfügung stellt, dass während Schritt a) die Wechselspannung mit einem Gleichrichter gleichgerichtet und mit einem Kondensator geglättet wird, so dass eine Gleichspannung erhalten wird, die auf die Pufferbatterie geschaltet wird, wobei die erste Spannungslage der Pufferbatterie kleiner ist als diese Gleichspannung. Dadurch kann eine Änderung der Verschaltung der Akkumodule während Schritt a) vermieden werden. Auch braucht keine Umkehrung der Polverschaltung zu erfolgen. Diese Variante erlaubt ein besonders gleichmäßiges Aufladen der Akkumodule der Pufferbatterie.An alternatively advantageous variant provides that the power grid provides an AC voltage that, during step a), the AC voltage is rectified with a rectifier and smoothed with a capacitor, so that a DC voltage is obtained, which is switched to the backup battery the first voltage level of the buffer battery is smaller than this DC voltage. As a result, a change in the interconnection of the battery modules during step a) can be avoided. Also, no reversal of the Polverschaltung to take place. This variant allows a particularly uniform charging of the battery modules of the backup battery.

Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt a) und b) und/oder nach Schritt b) in einem Schritt c) ein oder mehrere Verbraucher aus der Pufferbatterie mit Strom versorgt werden, insbesondere wobei während Schritt c) die Akkumodule so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie eine dritte Spannungslage aufweist, die sich von der ersten Spannungslage und der zweiten Spannungslage unterscheidet. Es können dadurch weitere Nutzungsmöglichkeiten für die Pufferbatterie erschlossen werden. Die Pufferbatterie kann insbesondere zur Versorgung von Geräten, etwa aus dem Bereichen der Unterhaltungselektronik, der Telekommunikation oder der elektronischen Datenverarbeitung, mit Gleichstrom eingesetzt werden. Wenn während Schritt c) eine periodische Umkehr der Polverschaltung der Pufferbatterie erfolgt, können der oder die Verbraucher auch mit Wechselstrom aus Pufferbatterie versorgt werden.A preferred variant is characterized in that one or more consumers are supplied with power from the buffer battery between step a) and b) and / or after step b) in a step c), in particular wherein the battery modules are connected during step c) in that the buffer battery has a third voltage position, which differs from the first voltage position and the second voltage position. It can be opened up further uses for the backup battery. The backup battery can be used in particular for the supply of equipment, such as in the fields of consumer electronics, telecommunications or electronic data processing, with direct current. If a periodic reversal of the polarity of the buffer battery occurs during step c), the consumer or consumers can also be supplied with alternating current from backup battery.

Eine besonders bevorzugte Variante sieht vor, dass das Stromnetz ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz ist, und dass in Schritt a) jede der drei Phasen gleichzeitig zum Laden eines anderen Teils der Akkumodule eingesetzt wird. Dies erlaubt es, eine dreimal so hohe Ladeleistung zu nutzen wie mit einem einphasigen Anschluss an das Stromnetz. Die Pufferbatterie kann dadurch besonders schnell geladen werden, ohne dass das Stromnetz oder die Akkumodule überlastet werden.A particularly preferred variant provides that the power grid is a three-phase alternating voltage network, and that in step a), each of the three phases is used simultaneously for charging a different part of the battery modules. This makes it possible to use three times as much charging power as with a single-phase connection to the mains. The backup battery can be charged very quickly without overloading the power grid or the battery modules.

Erfindungsgemäße Pufferbatteriesysteme Inventive buffer battery systems

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Pufferbatteriesystem, insbesondere zur Durchführung eines oben erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine Pufferbatterie, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Pufferbatterie mehrere Akkumodule umfasst,
dass weiterhin Verschaltmittel und eine elektronische Steuereinrichtung zur Einstellung der Verschaltmittel vorhanden sind,
und dass mit den Verschaltmitteln die Akkumodule in unterschiedlicher Weise zueinander verschaltet werden können, so dass durch Verändern der Verschaltung der Akkumodule zumindest zwischen einer ersten Spannungslage und einer zweiten Spannungslage der Pufferbatterie umgeschaltet werden kann, wobei die erste Spannungslage der Pufferbatterie kleiner ist als die zweite Spannungslage der Pufferbatterie. Indem das Pufferbatteriesystem zumindest zwischen einer ersten Spannungslage und einer zweiten Spannungslage umgeschaltet werden kann, wird ermöglicht, die Pufferbatterie an eine momentane Aufgabe anzupassen. Insbesondere kann die Pufferbatterie an einem Stromnetz geladen werden, wenn die erste Spannungslage kleiner ist als die Spitzenspannung des Stromnetzes. Das Pufferbatteriesystem kann sodann auf der zweiten Spannungslage zum Laden einer Zielbatterie verwendet werden, wobei die zweite Spannungslage größer ist als die Spannungslage der Zielbatterie; dabei kann insbesondere die zweite Spannungslage größer sein als die Spitzenspannung des Stromnetzes. Ebenso kann das Pufferbatteriesystem auf der zweiten Spannungslage zum Versorgen eines Verbrauchers mit Strom verwendet werden. Das Pufferbatteriesystem wird bevorzugt dazu verwendet, die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder die Speicherbatterie eines Range-Extenders für ein Elektrofahrzeug nachzuladen, insbesondere durch Schnellladung (mit wenigstens 80 A Ladestrom).The scope of the present invention also includes a buffer battery system, in particular for carrying out a method according to the invention explained above, comprising a buffer battery, which is characterized
that the backup battery comprises several battery modules,
in that there are further interconnection means and an electronic control device for setting the interconnection means,
and that the battery modules can be connected to one another in different ways with the switching means, so that the battery battery can be switched by changing the interconnection of the battery modules at least between a first voltage position and a second voltage position of the backup battery, wherein the first voltage position of the backup battery is smaller than the second voltage position the backup battery. By the buffer battery system can be switched at least between a first voltage level and a second voltage level, it is possible to adapt the backup battery to a current task. In particular, the backup battery can be charged to a power grid when the first voltage level is less than the peak voltage of the power grid. The backup battery system may then be used at the second voltage level to charge a target battery, wherein the second voltage level is greater than the voltage level of the target battery; In this case, in particular, the second voltage level can be greater than the peak voltage of the power grid. Likewise, the backup battery system may be used at the second voltage level to power a consumer. The backup battery system is preferably used to recharge the traction battery of an electric vehicle or the storage battery of a range extender for an electric vehicle, in particular by fast charging (with at least 80 A charging current).

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem wenigstens ein Paar von Anschlusspolen, bevorzugt zwei Paare von Anschlusspolen, umfasst, wobei jeder Anschlusspol über eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit der Pufferbatterie verbunden ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die leistungselektronischen Schalteinrichtungen der Anschlusspole zu öffnen und zu schließen, insbesondere zur phasenrichtigen Ankopplung an ein Stromnetz und/oder zur Einstellung oder Begrenzung des Stromflusses. Dies erlaubt es, wahlweise eine elektrische Verbindung zwischen der Pufferbatterie und dem wenigstens einen Paar von Anschlusspolen herzustellen. Die Pufferbatterie kann insbesondere in Phasen der Nichtnutzung von den Anschlusspolen getrennt werden, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird. Weiterhin können die leistungselektronischen Schalteinrichtungen zur Einstellung oder Begrenzung eines Stromflusses in die oder aus der Pufferbatterie verwendet werden. Bei nur einem Paar von Anschlusspolen wird dieses sowohl zum Laden der Pufferbatterie aus dem Stromnetz als auch zum Laden der Zielbatterie oder für die Versorgung eines Verbrauchers verwendet. Bei zwei Paaren von Anschlusspolen wird typischerweise eines der Paare für das Laden der Pufferbatterie, und das andere Paar zum Laden einer Zielbatterie oder für die Versorgung eines Verbrauchers verwendet. Man beachte, dass bei einem dreiphasigen Ladebetrieb hierfür drei oder mehr Anschlusspole vorgesehen sein können. Um mithilfe der elektronischen Steuereinrichtung eine phasenrichtige Ankopplung an das Stromnetz einrichten zu können, können ein oder mehrere Spannungsmessgeräte vorgesehen sein. Um mithilfe der elektronischen Steuereinrichtung eine Einstellung oder Begrenzung des Stromflusses vornehmen zu können, können ein oder mehrere Strommessgeräte vorgesehen sein.An advantageous embodiment provides that the buffer battery system comprises at least one pair of connection poles, preferably two pairs of connection poles, wherein each connection pole is connected to the backup battery via a power electronic switching device, and in that the electronic control device is designed to connect the power electronic switching devices of the connection poles to open and close, in particular for in-phase coupling to a power grid and / or to adjust or limit the flow of current. This makes it possible to selectively establish an electrical connection between the backup battery and the at least one pair of terminal poles. The buffer battery can be separated from the terminal poles, in particular in phases of non-use, whereby the reliability is increased. Furthermore, the power electronic switching devices can be used to adjust or limit a current flow in or out of the backup battery. With only one pair of connection poles, this is used both for charging the backup battery from the mains and for charging the target battery or for the supply of a consumer. In the case of two pairs of connection poles, one of the pairs is typically used for charging the backup battery, and the other pair for charging a target battery or for supplying a load. It should be noted that in the case of a three-phase charging operation, three or more connecting poles can be provided for this purpose. In order to be able to set up a phase-correct coupling to the power supply using the electronic control device, one or more voltage measuring devices can be provided. In order to be able to make an adjustment or limitation of the current flow with the aid of the electronic control device, one or more current measuring devices can be provided.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem ein Paar von Anschlusspolen aufweist, wobei jeder dieser Anschlusspole jeweils über zwei leistungselektronische Schalteinrichtungen wahlweise mit unterschiedlichen Polen der Akkumodule verbindbar ist. Dadurch kann die Polung der an dem Paar von Anschlusspolen anliegende Spannung der Pufferbatterie umgekehrt werden. Dies ist insbesondere nützlich, wenn die Pufferbatterie an einem Wechselspannungsnetz geladen werden soll, da dann beide Halbwellen der Wechselspannung genutzt werden könne, ohne dass ein Gleichrichter benötigt wird.A particularly preferred embodiment provides that the buffer battery system has a pair of terminal poles, wherein each of these terminal poles is connectable via two power electronic switching devices optionally with different poles of the battery modules. Thereby, the polarity of the voltage applied to the pair of terminal poles voltage of the backup battery can be reversed. This is particularly useful when the back-up battery is to be charged to an AC mains, since then both half cycles of the AC voltage can be used without the need for a rectifier.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass die Verschaltmittel eine Vielzahl leistungselektronischer Schalteinrichtungen umfassen, und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die leistungselektronischen Schalteinrichtungen der Verschaltmittel zu öffnen und zu schließen, um eine Verschaltung der Akkumodule einzurichten, und gegebenenfalls auch eine Auswahl aktiver Akkumodule zu treffen. Dies erlaubt es, eine für eine jeweilige Anwendung passende Verschaltung der Akkumodule oder der ausgewählten Akkumodule einzurichten. Durch leistungselektronische Schalteinrichtungen sind auch schnelle Änderungen der Verschaltung möglich, ggf. auch mehrfach während der Periodendauer eines Wechselstroms. Die ausgewählten Akkumodule können parallel oder in Serie verschaltet werden; auch kombinierte Parallel-Serien-Schaltungen sind möglich.Also advantageous is an embodiment in which it is provided that the switching means comprise a plurality of power electronic switching devices, and that the electronic control device is adapted to open and close the power electronic switching means of the interconnecting means to establish an interconnection of the battery modules, and optionally also to make a selection of active battery modules. This makes it possible to set up a suitable connection for each application of the battery modules or the selected battery modules. By power electronic switching devices and rapid changes in the interconnection are possible, possibly even several times during the period of an alternating current. The selected accumulator modules can be connected in parallel or in series; also combined parallel-series circuits are possible.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der vorgesehen ist, dass die Pufferbatterie wenigstens drei, bevorzugt wenigstens fünf, besonders bevorzugt wenigstens zehn Akkumodule in einem Schaltring umfasst, wobei zwischen zwei benachbarten Akkumodulen des Schaltrings jeweils eine leistungselektronische Schalteinrichtung zur Verbindung gegengleicher Pole der benachbarten Akkumodule angeordnet ist, und wobei die Pole jedes Akkumoduls des Schaltrings einzeln über leistungselektronische Schalteinrichtungen mit Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems verbindbar sind. Dadurch können benachbarte Akkumodule des Schaltrings in beliebiger Anzahl (bis hin zur Gesamtzahl der Akkumodule des Schaltrings) in Serie verschaltet werden, wobei die Auswahl der in Serie verschalteten Akkumodule nach Wunsch über den Schaltring verschoben werden kann, insbesondere um alle Akkumodule des Schaltrings gleichmäßig zu belasten. Durch die Anordnung der Akkumodule in dem Schaltring ist dabei ein durchgängiges Umlaufen („rollieren”) der in Serie verschalteten Akkumodule möglich. Dazu kann jeweils an einem Ende der Serienschaltung ein Akkumodul weggeschaltet werden, während an dem anderen Ende der Serienschaltung ein Akkumodul hinzugeschaltet wird.Particularly preferred is a development of this embodiment, in which it is provided that the buffer battery at least three, preferably at least five, more preferably at least ten Battery modules in a switching ring comprises, wherein between two adjacent battery modules of the switching ring each have a power electronic switching device for connecting gegengleicher poles of the adjacent battery modules is arranged, and the poles of each battery module of the switching ring individually via power electronic switching devices with terminal poles of the buffer battery system can be connected. As a result, adjacent battery modules of the switching ring can be connected in series in any number (up to the total number of battery modules of the switching ring), wherein the selection of the battery modules connected in series can be moved as desired via the switching ring, in particular to uniformly load all battery modules of the switching ring , The arrangement of the battery modules in the switching ring while a continuous circulation ("roll") of the battery modules connected in series is possible. For this purpose, a battery module can be switched off at one end of the series circuit, while at the other end of the series connection a battery module is connected.

Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung, die vorsieht, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen jeweils eine erste Schalteinheit aufweisen, die jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement, insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst. Mit Halbleiter-Schaltelementen ist ein besonders schnelles und verschleißfreies Schalten auch bei großen Strömen und Spannungen möglich. Weiterhin sind dazu nur geringe Steuerspannungen nötig. Besonders vorteilhaft können MOSFETs oder IGBTs verwendet werden, die Schaltfrequenzen von einigen kHz, etwa 5 kHz oder mehr, bevorzugt 10 kHz oder mehr, besonders bevorzugt 20 kHz oder mehr, ermöglichen. Bevorzugt können Halbleiter-Schaltelemente verwendet werden, die eine Sperrspannung von wenigstens 600 V aufweisen.Also advantageous is a development which provides that one or more of the power electronic switching devices each have a first switching unit, each comprising at least one semiconductor switching element, in particular a MOSFET or IGBT. With semiconductor switching elements a particularly fast and wear-free switching is possible even with large currents and voltages. Furthermore, only small control voltages are needed. Particularly advantageous MOSFETs or IGBTs can be used, the switching frequencies of a few kHz, about 5 kHz or more, preferably 10 kHz or more, more preferably 20 kHz or more, allow. Preferably, semiconductor switching elements can be used which have a reverse voltage of at least 600 V.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterentwicklung, bei der vorgesehen ist, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen zusätzlich zur ersten Schalteinheit jeweils eine zweite Schalteinheit in Serie geschaltet zur ersten Schalteinheit umfassen, wobei die zweite Schalteinheit jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement, insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst. Durch die in Serie zur ersten Schalteinheit geschaltete zweite Schalteinheit wird die Betriebssicherheit des Pufferbatteriesystems verbessert. Falls die erste Schalteinheit oder die zweite Schalteinheit einer der leistungselektronischen Schalteinrichtungen niederohmig versagt (Kurzschluss), kann die jeweils andere Schalteinheit den Stromfluss durch die leistungselektronische Schalteinrichtung dennoch unterbrechen und damit die Sicherheit des Pufferbatteriesystems gewährleisten.Particularly preferred is a further development in which it is provided that one or more of the power electronic switching devices each comprise a second switching unit connected in series with the first switching unit in addition to the first switching unit, the second switching unit each having at least one semiconductor switching element, in particular a MOSFET or IGBT , includes. The second switching unit connected in series with the first switching unit improves the reliability of the buffer battery system. If the first switching unit or the second switching unit of one of the power electronic switching devices fails low impedance (short circuit), the respective other switching unit can interrupt the flow of current through the electronic power switching device and thus ensure the safety of the backup battery system.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Weiterentwicklung, die vorsieht, dass die erste und/oder die zweite Schalteinheit jeweils mehrere, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens acht, parallel zueinander geschaltete Halbleiter-Schaltelemente umfassen. Dadurch wird die mögliche Stromstärke des mit der Schalteinheit schaltbaren Stroms erhöht. Der Durchgangswiderstand (Rdson) der jeweiligen Schalteinheit wird gesenkt, wenn diese in einen leitenden Zustand geschaltet ist. Die Verlustleistung in der jeweiligen Schalteinheit kann damit auf den der Anzahl der parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelemente entsprechenden Bruchteil gesenkt werden. Die einzelnen Halbleiter-Schaltelemente weisen im leitenden Zustand vorzugsweise einen Durchgangswiderstand von höchstens 20 Milliohm, besonders bevorzugt höchstens 10 Milliohm, auf. Im Rahmen der Erfindung können durch die Schalteinheit Ströme von bis zu 250 A oder auch bis zu 400 A fließen.A further development is advantageous, which provides that the first and / or the second switching unit each comprise a plurality, preferably at least four, particularly preferably at least eight, semiconductor switching elements connected in parallel with each other. As a result, the possible current intensity of the switchable with the switching unit current is increased. The volume resistance (Rdson) of the respective switching unit is lowered when it is switched to a conducting state. The power loss in the respective switching unit can thus be reduced to the fraction corresponding to the number of parallel-connected semiconductor switching elements. In the conductive state, the individual semiconductor switching elements preferably have a contact resistance of at most 20 milliohms, particularly preferably at most 10 milliohms. Within the scope of the invention, currents of up to 250 A or even up to 400 A can flow through the switching unit.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen zusätzlich zur ersten Schalteinheit jeweils ein mechanisches Relais in Serie geschaltet zur ersten Schalteinheit umfassen. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Pufferbatteriesystems mittels einer galvanischen Trennung weiter verbessert werden, etwa bei einer längeren Abschaltung der Pufferbatterie für eine Reparatur. Das mechanische Relais richtet in einem geöffneten Schaltzustand eine mechanische Unterbrechung eines Stromleitpfades durch die jeweilige leistungselektronische Schalteinrichtung ein. Das mechanische Relais braucht nur auf Stromtragfähigkeit ausgelegt zu werden. Weiterhin können Parallelschaltungen aus einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und einem Relais zum Einsatz kommen, um den Durchgangswiderstand zu senken, insbesondere wenn keine schnellen Schaltzyklen auszuführen sind.A preferred further development is characterized in that one or more of the power electronic switching devices each comprise a mechanical relay in series with the first switching unit in addition to the first switching unit. As a result, the reliability of the buffer battery system can be further improved by means of a galvanic isolation, such as a longer shutdown of the backup battery for a repair. The mechanical relay establishes a mechanical interruption of a Stromleitpfades by the respective power electronic switching device in an open switching state. The mechanical relay only needs to be designed for current carrying capacity. Furthermore, parallel circuits can be used from a power electronic switching device and a relay to lower the contact resistance, especially when no fast switching cycles are to be executed.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Akkumodule jeweils eine Spannungslage von unter 60 V aufweisen, und dass alle leistungselektronischen Schalteinrichtungen so ausgebildet sind, dass diese in einem steuerspannungslosen Zustand sperren. Dies verbessert die Verwendungssicherheit des Pufferbatteriesystems. Bei einer (maximalen) Spannungslage von unter 60 V je Akkumodul, beispielsweise 24 V oder 48 V, kann auf diverse Sicherheitsvorkehrungen, etwa auf einen Berührschutz für Anschlusskontakte der Akkumodule, verzichtet werden (Kleinspannungsbereich). Indem die leistungselektronischen Schalteinrichtungen in einen sperrenden Zustand übergehen, wenn keine Steuerspannung an ihnen anliegt, wird sichergestellt, dass nicht unbeabsichtigt, etwa während der Lagerung des Pufferbatteriesystems in einer Phase der Nichtbenutzung, mehrere Akkumodule zusammengeschaltet werden und/oder ein Akkumodul oder mehrere Akkumodule mit den Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems verbunden werden. Dadurch wird die Verwendungssicherheit weiter verbessert. Dies ist insbesondere im Wartungs- und Servicefall nützlich, da dann an der gesamten Pufferbatterie keine Hochspannung anliegt.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the battery modules each have a voltage of less than 60 V, and that all power electronic switching devices are designed so that they lock in a control voltage-free state. This improves the security of use of the backup battery system. At a (maximum) voltage level of less than 60 V per battery module, for example 24 V or 48 V, it is possible to dispense with various safety precautions, such as contact protection for terminal contacts of the battery modules (low voltage range). By the power electronic switching devices go into a blocking state when no control voltage applied to them, it is ensured that not accidentally, for example, during storage of the backup battery system in a phase of non-use, multiple battery modules are interconnected and / or Battery module or multiple battery modules are connected to the terminal poles of the backup battery system. This further improves the security of use. This is particularly useful in maintenance and service, since then no voltage is applied to the entire backup battery.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass alle Akkumodule der Pufferbatterie gleichartig ausgebildet sind. Dies vereinfacht den Aufbau des Pufferbatteriesystems und die Steuerung der Verschaltung der Akkumodule.An advantageous embodiment provides that all battery modules of the backup battery are formed identically. This simplifies the structure of the buffer battery system and the control of the interconnection of the battery modules.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferbatteriesystem zwei Ladeanschlüsse aufweist, die über einen Gleichrichter auf ein Paar von Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems geschaltet sind, insbesondere wobei diese Anschlusspole mit einem Kondensator verbunden sind. Dies ermöglicht es, die Pufferbatterie auf einfache Weise aus einem Wechselspannungsnetz zu laden. Insbesondere muss nicht auf eine wechselnde Polung der Spannung des Wechselspannungsnetzes durch Ändern der Verschaltung der Anschlusspole mit den Akkumodulen oder durch periodisches Unterbrechen des Ladestroms reagiert werden. Durch den Kondensator kann eine Glättung der Gleichspannung erreicht werden, wodurch die Pufferbatterie gleichmäßiger, d. h. mit einem weniger stark schwankenden Ladestrom, geladen werden kann.A preferred embodiment is characterized in that the buffer battery system has two charging terminals, which are connected via a rectifier to a pair of terminal poles of the buffer battery system, in particular wherein these terminal poles are connected to a capacitor. This makes it possible to easily charge the backup battery from an AC mains. In particular, it is not necessary to react to an alternating polarity of the voltage of the AC voltage network by changing the connection of the connection poles with the battery modules or by periodically interrupting the charging current. By the capacitor, a smoothing of the DC voltage can be achieved, whereby the backup battery more uniform, d. H. with a less fluctuating charging current, can be charged.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt neben der Anwendung als Ladestation/Ladesäule ebenfalls ein Range-Extender-Anhänger für ein Elektrofahrzeug, wobei der Range-Extender-Anhänger ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem umfasst. Mit einem solchen Range-Extender-Anhänger kann das Pufferbatteriesystem vorteilhaft zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs nutzbar gemacht werden. Insbesondere kann das Pufferbatteriesystem während einer Fahrt mitgeführt werden und auch während der Fahrt und/oder im geparkten Zustand zum Nachladen der Traktionsbatterie und/oder während der Fahrt zum Versorgen eines Antriebsmotors des Elektrofahrzeugs (unter Umgehung der Traktionsbatterie) verwendet werden. Alternativ kann eine Pufferbatterie beispielsweise stationär an einem regelmäßigen Parkstandort eines Elektrofahrzeugs bereitgehalten werden, etwa in oder an einer Garage für einen PKW, um das geparkte Elektrofahrzeug schnell nachladen zu können. Die Nachladung der Pufferbatterie kann danach langsam aus dem örtlichen Stromnetz erfolgen.In the context of the present invention, in addition to the application as a charging station / charging station also falls a range extender trailer for an electric vehicle, the range extender trailer comprises a buffer battery system according to the invention. With such a range extender trailer, the backup battery system can be advantageously used for charging a traction battery of an electric vehicle. In particular, the backup battery system can be carried while driving and also used while driving and / or parked for recharging the traction battery and / or while driving to power a drive motor of the electric vehicle (bypassing the traction battery). Alternatively, a backup battery may for example be kept stationary at a regular parking location of an electric vehicle, for example in or at a garage for a car, in order to be able to quickly recharge the parked electric vehicle. The recharging of the backup battery can then be done slowly from the local power grid.

Weiterhin fällt in den Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems oder eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers in einem erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Verfahren. Dadurch können die Vorteile eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems oder eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers in bevorzugter Weise mit den Vorteilen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kombiniert werden.Furthermore, it is within the scope of the present invention to use a buffer battery system according to the invention or a range extender trailer according to the invention in a method according to the invention described above. As a result, the advantages of a buffer battery system according to the invention or a range extender trailer according to the invention can be combined in a preferred manner with the advantages of a method according to the invention.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, according to the invention, the above-mentioned features and those which are further developed can each be used individually for themselves or for a plurality of combinations of any kind. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und ZeichnungDetailed description of the invention and drawing

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it:

1a einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems mit einer Pufferbatterie mit zwei Akkumodulen, wobei sich Verschaltmittel einer Pufferbatterie in einer ersten Schaltstellung befinden; 1a a schematic circuit diagram of a first embodiment of a buffer battery system according to the invention with a backup battery with two battery modules, said switching means of a backup battery are in a first switching position;

1b einen schematischen Schaltplan des Pufferbatteriesystems von 1a, wobei sich die Verschaltmittel der Pufferbatterie in einer zweiten Schaltstellung befinden; 1b a schematic circuit diagram of the buffer battery system of 1a , wherein the switching means of the backup battery are in a second switching position;

2 einen schematischen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems mit einem Gleichrichter an zwei Ladeanschlüssen; 2 a schematic circuit diagram of a second embodiment of a buffer battery system according to the invention with a rectifier at two charging terminals;

3a einen schematischen Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems mit zehn Akkumodulen; 3a a schematic circuit diagram of a third embodiment of a buffer battery system according to the invention with ten battery modules;

3b einen schematischen Schaltplan einer leistungselektronischen Schalteinrichtung des Pufferbatteriesystems von 3a; 3b a schematic circuit diagram of a power electronic switching device of the buffer battery system of 3a ;

4 einen schematischen Schaltplan einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit zwei Paaren von Anschlusspolen; 4 a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a buffer battery system according to the invention, with two pairs of terminal poles;

5 eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers mit einem Pufferbatteriesystem zur Versorgung eines Elektrofahrzeugs; 5 a schematic diagram of a range extender trailer according to the invention with a buffer battery system for supplying an electric vehicle;

6 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer ersten Spannungslage einer Pufferbatterie und einer momentanen Netzspannung eines Wechselspannungsnetzes während Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 6 a schematic representation of a course of a first voltage level of a Backup battery and a current line voltage of an alternating voltage network during step a) of a method according to the invention;

7 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer ersten Spannungslage einer Pufferbatterie während eines Ladevorgangs und einer zweiten Spannungslage der Pufferbatterie während eines Entladevorgangs; 7 a schematic representation of a curve of a first voltage level of a backup battery during a charging process and a second voltage level of the backup battery during a discharge process;

8a eine schematische Darstellung des Ladens einer erfindungsgemäßen Pufferbatterie in einem Gebäude; 8a a schematic representation of the loading of a backup battery according to the invention in a building;

8b eine schematische Darstellung des Ladens einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit der Pufferbatterie von 8a; 8b a schematic representation of the charging of a traction battery of an electric vehicle with the backup battery of 8a ;

9a eine schematische Darstellung eines Ladevorgangs eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers, umfassend ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem, aus einem Stromnetz; 9a a schematic representation of a charging process of a range extender trailer according to the invention, comprising a buffer battery system according to the invention, from a power grid;

9b eine schematische Darstellung der Verwendung des Range-Extender-Anhängers von 9a zum Versorgen eines Elektrofahrzeugs während der Fahrt. 9b a schematic representation of the use of the range extender trailer of 9a to power an electric vehicle while driving.

Die 1a zeigt einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst eine Pufferbatterie 4. Die Pufferbatterie 4 wiederum umfasst hier zwei Akkumodule 6. Die beiden Akkumodule 6 sind hier gleichartig ausgebildet. Die Akkumodule 6 umfassen hier jeweils eine Vielzahl von in Serie geschalteten Akkuzellen oder Submodulen 8. Eine maximale Spannungslage (Nennspannung, Ladeschlussspannung) der einzelnen Akkumodule 6 beträgt hier ca. 240 V. Die Akkuzellen 8 sind hier großformatige Leistungsbatterien, bevorzugt Lithium-Ionen-Batterien, mit einer Zellenspannung von 3,7 V.The 1a shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of a buffer battery system according to the invention 2 , The backup battery system 2 includes a backup battery 4 , The backup battery 4 Again, here includes two battery modules 6 , The two battery modules 6 are similar here. The battery modules 6 here include a plurality of series-connected battery cells or sub-modules 8th , A maximum voltage level (rated voltage, end-of-charge voltage) of the individual battery modules 6 here is about 240 V. The battery cells 8th Here are large-format power batteries, preferably lithium-ion batteries, with a cell voltage of 3.7 V.

Die Akkumodule 6 der Pufferbatterie 4 sind durch Verschaltmittel 10 in unterschiedlicher Weise miteinander verschaltbar. Die Verschaltmittel 10 werden von einer elektronischen Steuereinrichtung 12 angesteuert. Die Steuereinrichtung 12 wirkt über Steuerleitungen 14 auf Schaltstellungen der Verschaltmittel 10 ein. Die Steuerleitungen 14 sind hier als schnelle Datenleitungen ausgebildet. Aus von Algorithmen der elektronischen Steuereinrichtung 12 erzeugten Schaltbefehlen wird hier bei den Verschaltmitteln 10 eine Steuerspannung zur Einstellung der Verschaltmittel 10 erzeugt. Die Steuerspannung kann dabei vorzugsweise 5 V betragen. Die Steuereinrichtung 12 kann zusätzlich zu einem Schalt-Steuergerät ein Master-Batteriemanagement-System und Modul- Batteriemanagement-Systeme umfassen. Das Schalt-Steuergerät beinhaltet dann eine Algorithmik zur Ansteuerung der Verschaltmittel 10. Das Master-Batteriemanagement-System überwacht dann die gesamte Pufferbatterie 4; die Modul-Batteriemanagement-Systeme überwachen die einzelnen Akkumodule 6.The battery modules 6 the backup battery 4 are by Verschaltmittel 10 interconnected in different ways. The interconnection means 10 be from an electronic control device 12 driven. The control device 12 acts via control lines 14 on switching positions of the Verschaltmittel 10 one. The control lines 14 are designed here as fast data lines. Off of algorithms of the electronic control device 12 generated switching commands is here at the Verschaltmitteln 10 a control voltage for adjusting the Verschaltmittel 10 generated. The control voltage may preferably be 5 V. The control device 12 In addition to a switch controller, it may include a master battery management system and module battery management systems. The switching control unit then includes an algorithm for controlling the switching means 10 , The master battery management system then monitors the entire backup battery 4 ; The module battery management systems monitor the individual battery modules 6 ,

Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst hier weiterhin zwei Paare von Anschlusspolen 16a, 16b, 16a', 16b'. Das Paar Anschlusspole 16a, 16b ist zur Verbindung mit einem Stromnetz bestimmt. Das Paar Anschlusspole 16a', 16b' ist zur Verbindung mit einer Zielbatterie (nicht dargestellt) bestimmt. Jeder der Anschlusspole 16a, 16b, 16a', 16b' ist über eine leistungselektronische Schalteinrichtung 18a, 18b, 18a', 18b' mit der Pufferbatterie 4 verbunden. Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18a, 18b gehören zu einem Laderegler 17 für die Pufferbatterie 4, und die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18a', 18b' gehören zu einem weiteren Laderegler 17' für die Zielbatterie. Die elektronische Steuereinrichtung 12 wirkt über Steuerleitungen 14 auf Schaltstellungen der leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18a, 18b, 18a', 18b' in den Ladereglern 17, 17' ein. Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18a', 18a' umfassen hier jeweils ein Halbleiterschaltelement 20, und die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18b, 18b' umfassen hier jeweils zwei Halbleiter-Schaltelemente 20. Die Halbleiter-Schaltelemente 20 sind hier als MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) ausgebildet, wobei die Halbleiter-Schaltelemente 20 in einen sperrenden (nichtleitenden) Zustand übergehen, wenn von der elektronischen Steuereinrichtung 12 keine Steuerspannung angelegt wird. Anstelle eines Halbleiter-Schaltelements 20 kann auch jeweils eine mehrere parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente umfassende Schalteinheit (vgl. 3b unter Bezugszeichen 52, 54) verwendet werden, um z. B. den Rdson zu senken. Die Laderegler 17, 17' umfassen hier weiterhin jeweils eine Diode 22 und einen Kondensator 24. Zur Überwachung des Stromflusses durch die Laderegler 17, 17' ist hier jeweils ein Strommessgerät (Amperemeter) 26 in Stromleitpfade von den Anschlusspolen 16b, 16b' zu der Pufferbatterie 4 in die Laderegler 17, 17' integriert. Es werden jeweils beide Anschlusspole 16a, 16b bzw. 16a' 16b' von den leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18a, 18b bzw. 18a', 18b' geschaltet, um eine vollständige Trennung vom Stromnetz bzw. der Zielbatterie erreichen zu können.The backup battery system 2 here also includes two pairs of connection poles 16a . 16b . 16a ' . 16b ' , The pair of connecting poles 16a . 16b is intended for connection to a power grid. The pair of connecting poles 16a ' . 16b ' is intended for connection to a target battery (not shown). Each of the connecting poles 16a . 16b . 16a ' . 16b ' is via a power electronic switching device 18a . 18b . 18a ' . 18b ' with the backup battery 4 connected. The power electronic switching devices 18a . 18b belong to a charge controller 17 for the backup battery 4 , and the power electronic switching devices 18a ' . 18b ' belong to another charge controller 17 ' for the target battery. The electronic control device 12 acts via control lines 14 on switching positions of power electronic switching devices 18a . 18b . 18a ' . 18b ' in the charge controllers 17 . 17 ' one. The power electronic switching devices 18a ' . 18a ' here each comprise a semiconductor switching element 20 , and the power electronic switching devices 18b . 18b ' here each comprise two semiconductor switching elements 20 , The semiconductor switching elements 20 are formed here as MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), wherein the semiconductor switching elements 20 go into a blocking (non-conductive) state when from the electronic control device 12 no control voltage is applied. Instead of a semiconductor switching element 20 can also each have a plurality of parallel semiconductor switching elements comprehensive switching unit (see. 3b under reference numbers 52 . 54 ) can be used to z. B. to lower the Rdson. The charge controller 17 . 17 ' each further comprise a diode here 22 and a capacitor 24 , To monitor the flow of current through the charge controller 17 . 17 ' here is a current meter (ammeter) 26 in Stromleitpfade of the connection poles 16b . 16b ' to the backup battery 4 in the charge controller 17 . 17 ' integrated. There are both connection poles 16a . 16b respectively. 16a ' 16b ' from the power electronic switching devices 18a . 18b respectively. 18a ' . 18b ' switched to achieve a complete separation from the mains or the target battery.

Die Verschaltmittel 10 der Akkumodule 6 sind hier von der elektronischen Steuereinrichtung 12 so eingestellt worden, dass die beiden Akkumodule 6 in einer Parallelschaltung an den Laderegler 17 angeschlossen sind. In dieser Schaltstellung weist die Pufferbatterie 4 eine erste Spannungslage auf, die der Spannungslage eines einzelnen Akkumoduls 6 entspricht. Die Steuereinrichtung 12 steuert bevorzugt die Nutzung der Akkumodule 6 derart, dass alle Akkumodule 6 der Pufferbatterie 4 einen gleichen Ladezustand aufweisen. Sofern alle Akkumodule 6 gleichartig ausgebildet sind, was hier der Fall ist, weisen die Akkumodule 6 dann auch dieselbe Spannungslage auf.The interconnection means 10 the battery modules 6 are here from the electronic control device 12 set so that the two battery modules 6 in a parallel connection to the charge controller 17 are connected. In this switching position, the backup battery 4 a first voltage level, the voltage level of a single battery module 6 equivalent. The control device 12 preferably controls the use of the battery modules 6 such that all battery module 6 the backup battery 4 have a same state of charge. If all battery modules 6 are identically formed, which is the case here, have the battery modules 6 then the same voltage situation.

In dieser Schaltstellung der Verschaltmittel 10 können die Akkumodule 6 von dem Stromnetz, an das die Anschlusspole 16a, 16b angeschlossen worden sind, aufgeladen werden. Mit dem Laderegler 17 kann dabei ein Ladestrom der Pufferbatterie 4 durch wiederholtes, hochfrequentes (etwa mit mehr als 1 kHz Schaltfrequenz) Öffnen und Schließen der Halbleiter-Schaltelemente 20 begrenzt werden. Die elektronische Steuereinrichtung 12 kann dazu die Halbleiter-Schaltelemente 20 auf Basis von Messwerten des Strommessgeräts 26 geeignet ansteuern. Falls das Stromnetz ein Wechselspannungsnetz ist, kann die elektronische Steuereinrichtung 12 die Halbleiter-Schaltelemente 20 nur in solchen Zeiten öffnen, wenn die Spannung des Stromnetzes die zum Aufladen der Akkumodule geeignete Phasenlage aufweist und die Spannung des Stromnetzes betragsmäßig größer ist als die Spannungslage der Pufferbatterie 4. Während des Ladens der Pufferbatterie 4 sind die Anschlusspole 16a', 16b' von der Pufferbatterie 4 getrennt.In this switching position of the Verschaltmittel 10 can the battery modules 6 from the power grid to which the connection poles 16a . 16b have been connected. With the charge controller 17 can be a charging current of the backup battery 4 by repeated, high-frequency (about more than 1 kHz switching frequency) opening and closing of the semiconductor switching elements 20 be limited. The electronic control device 12 can do this the semiconductor switching elements 20 based on measured values of the ammeter 26 to control suitably. If the power grid is an AC voltage network, the electronic control device 12 the semiconductor switching elements 20 open only in such times, when the voltage of the power network has the appropriate for charging the battery modules phase position and the voltage of the power supply is greater in magnitude than the voltage level of the backup battery 4 , While charging the backup battery 4 are the connecting poles 16a ' . 16b ' from the backup battery 4 separated.

Die 1b zeigt einen schematischen Schaltplan des Pufferbatteriesystems 2 von 1a mit einer anderen Schaltstellung der Verschaltmittel 10. Die elektronische Steuereinrichtung 12 hat hier die Verschaltmittel 10 derart eingestellt, dass die beiden Akkumodule 6 in Serie (Reihe) geschaltet sind. Die Spannungslage der Pufferbatterie 4 ist dann (bei gleichem Ladezustand der Akkumodule 6) doppelt so groß wie in der Schaltstellung von 1a. Die Verschaltung der Akkumodule 6 übernimmt hier insofern die Funktion eines DC-DC-Wandlers. Die in Serie geschalteten Akkumodule 6 sind hier mit den Anschlusspolen 16a', 16b' verbunden.The 1b shows a schematic circuit diagram of the backup battery system 2 from 1a with another switching position of the Verschaltmittel 10 , The electronic control device 12 here has the Verschaltmittel 10 set so that the two battery modules 6 in series (series) are switched. The voltage level of the backup battery 4 is then (with the same state of charge of the battery modules 6 ) twice as large as in the switching position of 1a , The interconnection of the battery modules 6 takes over here the function of a DC-DC converter. The series-connected accumulator modules 6 are here with the connecting poles 16a ' . 16b ' connected.

An die Anschlusspole 16a', 16b' kann eine Zielbatterie angeschlossen werden, die von der Pufferbatterie 4 des Pufferbatteriesystems 2 aufgeladen wird. Der weitere Laderegler 17' bzw. dessen leistungselektronische Schalteinrichtungen 18a', 18b' können dabei auf Grundlage der Messwerte seines Strommessgeräts 26 von der elektronischen Steuereinrichtung 12 derart angesteuert werden, dass ein Ladestrom der Zielbatterie einen oder mehrere Grenzwerte nicht übersteigt, etwa durch Pulsen des Ladestroms. Der Ladestrom der Zielbatterie kann dabei deutlich größer, etwa mehr als fünfmal oder auch mehr als zehnmal größer, als ein Ladestrom der Pufferbatterie 4 sein (etwa beim Laden in der in 1a gezeigten Schaltstellung der Verschaltmittel 10). Insbesondere können die Ladeströme konstant sein. Anstelle der Zielbatterie kann auch ein Verbraucher, etwa ein mit Gleichspannung zu versorgendes Elektronikgerät, an die Anschlusspole 16a', 16b' des Pufferbatteriesystems 2 angeschlossen werden. Die Ausführungen zur Begrenzung des Ladestroms der Zielbatterie gelten dann analog für die Begrenzung des Stromflusses von der Pufferbatterie 4 zu dem Verbraucher.To the connection poles 16a ' . 16b ' A target battery can be connected to the backup battery 4 the backup battery system 2 is charged. The additional charge controller 17 ' or its power electronic switching devices 18a ' 18b ' can do this based on the readings of his ammeter 26 from the electronic control device 12 be controlled such that a charging current of the target battery does not exceed one or more limits, such as by pulses of the charging current. The charging current of the target battery can be significantly greater, about more than five times or even more than ten times greater than a charging current of the backup battery 4 be (about when loading in the 1a shown switching position of the Verschaltmittel 10 ). In particular, the charging currents can be constant. Instead of the target battery, a consumer, such as an electronic device to be supplied with DC voltage, to the terminal poles 16a ' . 16b ' the backup battery system 2 be connected. The explanations for limiting the charging current of the target battery then apply analogously to the limitation of the current flow from the backup battery 4 to the consumer.

Die 2 zeigt einen schematischen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst eine Pufferbatterie 4, die hier zwei Akkumodule 6 aufweist. Die Akkumodule 6 umfassen hier jeweils eine Vielzahl gleichartiger Akkuzellen 8 in einer kombinierten Parallel-Reihen-Schaltung. Die Akkumodule 6 sind über Verschaltmittel 10 in unterschiedlicher Weise miteinander verschaltbar. Schaltstellungen der Verschaltmittel 10 können dazu von einer elektronischen Steuereinrichtung 12 eingestellt werden. Insbesondere können die Akkumodule 6 zueinander parallel geschaltet werden, so dass eine erste Spannungslage der Pufferbatterie 4 resultiert. Alternativ können die Akkumodule 6 miteinander in Serie geschaltet werden, so dass eine höhere, zweite Spannungslage der Pufferbatterie resultiert. Ausgehend von gleichartigen Akkumodulen 6, die den gleichen Ladezustand aufweisen, ist hier die zweite Spannungslage doppelt so groß wie die erste Spannungslage.The 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a buffer battery system according to the invention 2 , The backup battery system 2 includes a backup battery 4 here are two battery modules 6 having. The battery modules 6 here include a variety of similar battery cells 8th in a combined parallel series circuit. The battery modules 6 are via interconnecting means 10 interconnected in different ways. Switch positions of the Verschaltmittel 10 can do this from an electronic control device 12 be set. In particular, the battery modules 6 be connected in parallel to each other, so that a first voltage of the buffer battery 4 results. Alternatively, the battery modules 6 be connected in series with each other, so that a higher, second voltage level of the backup battery results. Starting from similar battery modules 6 , which have the same state of charge, here is the second voltage level twice as large as the first voltage.

Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst hier zwei Paare von Anschlusspolen 16a, 16b, 16a', 16b' auf. Die Anschlusspole 16a, 16b, 16a', 16b' sind über Laderegler 17, 17' mit der Pufferbatterie 4 verbunden. Das Pufferbatteriesystem 2 weist hier ferner zwei Ladeanschlüsse 28a, 28b auf. Die Ladeanschlüsse 28a, 28b sind über eine Gleichrichteranordnung 30 mit den Anschlusspolen 16a, 16b verbunden. Die Gleichrichteranordnung 30 umfasst hier neben einem Gleichrichter 34 auch einen Kondensator 32, der die Anschlusspole 16a, 16b verbindet, um die vom Gleichrichter 34 bereitgestellte Spannung zu glätten. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Gleichrichteranordnung 30 auch einen Transformator 36, der die Netzspannung von den Ladeanschlüssen 28a, 28b vor der Gleichrichtung transformiert.The backup battery system 2 here includes two pairs of connection poles 16a . 16b . 16a ' . 16b ' on. The connecting poles 16a . 16b . 16a ' . 16b ' are about charge controller 17 . 17 ' with the backup battery 4 connected. The backup battery system 2 here also has two charging ports 28a . 28b on. The charging ports 28a . 28b are via a rectifier arrangement 30 with the connection poles 16a . 16b connected. The rectifier arrangement 30 includes here next to a rectifier 34 also a capacitor 32 , the connecting poles 16a . 16b connects to the rectifier 34 even the voltage provided. In the embodiment shown, the rectifier arrangement comprises 30 also a transformer 36 that disconnects the mains voltage from the charging ports 28a . 28b transformed before rectification.

Die Ladeanschlüsse 28a, 28b des Pufferbatteriesystems 2 können zum Aufladen der Akkumodule 6 der Pufferbatterie 4 an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden. Der Transformator 36 transformiert dann die Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes auf ein zum Laden der Akkumodule 6 geeignetes Spannungsniveau. Der Gleichrichter 34 erzeugt aus der transformierten Wechselspannung eine Gleichspannung. Mithilfe des Kondensators 32 wird die zwischen den Anschlusspolen 16a, 16b anliegende Gleichspannung geglättet. Mittels des Ladereglers 17 kann die elektronische Steuereinrichtung 12 einen Ladestrom in die Pufferbatterie 4 auf einen oder mehrere Grenzwerte begrenzen. Die elektronische Steuereinrichtung 12 kann dazu Messwerte eines Strommessgeräts 26 des Ladereglers 17 auswerten und Halbleiter-Schaltelemente 20 des Ladereglers 17 in zeitlicher Folge öffnen und schließen. Die Halbleiter-Schaltelemente 20 können als IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode) ausgeführt sein. Man beachte, dass im Rahmen der Erfindung bei einer ausreichend in unterschiedlich verschaltbare Akkumodule 6 unterteilten Pufferbatterie 4 in der Regel auf einen Transformator 36 verzichtet werden kann und bevorzugt auch verzichtet wird.The charging ports 28a . 28b the backup battery system 2 can charge the battery modules 6 the backup battery 4 be connected to an AC mains. The transformer 36 then transforms the AC voltage of the AC voltage network to a for charging the battery modules 6 suitable voltage level. The rectifier 34 generates a DC voltage from the transformed AC voltage. Using the capacitor 32 becomes the between the connecting poles 16a . 16b Smooth applied DC voltage. By means of the charge controller 17 can the electronic control device 12 a charging current in the backup battery 4 limit to one or more limit values. The electronic control device 12 can in addition measurements of a current measuring device 26 of the charge controller 17 evaluate and semiconductor switching elements 20 of the charge controller 17 open and close in chronological order. The semiconductor switching elements 20 may be implemented as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). It should be noted that, in the context of the invention, the battery modules can be sufficiently interconnected in different ways 6 divided buffer battery 4 usually on a transformer 36 can be waived and preferably also waived.

Die 3a zeigt einen schematischen Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst hier eine Pufferbatterie 4 mit zehn gleichartigen Akkumodulen 6. Die Akkumodule 6 sind in einem Schaltring 38 angeordnet. Gegengleiche Pole 40a, 40b benachbarter Akkumodule 6 des Schaltrings 38 sind über leistungselektronische Schalteinrichtungen 42 miteinander verbindbar (hier und im Folgenden vereinfachend als einfache Schalter dargestellt). Die Pole 40a, 40b der Akkumodule 6 sind hier weiterhin über leistungselektronische Schalteinrichtungen 44 mit Leiterbahnen 46a, 46b einer Stromsammelschiene 48 verbindbar. Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42, 44 bilden dabei Verschaltmittel 10 für die Akkumodule 6 aus.The 3a shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a buffer battery system according to the invention 2 , The backup battery system 2 here includes a backup battery 4 with ten similar battery modules 6 , The battery modules 6 are in a switching ring 38 arranged. Equal poles 40a . 40b neighboring battery modules 6 the Schalring 38 are about power electronic switching devices 42 connectable to each other (here and hereinafter simplistic shown as a simple switch). The poles 40a . 40b the battery modules 6 here are still about power electronic switching devices 44 with tracks 46a . 46b a power bus 48 connectable. The power electronic switching devices 42 . 44 form thereby Verschaltmittel 10 for the battery modules 6 out.

Die Leiterbahn 46a ist hier den Plus-Polen der Akkumodule 6 zugeordnet; die Leiterbahn 46b ist hier den Minus-Polen der Akkumodule 6 zugeordnet. Jede der Leiterbahnen 46a, 46b der Stromsammelschiene 48 ist jeweils über zwei leistungselektronische Schalteinrichtungen 18 wahlweise mit Anschlusspolen 16a, 16b des Pufferbatteriesystems 2 verbindbar. Es kann somit ein jeder Pol 40a, 40b eines jeden Akkumoduls 6 wahlweise mit jedem der Anschlusspole 16a, 16b verbunden werden.The conductor track 46a here is the plus poles of the battery modules 6 assigned; the conductor track 46b here is the minus poles of the battery modules 6 assigned. Each of the tracks 46a . 46b the power bus 48 each has two power electronic switching devices 18 optionally with connection poles 16a . 16b the backup battery system 2 connectable. It can thus be every pole 40a . 40b of each battery module 6 optionally with each of the connecting poles 16a . 16b get connected.

Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18, 42, 44 werden von einer elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angesteuert, um die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18, 42, 44 zu öffnen oder zu schließen. Zur Überwachung eines Betriebszustandes des Pufferbatteriesystems 2 ist hier zwischen dem Anschlusspol 16b und jeder der beiden Leiterbahnen 46a, 46b der Stromsammelschiene 48 jeweils ein Strommessgerät 26 angeordnet. Weiterhin ist hier zwischen den Anschlusspolen 16a, 16b ein Spannungsmessgerät (Voltmeter) 50 angeordnet. Die elektronische Steuereinrichtung kann die Messwerte der Strommessgeräte 26 und des Spannungsmessgeräts 50 heranziehen, um über die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18, 42, 44 den Betrieb des Pufferbatteriesystems 4 zu steuern.The power electronic switching devices 18 . 42 . 44 are driven by an electronic control device (not shown) to the power electronic switching devices 18 . 42 . 44 to open or close. For monitoring an operating state of the buffer battery system 2 is here between the terminal pole 16b and each of the two tracks 46a . 46b the power bus 48 one ammeter each 26 arranged. Furthermore, here is between the terminal poles 16a . 16b a voltmeter 50 arranged. The electronic control device can read the measured values of the ammeters 26 and the voltmeter 50 to talk about the power electronic switching devices 18 . 42 . 44 the operation of the backup battery system 4 to control.

In der dargestellten Schaltstellung wurden von der elektronischen Steuereinrichtung zwei Akkumodule 6a, 6b ausgewählt und in Serie verschaltet. Die Akkumodule 6a, 6b sind über zwei der leistungselektronischen Schalteinrichtungen 44 mit den Leiterbahnen 46a, 46b der Stromsammelschiene 48 verbunden. Die restlichen Akkumodule 6 sind nicht miteinander verschaltet und nicht auf die Stromsammelschiene 48 geschaltet. Eine Auswahl der miteinander zu verschaltenden Akkumodule 6, 6a, 6b kann etwa aufgrund eines Ladezustands und/oder Alterungszustands der Akkumodule 6, 6a, 6b getroffen werden. Welche der Akkumodule 6, 6a, 6b zusammengeschaltet werden, kann während einer Benutzung des Pufferbatteriesystems 2, d. h. während des Ladens der Pufferbatterie 4 und/oder während des Entnehmens von Strom aus der Pufferbatterie 4, geändert werden. Insbesondere kann beim Laden einer Zielbatterie aus der Pufferbatterie 4 eine Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen 6a, 6b mit der Zeit erhöht werden. Dadurch kann ein Ansteigen einer Spannungslage der Zielbatterie und ein Abfallen der Spannungslage der Akkumodule 6a, 6b aufgrund des Ladevorgangs kompensiert werden.In the illustrated switching position of the electronic control device were two battery modules 6a . 6b selected and interconnected in series. The battery modules 6a . 6b are about two of the power electronic switching devices 44 with the tracks 46a . 46b the power bus 48 connected. The remaining battery modules 6 are not interconnected and not on the power bus 48 connected. A selection of the battery modules to be interconnected 6 . 6a . 6b may be due to a state of charge and / or aging of the battery modules 6 . 6a . 6b to be hit. Which of the battery modules 6 . 6a . 6b can be interconnected during use of the backup battery system 2 ie during charging of the backup battery 4 and / or while removing power from the backup battery 4 to be changed. In particular, when charging a target battery from the backup battery 4 a number of battery modules connected in series 6a . 6b be increased over time. As a result, an increase in a voltage level of the target battery and a drop in the voltage level of the battery modules 6a . 6b be compensated due to the charging process.

In der dargestellten Schaltstellung ist der Anschlusspol 16a mit der den Plus-Polen 40a der Akkumodule 6 zugeordneten Leiterbahn 46a verbunden; der Anschlusspol 16b ist mit der den Minus-Polen 40b der Akkumodule 6 zugeordneten Leiterbahn 46b verbunden. Wahlweise kann über die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18 auch eine Umkehr der Polverschaltung eingerichtet werden, hier indem alle leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18 umgeschaltet werden.In the illustrated switching position is the terminal pole 16a with the plus poles 40a the battery modules 6 associated conductor track 46a connected; the connection pole 16b is with the minus poles 40b the battery modules 6 associated conductor track 46b connected. Optionally, via the power electronic switching devices 18 Also, a reversal of the Polverschaltung be established, here by all power electronic switching devices 18 be switched.

Durch sukzessives Hinzu- und Wegschalten von einzelnen Akkumodulen 6 zu den in Serie verschalteten Akkumodulen 6 und eine Umkehr der Polverschaltung durch die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18 kann mit der Spannungslage des Pufferbatteriesystems 2 ein sinusförmiger Verlauf einer Wechselspannung näherungsweise nachgebildet werden. Dies kann insbesondere ausgenutzt werden, um die Akkumodule 6 der Pufferbatterie 4 zu laden, indem das Pufferbatteriesystem 2 mit den Anschlusspolen 16a, 16b an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen wird, ohne dass dabei ein Gleichrichter verwendet wird. Durch das Nachführen der Spannungslage des Pufferbatteriesystems 2 kann nahezu durchgängig wenigstens ein Akkumodul 6 geladen werden. Analog dazu kann das Pufferbatteriesystem 2 auch eingesetzt werden, um einen Verbraucher, etwa ein Haushaltsgerät, mit Wechselstrom zu versorgen. Typischerweise wird aus der Pufferbatterie 4 jedoch Gleichstrom entnommen. Ein Versorgen eines Verbrauchers mit Gleich- oder Wechselstrom aus der Pufferbatterie 4 erfolgt im Sinne eines Smart-Home bevorzugt während Zeiten, in denen in dem Stromnetz ein Mangel an Strom herrscht.By successive addition and removal of individual battery modules 6 to the battery modules connected in series 6 and a reversal of the Polverschaltung by the power electronic switching devices 18 can with the voltage of the buffer battery system 2 a sinusoidal course of an AC voltage can be approximated. This can in particular be exploited to the battery modules 6 the backup battery 4 to charge by the backup battery system 2 with the connection poles 16a . 16b is connected to an AC mains without a rectifier is used. By tracking the voltage level of the buffer battery system 2 can almost always at least one battery module 6 getting charged. Similarly, the backup battery system 2 also be used to provide a consumer, such as a household appliance, with AC power. Typically, the backup battery becomes 4 however, DC removed. Supplying a consumer with DC or AC power from the backup battery 4 takes place in the sense of a smart home preferably during Times when there is a lack of electricity in the electricity grid.

Ein Laden der Pufferbatterie 4 aus dem Stromnetz erfolgt bevorzugt, wenn in dem Stromnetz ein Überangebot an Strom herrscht. Das Pufferbatteriesystem 2 kann dann auch einen Beitrag zur Netzstabilisierung leisten. Umgekehrt ist es auch möglich, das Pufferbatteriesystem 2 nicht nur zum Aufladen einer Zielbatterie zu verwenden, sondern auch in Zeiten, während denen in dem Stromnetz ein Mangel an Strom herrscht, aus der Pufferbatterie 4 Strom in das Stromnetz einzuspeisen. Die Netzstabilisierung mittels des Pufferbatteriesystems 2 kann dadurch weiter verbessert werden.A charging of the backup battery 4 From the power grid is preferably when there is an oversupply of electricity in the power grid. The backup battery system 2 can then also contribute to grid stabilization. Conversely, it is also possible the backup battery system 2 not only to recharge a target battery, but also in times when there is a lack of power in the power grid, from the backup battery 4 To feed electricity into the power grid. The grid stabilization by means of the buffer battery system 2 can be further improved.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Stromnetz auch ein dreiphasiges Stromnetz sein kann. Um die Pufferbatterie 4 aus allen drei Phasen des dreiphasigen Stromnetzes gleichzeitig laden zu können, kann das Pufferbatteriesystem 2 drei Stromsammelschienen 48 und drei zugehörige Paare von Anschlusspolen 16a, 16b aufweisen. Die Akkumodule 6 sind dann mit jeder der sechs Leiterbahnen 46a, 46b der drei Stromsammelschienen 48 verbindbar. Entsprechend der momentanen Spannung einer jeden der drei Phasen des dreiphasigen Stromnetzes kann dann eine Teilmenge der Akkumodule 6 über leistungselektronische Schalteinrichtungen 44 mit einer der drei Phasen des dreiphasigen Stromnetzes verbunden werden. Die Spannungslage einer jeden der Teilmengen der Akkumodule 6 wird dabei so eingestellt, dass sie unterhalb der momentanen Spannung der Phase des dreiphasigen Stromnetzes, mit der die jeweilige Teilmenge verbunden ist, liegt.It should be noted that the power grid can also be a three-phase power grid. To the backup battery 4 from all three phases of the three-phase grid can be loaded simultaneously, the backup battery system 2 three busbars 48 and three associated pairs of connection poles 16a . 16b exhibit. The battery modules 6 are then with each of the six tracks 46a . 46b the three power busbars 48 connectable. According to the instantaneous voltage of each of the three phases of the three-phase power network can then be a subset of the battery modules 6 via power electronic switching devices 44 be connected to one of the three phases of the three-phase power grid. The voltage level of each of the subsets of the battery modules 6 is set so that it is below the instantaneous voltage of the phase of the three-phase power network to which the respective subset is connected.

Die 3b zeigt einen schematischen Schaltplan einer leistungselektronischen Schalteinrichtung 18, 42, 44 des Pufferbatteriesystems von 3a. Die leistungselektronische Schalteinrichtung 18, 42, 44 weist hier eine erste Schalteinheit 52 auf. Die erste Schalteinheit 52 umfasst hier acht zueinander parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 20. Weiterhin weist die leistungselektronische Schalteinrichtung 18, 42, 44 hier eine zweite Schalteinheit 54 auf, die in Serie zu der ersten Schalteinheit 52 geschaltet ist. Die zweite Schalteinheit 54 umfasst hier ebenfalls acht zueinander parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 20. Durch die Serienschaltung der ersten und zweiten Schalteinheit 52, 54 kann ein ungewolltes Durchschalten bei einem niederohmigen Versagen eines einzelnen Halbleiter-Schaltelements 20 verhindert werden. Ferner weist die leistungselektronische Schalteinrichtung 18, 42, 44 hier ein mechanisches Relais 56 auf. Das mechanische Relais 56 ist in Serie zu der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 geschaltet. Die leistungselektronische Schalteinrichtung 18, 42, 44 ist hier somit als ein Hybridschalter ausgelegt, der eine galvanische Trennung einrichten kann. Im Abschaltfall trennen die Halbleiter-Schaltelemente 20 sofort und mit geringer bauartbedingter Verzögerung das Relais 56. Das Relais 56 ist lediglich auf die Stromtragfähigkeit auszulegen, da eine Trennung des Stromflusses durch die Halbleiter-Schaltelemente 20 erbracht wird.The 3b shows a schematic circuit diagram of a power electronic switching device 18 . 42 . 44 the backup battery system of 3a , The power electronic switching device 18 . 42 . 44 here has a first switching unit 52 on. The first switching unit 52 here comprises eight semiconductor switching elements connected in parallel to each other 20 , Furthermore, the power electronic switching device 18 . 42 . 44 here a second switching unit 54 on, in series with the first switching unit 52 is switched. The second switching unit 54 here also comprises eight semiconductor switching elements connected in parallel to each other 20 , By the series connection of the first and second switching unit 52 . 54 may be an unwanted switching in a low-resistance failure of a single semiconductor switching element 20 be prevented. Furthermore, the power electronic switching device 18 . 42 . 44 here a mechanical relay 56 on. The mechanical relay 56 is in series with the first switching unit 52 and the second switching unit 54 connected. The power electronic switching device 18 . 42 . 44 is thus designed here as a hybrid switch that can set up a galvanic isolation. In the case of disconnection, the semiconductor switching elements disconnect 20 Immediately and with low design-related delay the relay 56 , The relay 56 is to be interpreted only on the current carrying capacity, since a separation of the current flow through the semiconductor switching elements 20 is provided.

Die Halbeiter-Schaltelemente 20 der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 sind hier als MOSFETs ausgebildet. Die Halbeiter-Schaltelemente 20 gehen hier in einen sperrenden Zustand über, wenn keine Steuerspannung an ihnen anliegt. Ebenso sperrt das mechanische Relais 56, wenn keine Steuerspannung an ihm anliegt. Das mechanische Relais 56 nimmt dazu eine mechanische Unterbrechung eines Stromleitpfades 58 vor. Durch die Serienschaltung der selbsttätig unterbrechenden Halbleiter-Schaltelemente 20 und des mechanischen Relais 56 kann die Betriebssicherheit des Pufferbatteriesystems erhöht werden, da ein unerwünschtes Aufschalten von Akkumodulen auf Anschlusspole des Pufferbatteriesystems vermieden wird. Die Halbleiter-Schaltelemente 20 der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 können von einer elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) mit einer geringen Zeitverzögerung, typischerweise von 0,5 ms bis 2,0 ms, geschaltet werden. Dies hat Vorteile im Bereich der Ansteuerung. Es ist dann nur in überlappenden Zeiträumen ein Stromfluss möglich. Die Steuerspannung, um die Halbleiter-Schaltelemente 20 und das mechanische Relais 56 in einen leitenden Zustand zu schalten, kann 5 V betragen. Alternativ zur gezeigten Ausführungsform kann bei allen oder einigen leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18, 42, 44 auch ein mechanisches Relais 56 weggelassen werden, etwa bei den leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42, 44 (vgl. 3a). Ebenso kann, je nach Anwendungsfall, auch eine geringere oder höhere Anzahl von Halbleiter-Schaltelementen 20 in den Schalteinheiten 52, 54, insbesondere nur jeweils ein Halbleiter-Schaltelement 20, vorgesehen sein.The semiconductor switching elements 20 the first switching unit 52 and the second switching unit 54 are designed here as MOSFETs. The semiconductor switching elements 20 go here in a blocking state when no control voltage is applied to them. Likewise, the mechanical relay locks 56 when no control voltage is applied to it. The mechanical relay 56 takes a mechanical interruption of a Stromleitpfades 58 in front. By the series connection of the self-interrupting semiconductor switching elements 20 and the mechanical relay 56 the reliability of the buffer battery system can be increased, since an undesirable switching of battery modules is avoided on connection poles of the backup battery system. The semiconductor switching elements 20 the first switching unit 52 and the second switching unit 54 can be switched by an electronic control device (not shown) with a small time delay, typically from 0.5 ms to 2.0 ms. This has advantages in the field of control. It is then possible only in overlapping periods of a current flow. The control voltage to the semiconductor switching elements 20 and the mechanical relay 56 can switch to a conductive state, can be 5V. As an alternative to the embodiment shown, all or some power electronic switching devices can be used 18 . 42 . 44 also a mechanical relay 56 be omitted, such as the power electronic switching devices 42 . 44 (see. 3a ). Likewise, depending on the application, also a smaller or higher number of semiconductor switching elements 20 in the switching units 52 . 54 , in particular only one semiconductor switching element in each case 20 , be provided.

Die 4 zeigt einen schematischen Schaltplan einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Das Pufferbatteriesystems 2 umfasst hier eine Pufferbatterie 4 mit zehn Akkumodulen 6, die in einem Schaltring 38 angeordnet sind. Die Akkumodule 6 sind mit Leiterbahnen 46a, 46b einer Stromsammelschiene 48 verbindbar. Die Leiterbahn 46a ist dabei den Plus-Polen 40a der Akkumodule 6 zugeordnet; die Leiterbahn 46b ist den Minus-Polen 40b der Akkumodule 6 zugeordnet. Das Pufferbatteriesystem 2 weist weiterhin ein Paar von Anschlusspolen 16a, 16b auf. Jeder der Anschlusspole 16a, 16b ist hier wahlweise über zwei leistungselektronische Schalteinrichtungen 18 mit beiden Leiterbahnen 46a, 46b verbindbar. Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18 gehören zu einem Laderegler 17. Es kann dadurch die Polung der Anschlusspole 16a, 16b frei gewählt werden. Verschaltmittel 10 für die Akkumodule 6 sind hier als leistungselektronische Schalteinrichtungen 42, 44 ausgebildet.The 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a buffer battery system according to the invention 2 , The backup battery system 2 here includes a backup battery 4 with ten battery modules 6 in a shift ring 38 are arranged. The battery modules 6 are with tracks 46a . 46b a power bus 48 connectable. The conductor track 46a is the plus pole 40a the battery modules 6 assigned; the conductor track 46b is the minus pole 40b the battery modules 6 assigned. The backup battery system 2 also has a pair of connection poles 16a . 16b on. Each of the connecting poles 16a . 16b here is optionally via two power electronic switching devices 18 with both tracks 46a . 46b connectable. The power electronic switching devices 18 belong to a charge controller 17 , It can thereby the polarity of the terminal poles 16a . 16b freely selected become. Verschaltmittel 10 for the battery modules 6 are here as power electronic switching devices 42 . 44 educated.

Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18, 42, 44 umfassen hier jeweils zwei in Serie geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 20. Die Halbleiter-Schaltelemente 20 sind hier als selbstsperrende MOSFETs ausgebildet. Durch die Serienschaltung von jeweils zwei Halbleiter-Schaltelementen 20 kann ein ungewolltes Durchschaltens im Falle eines niederohmigen Versagens eines einzelnen Halbleiter-Schaltelements 20 verhindert werden, da das zweite in Serie geschaltete Halbleiter-Schaltelement 20 einen Stromfluss unterbrechen kann.The power electronic switching devices 18 . 42 . 44 here each comprise two series-connected semiconductor switching elements 20 , The semiconductor switching elements 20 are designed here as self-blocking MOSFETs. By the series connection of two semiconductor switching elements 20 may be an unwanted switching in the case of a low-resistance failure of a single semiconductor switching element 20 be prevented because the second series-connected semiconductor switching element 20 can interrupt a flow of current.

Das Pufferbatteriesystem 2 weist hier ferner ein zweites Paar von Anschlusspolen 16a', 16b' auf. Die Anschlusspole 16a', 16b' sind über einen weiteren Laderegler 17' mit den Leiterbahnen 46a, 46b der Stromsammelschiene 48 der Pufferbatterie 4 verbunden. Der Anschlusspol 16a' ist hier fest der Leiterbahn 46a und damit den Plus-Polen 40a der Akkumodule 6 zugeordnet; der Anschlusspol 16b' ist fest der Leiterbahn 46b und damit den Minus-Polen 40b der Akkumodule 6 zugeordnet.The backup battery system 2 here also has a second pair of connection poles 16a ' . 16b ' on. The connecting poles 16a ' . 16b ' are about another charge controller 17 ' with the tracks 46a . 46b the power bus 48 the backup battery 4 connected. The connection pole 16a ' here is the conductor track 46a and thus the plus poles 40a the battery modules 6 assigned; the connection pole 16b ' is the conductor track 46b and thus the minus poles 40b the battery modules 6 assigned.

Die Anschlusspole 16a', 16b' können insbesondere zum Laden einer Zielbatterie mit Gleichstrom aus der Pufferbatterie 4 verwendet werden. Bevorzugt wird dabei mit den Verschaltmitteln 10 eine zweite Spannungslage der Pufferbatterie 4 eingestellt, die größer ist als die Spitzenspannung eines Stromnetzes, das zum Laden der Pufferbatterie 4 an die Anschlusspole 16a, 16b angeschlossen wird. Beim Laden der Pufferbatterie 4 aus dem Stromnetz werden die Akkumodule 6 von den Verschaltmitteln 10 derart zusammengeschaltet, dass die Pufferbatterie 4 eine erste Spannungslage aufweist, die kleiner ist als die Spitzenspannung des Stromnetzes. Weiterhin kann an die Anschlusspole 16a', 16b' ein Gleichspannungsverbraucher, etwa ein Elektronikgerät, angeschlossen werden. Es kann dabei eine dritte Spannungslage der Pufferbatterie 4 durch Verschalten der Akkumodule 6 mit den Verschaltmitteln 10 eingestellt werden, wobei die dritte Spannungslage zwischen der ersten und der zweiten Spannungslage liegen kann. Die dritte Spannungslage kann aber auch kleiner oder gleich der ersten Spannungslage sein. Alternativ kann die dritte Spannungslage auch größer oder gleich der zweiten Spannungslage sein.The connecting poles 16a ' . 16b ' in particular for charging a target battery with DC from the backup battery 4 be used. Preference is given to the Verschaltmitteln 10 a second voltage level of the backup battery 4 which is greater than the peak voltage of a power grid, which is to charge the backup battery 4 to the connection poles 16a . 16b is connected. When charging the backup battery 4 The battery modules become the power supply 6 from the interconnection means 10 connected in such a way that the backup battery 4 has a first voltage level that is smaller than the peak voltage of the power grid. Furthermore, to the terminal poles 16a ' . 16b ' a DC consumer, such as an electronic device to be connected. It can be a third voltage of the buffer battery 4 by connecting the battery modules 6 with the switching means 10 can be adjusted, wherein the third voltage position between the first and the second voltage level can be. The third voltage level can also be less than or equal to the first voltage level. Alternatively, the third voltage level may also be greater than or equal to the second voltage level.

Der weitere Laderegler 17' umfasst hier drei Halbleiter-Schaltelemente 20. Die Halbleiter-Schaltelemente 20 sind hier als MOSFETs ausgebildet, wobei die Halbleiter-Schaltelemente 20 in einen sperrenden (nichtleitenden) Zustand übergehen, wenn von einer elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) keine Steuerspannung angelegt wird. Diese Halbleiter-Schaltelemente 20 werden über Anlegen einer Steuerspannung, etwa am Gate eines MOSFETs, leitend geschaltet. Nach dem Anlegen der Steuerspannung erfolgt nach definierter Zeitverzögerung erfolgt das Durchschalten. Der weitere Laderegler 17' umfasst hier weiterhin eine Diode 22 und einen Kondensator 24. Zur Überwachung des Stromflusses durch den weiteren Laderegler 17' ist hier ein Strommessgerät 26 in den Stromleitpfad des Anschlusspols 16b' integriert.The additional charge controller 17 ' here comprises three semiconductor switching elements 20 , The semiconductor switching elements 20 are formed here as MOSFETs, wherein the semiconductor switching elements 20 go into a blocking (non-conductive) state when no control voltage is applied by an electronic control device (not shown). These semiconductor switching elements 20 are turned on by applying a control voltage, such as at the gate of a MOSFET. After applying the control voltage takes place after a defined time delay, the switching is done. The additional charge controller 17 ' here also includes a diode 22 and a capacitor 24 , To monitor the flow of current through the additional charge controller 17 ' here is an ammeter 26 in the current conducting path of the terminal pole 16b ' integrated.

Durch intermittierendes Öffnen und Schließen des Laderglers 17' bzw. dessen Halbleiterschaltelementen 20 kann ein Strom aus der Pufferbatterie 4 durch Pulsen begrenzt werden. Zur Begrenzung können dabei Zeitdauern des Öffnens und/oder Schließens variiert werden. Die Anzahl der Pulse oder die Pulsweite (bei gleicher Anzahl der Pulse) definieren somit die (zeitlich gemittelte) Stromstärke. Bei einem wiederholten, kurzzeitigen Öffnen, etwa für höchstens 10 ms oder für höchstens 1 ms, der leistungselektronischen Schalteinrichtung 18' können auch transiente Effekte ausgenutzt werden. Transiente Effekte können etwa aus einer Schaltcharakteristik der Halbleiter-Schaltelemente 20 resultieren.By intermittently opening and closing the charger 17 ' or its semiconductor switching elements 20 can be a power from the backup battery 4 be limited by pulses. To limit time periods of opening and / or closing can be varied. The number of pulses or the pulse width (with the same number of pulses) thus define the (time averaged) current. In the case of a repeated, brief opening, for a maximum of 10 ms or for a maximum of 1 ms, of the power electronic switching device 18 ' Transient effects can also be exploited. Transient effects can be approximately from a switching characteristic of the semiconductor switching elements 20 result.

Wenn eine Differenz zwischen der Spannungslage der Pufferbatterie 4 und der Spannungslage einer Zielbatterie im Laufe eines Ladevorgangs der Zielbatterie abnimmt, können die Zeitintervalle, in denen die leistungselektronische Schalteinrichtung 18' geöffnet wird, verlängert werden, um einen über die Dauer des Ladevorgangs der Zielbatterie zumindest näherungsweise konstanten mittleren Ladestrom einzurichten. Wird die Differenz zwischen den Spannungslagen der Pufferbatterie 4 und der Zielbatterie zu gering, kann ein weiteres Akkumodul 6 zu den in Serie verschalteten Akkumodulen 6 hinzugeschaltet werden. Am Ende des Ladevorgangs der Zielbatterie kann die Spannungslage der Pufferbatterie 4 der Spannungslage der Zielbatterie (Ladeschlussspannung) entsprechen.If a difference between the voltage level of the backup battery 4 and the voltage level of a target battery decreases during the charging process of the target battery, the time intervals in which the power electronic switching device 18 ' is opened, be extended to establish an over the duration of the charging of the target battery at least approximately constant average charging current. Is the difference between the voltage levels of the backup battery 4 and the target battery too low, can be another battery module 6 to the battery modules connected in series 6 be connected. At the end of the charging process of the target battery, the voltage level of the backup battery 4 the voltage level of the target battery (charge end voltage) correspond.

Die 5 zeigt eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers 60. Der Range-Extender-Anhänger 60 kann hier mit einer Deichsel 62 an ein Zugfahrzeug (nicht dargestellt), angehängt werden. Das Zugfahrzeug ist bevorzugt ein Elektrofahrzeug. Der Range-Extender-Anhänger 60 umfasst ein Pufferbatteriesystem 2 mit einer Pufferbatterie 4. Die Pufferbatterie 4 kann hier über ein Anschlusskabel 64 mit einem Anschlussstecker 66 an das Zugfahrzeug (Elektrofahrzeug) angeschlossen werden. Der Anschlussstecker 66 weist dazu ein Paar von Anschlusspolen 16a, 16b der Pufferbatterie 4 auf. Die Kapazität der Pufferbatterie 4 kann mehr als 18 kWh, bevorzugt mehr als 23 kWh, besonders bevorzugt mehr als 85 kWh betragen.The 5 shows a schematic diagram of a range extender trailer according to the invention 60 , The range extender trailer 60 can use a drawbar here 62 attached to a towing vehicle (not shown). The towing vehicle is preferably an electric vehicle. The range extender trailer 60 includes a backup battery system 2 with a backup battery 4 , The backup battery 4 can be here via a connection cable 64 with a connector 66 be connected to the towing vehicle (electric vehicle). The connector 66 has a pair of connection poles 16a . 16b the backup battery 4 on. The capacity of the backup battery 4 may be more than 18 kWh, preferably more than 23 kWh, more preferably more than 85 kWh.

Das Pufferbatteriesystem 2 des Range-Extender-Anhängers 60 kann insbesondere dazu verwendet werden, eine Traktionsbatterie (Hochvoltbatterie) eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs (insbesondere eines Plug-In-Hybridfahrzeugs), an das der Range-Extender-Anhänger 60 angekoppelt ist, nachzuladen. Die Spannungslage der Traktionsbatterie kann ca. 400 V betragen, wenn das Elektrofahrzeug oder das Hybridfahrzeug ein Personenkraftwagen ist. Wenn das Elektrofahrzeug oder das Hybridfahrzeug ein Lastkraftwagen ist, kann die Spannungslage der Traktionsbatterie ca. 750 V betragen.The backup battery system 2 of the range extender trailer 60 in particular used, a traction battery (high-voltage battery) of an electric vehicle or a hybrid vehicle (in particular a plug-in hybrid vehicle), to which the range extender trailer 60 is docked, reloading. The voltage level of the traction battery can be about 400 V, if the electric vehicle or the hybrid vehicle is a passenger car. If the electric vehicle or the hybrid vehicle is a truck, the voltage level of the traction battery may be approximately 750V.

Das Nachladen der Traktionsbatterie kann dabei auch während einer Fahrt des Elektrofahrzeugs oder des Hybridfahrzeugs erfolgen, insbesondere durch Schnellladung. Alternativ kann das Pufferbatteriesystem 2 auch einen Fahrstrom für einen Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs oder des Hybridfahrzeugs liefern. Ferner können aus dem Pufferbatteriesystem 2 Zusatzaggregate des Elektrofahrzeugs oder des Hybridfahrzeugs, z. B. eine Klimaanlage, Unterhaltungselektronik, Heizanlagen für einen Innenraum, Sitze oder ein Lenkrad, versorgt werden.The recharging of the traction battery can also be done while driving the electric vehicle or the hybrid vehicle, in particular by fast charging. Alternatively, the backup battery system 2 also provide a traction current for a drive motor of the electric vehicle or the hybrid vehicle. Furthermore, from the buffer battery system 2 Additional units of the electric vehicle or the hybrid vehicle, z. As an air conditioner, consumer electronics, heating systems for an interior, seats or a steering wheel, are supplied.

Die 6 zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf einer ersten Spannungslage SPB1 einer Pufferbatterie und einen zeitlichen Verlauf einer momentanen Netzspannung SWN eines Wechselspannungsnetzes während Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Vereinfachung ist hier nur eine Periodendauer der momentanen Netzspannung SWN dargestellt. Die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes hat einen näherungsweise sinusförmigen Verlauf. Während einer ersten Halbwelle zwischen einem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t3 ist die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes positiv; während einer zweiten Halbwelle zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt t6 ist die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes negativ.The 6 schematically shows a time course of a first voltage level SPB1 a backup battery and a time course of a current line voltage SWN an AC voltage network during step a) of a method according to the invention. For simplicity, only one period of the instantaneous mains voltage SWN is shown here. The instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network has an approximately sinusoidal profile. During a first half-wave between a time t0 and a time t3, the instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network is positive; during a second half-wave between the time t3 and a time t6, the instantaneous mains voltage SWN of the alternating voltage network is negative.

Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 hat die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie den konstanten Ausgangswert U0. In diesem Zeitintervall erfolgt kein Laden der Pufferbatterie aus dem Wechselspannungsnetz, da die momentane Netzspannung SWN kleiner oder nur unwesentlich größer ist als die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie. Die Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes wird erst zu dem Zeitpunkt t1 auf die Pufferbatterie geschaltet, wo die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes deutlich größer ist (hier ca. 20%) als der Ausgangswert U0 der ersten Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie.Between the times t0 and t1, the first voltage level SPB1 of the buffer battery has the constant output value U0. In this time interval, no charging of the backup battery from the AC voltage network takes place, since the instantaneous mains voltage SWN is smaller or only slightly larger than the first voltage level SPB1 of the backup battery. The alternating voltage of the alternating voltage network is switched to the buffer battery only at the time t1, where the instantaneous mains voltage SWN of the alternating voltage network is significantly greater (here about 20%) than the initial value U0 of the first voltage level SPB1 of the backup battery.

Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 bleibt die momentane Netzspannung des Wechselspannungsnetzes zum Laden der Pufferbatterie auf die Pufferbatterie geschaltet. Die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie steigt dadurch von dem Ausgangswert U0 auf einen ersten Zwischenwert U1 an. (Man beachte, dass dieser Anstieg in 6 stark übertrieben dargestellt ist.) Zum Zeitpunkt t2 ist die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes noch deutlich größer als der erste Zwischenwert U1.Between the time t1 and a time t2, the instantaneous mains voltage of the AC voltage network for charging the backup battery remains switched to the backup battery. The first voltage level SPB1 of the backup battery thereby rises from the initial value U0 to a first intermediate value U1. (Note that this increase in 6 is greatly exaggerated.) At time t2, the instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network is still significantly greater than the first intermediate value U1.

Zum Zeitpunkt t2 wird die Pufferbatterie wieder vom Wechselspannungsnetz getrennt. Die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes sinkt sodann ab und erreicht zu einem Zeitpunkt t3 den Wert null. Zum Zeitpunkt t3 beginnt eine zweite Halbwelle des Verlaufs der momentanen Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes. Die momentane Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes ist während der zweiten Halbwelle, zwischen den Zeitpunkten t3 und t6, kleiner null. Daher wird zum Zeitpunkt t3 eine Umkehrung der Polverschaltung vorgenommen, so dass ein Verlauf der gespiegelten Momentanspannung SWN' erhalten wird. Die gespiegelte Momentanspannung SWN' steht damit während der zweiten Halbwelle als positive Spannung zum Laden der Pufferbatterie zur Verfügung.At time t2, the backup battery is disconnected from the AC mains again. The instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network then drops and reaches the value zero at a time t3. At time t3, a second half cycle of the course of the instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network begins. The instantaneous mains voltage SWN of the alternating voltage network is less than zero during the second half-wave, between the times t3 and t6. Therefore, a reversal of the pole connection is made at the time t3, so that a profile of the mirrored instantaneous voltage SWN 'is obtained. The mirrored instantaneous voltage SWN 'is thus available as a positive voltage for charging the backup battery during the second half-cycle.

Zu einem Zeitpunkt t4 ist der Betrag der gespiegelten Momentanspannung SWN' wieder ausreichend größer als der erste Zwischenwert U1 der ersten Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie. Die Pufferbatterie wird daher wieder zum Laden mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und einem Zeitpunkt t5 steigt die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie dadurch von dem ersten Zwischenwert U1 auf einen zweiten Zwischenwert U2 an. (Man beachte, dass der Anstieg wiederum stark übertrieben dargestellt ist.) Zum Zeitpunkt t5 wird die Pufferbatterie wieder von dem Wechselspannungsnetz getrennt, da die gespiegelte Momentanspannung SWN' des Wechselspannungsnetzes nur noch geringfügig größer ist als der zweite Zwischenwert U2 der ersten Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie.At a time t4, the magnitude of the mirrored instantaneous voltage SWN 'is again sufficiently greater than the first intermediate value U1 of the first voltage level SPB1 of the buffer battery. The backup battery is therefore re-connected to the AC mains for charging. Between the time t4 and a time t5, the first voltage level SPB1 of the buffer battery thereby rises from the first intermediate value U1 to a second intermediate value U2. (Note that the increase in turn is shown greatly exaggerated.) At time t5, the backup battery is disconnected from the AC mains, since the mirrored instantaneous voltage SWN 'of the AC mains is only slightly greater than the second intermediate value U2 of the first voltage level SPB1 of the backup battery ,

Zum Zeitpunkt t6 endet die zweite Halbwelle des Verlaufs der momentanen Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes. Es kann sodann eine erneute Umkehrung der Polverschaltung vorgenommen werden, um mit der anschließenden, nächsten ersten Halbwelle der momentanen Netzspannung SWN des Wechselspannungsnetzes die Pufferbatterie weiter aufzuladen. Ein Aufladen der Pufferbatterie ist möglich, solange der Wert der ersten Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie kleiner ist als eine Spitzenspannung USP des Wechselspannungsnetzes.At time t6, the second half cycle of the course of the instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network ends. It can then be made a new reversal of the Polverschaltung to continue to charge the backup battery with the subsequent, next first half-wave of the instantaneous mains voltage SWN of the AC voltage network. A charging of the backup battery is possible as long as the value of the first voltage level SPB1 of the backup battery is less than a peak voltage USP of the AC voltage network.

Während des Aufladens der Pufferbatterie zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 bzw. zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 kann ein Ladestrom der Pufferbatterie begrenzt werden, indem eine Verbindung der Pufferbatterie mit dem Wechselspannungsnetz in schneller Folge unterbrochen und hergestellt wird. Dazu können leistungselektronische Schalteinrichtungen von Anschlusspolen der Pufferbatterie hochfrequent geöffnet und geschlossen werden. Es entsteht dadurch ein gepulster Ladestrom.During the charging of the backup battery between the times t1 and t2 and between the times t4 and t5, a charging current of the backup battery can be limited by a Connection of the backup battery to the AC mains is interrupted and produced in rapid succession. Power electronic switching devices of connection poles of the backup battery can be opened and closed at high frequency for this purpose. This creates a pulsed charging current.

Die 7 zeigt für Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens einen schematischen Verlauf einer ersten Spannungslage SPB1 einer Pufferbatterie während eines Ladevorgangs mit einer Gleichspannung SGN. Für Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 7 schematisch ein Verlauf einer zweiten Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie und ein Verlauf einer Spannungslage SZB einer Zielbatterie dargestellt.The 7 shows for step a) of a method according to the invention a schematic course of a first voltage level SPB1 a backup battery during a charging process with a DC voltage SGN. For step b) of the process according to the invention are in 7 schematically shows a curve of a second voltage level SPB2 the backup battery and a curve of a voltage SZB a target battery.

Während Schritt a) wird die Pufferbatterie hier mit einer Gleichspannung SGN geladen. Die Gleichspannung SGN wurde aus einer Wechselspannung durch Gleichrichten mit einem Gleichrichter (nicht dargestellt) und Glätten mit einem Kondensator (nicht dargestellt) erhalten (vgl. 2). Die Gleichspannung SGN beträgt hier 200 V. Die Pufferbatterie umfasst hier 28 gleichartige Akkumodule. Zu einem Zeitpunkt t10 weisen alle Akkumodule einen gleichen Ladezustand auf. Zwischen dem Zeitpunkt t10 und einem Zeitpunkt t11 werden zunächst die ersten vier Akkumodule geladen. Die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie steigt dabei ausgehend von einem Ausgangswert U10 auf einen ersten Zwischenwert U11.During step a), the backup battery is charged here with a DC voltage SGN. The DC voltage SGN was obtained from an AC voltage by rectifying with a rectifier (not shown) and smoothing with a capacitor (not shown) (see FIG. 2 ). The DC voltage SGN here is 200 V. The backup battery here comprises 28 similar battery modules. At a time t10, all battery modules have the same state of charge. Between time t10 and time t11, first the first four battery modules are charged. The first voltage level SPB1 of the backup battery increases starting from an output value U10 to a first intermediate value U11.

Zum Zeitpunkt t11 wird die Pufferbatterie auf die zweiten vier Akkumodule umgeschaltet. Die erste Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie sinkt dadurch wieder auf den Ausgangswert U10. Bis zu einem Zeitpunkt t12 werden dann die zweiten vier Akkumodule aufgeladen, so dass die Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie wieder auf den ersten Zwischenwert U11 ansteigt.At time t11, the backup battery is switched to the second four battery modules. As a result, the first voltage level SPB1 of the buffer battery drops back to the initial value U10. Up to a time t12, the second four battery modules are then charged, so that the voltage level SPB1 of the buffer battery rises again to the first intermediate value U11.

Zum Zeitpunkt t12 wird die Pufferbatterie auf die dritten vier Akkumodule umgeschaltet. Die erste Spannungslage SPB1 sinkt dadurch wieder auf den Ausgangswert U10. Bis zu einem Zeitpunkt t13 werden dann die dritten vier Akkumodule auf den ersten Zwischenwert U11 aufgeladen. Dieses Vorgehen wird solange fortgesetzt, bis alle 28 Akkumodule jeweils in Teilmengen von vier Akkumodulen einmal aufgeladen wurden.At time t12, the backup battery is switched to the third four battery modules. As a result, the first voltage position SPB1 again drops to the initial value U10. Until a time t13, the third four accumulator modules are then charged to the first intermediate value U11. This procedure is continued until all 28 accumulator modules have been charged once in sub-sets of four accumulator modules.

Es kann dann ein erneuter Durchlauf in Teilmengen von je vier Akkumodulen erfolgen. Falls die Spannungsdifferenz zwischen der Gleichspannung SGN und der ersten Spannungslage SPB1 der Pufferbatterie bei Serienschaltung von vier Akkumodulen nicht mehr ausreichend groß ist, kann die Anzahl der gleichzeitig in Serie geschaltet zu ladenden Akkumodule reduziert werden.It can then be re-run in subsets of four battery modules. If the voltage difference between the DC voltage SGN and the first voltage level SPB1 of the backup battery is no longer sufficiently large when four battery modules are connected in series, the number of battery modules to be connected in series at the same time can be reduced.

In Schritt b) wird sodann eine Zielbatterie aus der Pufferbatterie aufgeladen. Die Zielbatterie weist eine Spannungslage SZB auf, die hier zu einem Zeitpunkt t20 um eine Differenzspannung DS größer ist als die Gleichspannung SGN, mit der die Pufferbatterie während Schritt a) geladen wurde. Die Differenzspannung DS beträgt hier etwa 80% der Gleichspannung SGN. Um die Zielbatterie aus der Pufferbatterie laden zu können, werden hier jeweils zwölf Akkumodule der Pufferbatterie in Serie geschaltet, so dass die Pufferbatterie eine zweite Spannungslage SPB2 aufweist, wobei die zweite Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie größer ist als die Spannungslage SZB der Zielbatterie. Zum Zeitpunkt t20 weisen hier alle Akkumodule der Pufferbatterie einen gleichen Ladezustand auf.In step b), a target battery is then charged from the backup battery. The target battery has a voltage level SZB, which here at a time t20 is greater by a differential voltage DS than the DC voltage SGN with which the backup battery was charged during step a). The differential voltage DS is here about 80% of the DC voltage SGN. In order to load the target battery from the backup battery, twelve battery modules of the backup battery are connected in series here, so that the backup battery has a second voltage level SPB2, the second voltage level SPB2 of the backup battery is greater than the voltage level SZB of the target battery. At time t20, all the battery modules of the backup battery have the same state of charge.

Zwischen dem Zeitpunkt t20 und einem Zeitpunkt t21 erfolgt ein Aufladen der Zielbatterie mit den ersten zwölf Akkumodulen der Pufferbatterie. Die Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie sinkt dabei von einem Anfangswert U20 auf einen zweiten Zwischenwert U21. Zum Zeitpunkt t21 wird dann auf die zweiten zwölf Akkumodule der Pufferbatterie umgeschaltet. Die zweite Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie liegt dann zunächst wieder beim Anfangswert U20 und sinkt bis zum Zeitpunkt t22 auf den zweiten Zwischenwert U21 ab.Between the time t20 and a time t21, the target battery is charged with the first twelve battery modules of the buffer battery. The voltage level SPB2 of the backup battery drops from an initial value U20 to a second intermediate value U21. At the time t21 is then switched to the second twelve battery modules of the backup battery. The second voltage level SPB2 of the buffer battery is then initially at the initial value U20 and decreases until the time t22 to the second intermediate value U21.

Zum Zeitpunkt t22 stehen dann nur noch vier Akkumodule mit dem anfänglichen Ladezustand zur Verfügung. Es werden daher ab dem Zeitpunkt t22 die letzten vier Akkumodule der Pufferbatterie und die ersten acht Akkumodule der Pufferbatterie zum Laden der Zielbatterie verwendet. Da die ersten acht Akkumodule bereits zum Laden der Zielbatterie verwendet wurden, liegt die zweite Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie nun bei dem dritten Zwischenwert U22, der zwischen dem Anfangswert U20 und dem zweiten Zwischenwert U21 liegt. Bis zu einem Zeitpunkt t23 sinkt die zweite Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie dann auf den vierten Zwischenwert U23 ab.At the time t22 then only four battery modules with the initial state of charge are available. Therefore, from the time t22, the last four battery modules of the backup battery and the first eight battery modules of the backup battery are used to charge the target battery. Since the first eight battery modules have already been used to charge the target battery, the second voltage level SPB2 of the buffer battery is now at the third intermediate value U22, which is between the initial value U20 and the second intermediate value U21. Until a time t23, the second voltage level SPB2 of the backup battery then drops to the fourth intermediate value U23.

Die Spannungslage SZB der Zielbatterie steigt während des gesamten Ladevorgangs von Schritt b) kontinuierlich an. Um die Differenz zwischen der zweiten Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie und der Spannungslage SZB der Zielbatterie ausreichend groß zu halten, wird nun die Anzahl der in Serie verschalteten Akkumodule ab dem Zeitpunkt t23 von zwölf auf dreizehn erhöht; dadurch steigt SPB2 bei t23 um ca. 8% auf U24 an.The voltage level SZB of the target battery increases continuously during the entire charging process of step b). In order to keep the difference between the second voltage level SPB2 of the backup battery and the voltage level SZB of the target battery sufficiently large, the number of battery modules connected in series is now increased from twelve to thirteen from the time t23; This increases SPB2 at t23 by about 8% to U24.

Zum weiteren Aufladen der Zielbatterie können nach t24 in der Folge zunehmend mehr Akkumodule der Pufferbatterie in Serie geschaltet verwendet werden. Dadurch kann die zweite Spannungslage SPB2 der Pufferbatterie auf einem Wert oberhalb der Spannungslage SZB der Zielbatterie gehalten werden. Auf diese Weise kann die Zielbatterie hier bis zu einer Ladeschlussspannung von 400 V aufgeladen werden.For further charging of the target battery, more battery modules of the backup battery can be used in series as a result after t24. As a result, the second voltage level SPB2 of the backup battery can be maintained at a value above the voltage level SZB of the target battery become. In this way, the target battery can be charged up to a charge voltage of 400 V here.

Die 8a zeigt schematisch, wie eine Pufferbatterie 4, die in einem Gebäude 68, hier einem Wohnhaus, angeordnet ist, aus einem Haushaltsanschluss 70 eines Stromnetzes geladen wird. Die Pufferbatterie 4 ist dazu mit einem Anschlussstecker 66 eines Anschlusskabels 64a mit dem Haushaltsanschluss 70 verbunden. Das Stromnetz ist hier ein Wechselspannungsnetz mit einer Nennspannung von 230 V und einer Spitzenspannung von 325 V.The 8a schematically shows how a backup battery 4 in a building 68 , here a residential building, is arranged from a household connection 70 a power grid is loaded. The backup battery 4 is with a connector 66 a connection cable 64a with the household connection 70 connected. The power grid is here an alternating voltage network with a rated voltage of 230 V and a peak voltage of 325 V.

In der 8b ist schematisch dargestellt, wie mittels der Pufferbatterie 4 in dem Gebäude 68 von 8a eine Zielbatterie 72 geladen wird. Die Zielbatterie 72 ist hier die Traktionsbatterie 72a eines Elektrofahrzeugs 74. Die Traktionsbatterie 72a des Elektrofahrzeugs 74 ist zum Laden mit einem Anschlusskabel 64b mit der Pufferbatterie 4 verbunden. Die Zielbatterie 72 weist hier eine Spannungslage von 400 V auf. Somit kann die Zielbatterie 72 nicht direkt mit dem Haushaltsanschluss 70 geladen werden. Durch entsprechende Verschaltung der Akkumodule (nicht dargestellt) der Pufferbatterie 4 kann jedoch eine Schnellladung der Zielbatterie 72 erfolgen.In the 8b is shown schematically as by means of the backup battery 4 in the building 68 from 8a a target battery 72 is loaded. The target battery 72 here is the traction battery 72a an electric vehicle 74 , The traction battery 72a of the electric vehicle 74 is for charging with a connection cable 64b with the backup battery 4 connected. The target battery 72 here has a voltage of 400V. Thus, the target battery can 72 not directly with the household connection 70 getting charged. By appropriate interconnection of the battery modules (not shown) of the backup battery 4 However, a fast charge of the target battery 72 respectively.

Die 9a zeigt schematisch, wie ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem 2 eines erfindungsgemäßen Range-Extender-Anhängers 60 aus einem Haushaltsanschluss 70 eines Stromnetzes geladen wird. Der Range-Extender-Anhänger 60 ist hier neben einem Gebäude 68, hier einem Bürogebäude, abgestellt und über ein Anschlusskabel 64a mit einem Haushaltsanschluss 70 des Stromnetzes an dem Gebäude 68 verbunden. Akkumodule (nicht dargestellt) der Pufferbatterie 4 eines Pufferbatteriesystems 2 des Range-Extender-Anhängers 60 sind dabei so verschaltet, dass eine erste Spannungslage der Pufferbatterie 4 kleiner ist als eine Spitzenspannung des Stromnetzes.The 9a schematically shows how a buffer battery system according to the invention 2 a range extender trailer according to the invention 60 from a household connection 70 a power grid is loaded. The range extender trailer 60 is here next to a building 68 , here an office building, parked and connected via a connection cable 64a with a household connection 70 of the electricity network at the building 68 connected. Battery modules (not shown) of the backup battery 4 a backup battery system 2 of the range extender trailer 60 are connected so that a first voltage of the buffer battery 4 less than a peak voltage of the power grid.

Die 9b zeigt schematisch, wie der Range-Extender-Anhänger 68 von 9a dazu verwendet wird, ein Elektrofahrzeug 74 während der Fahrt mit Strom aus der Pufferbatterie 4 zu versorgen. Die Pufferbatterie 4 ist dazu über ein Anschlusskabel 64b mit einer Zielbatterie 72, nämlich einer Traktionsbatterie 72a des Elektrofahrzeugs 74, verbunden. Weiterhin ist die Pufferbatterie 4 über ein Anschlusskabel 64c mit einem Verbraucher 76, nämlich einem Antriebsmotor 78 des Elektrofahrzeugs 74 verbunden. Die Pufferbatterie 4 wird wahlweise, etwa in Abhängigkeit von einem Fahrzustand und/oder einem Fahrzeugzustand des Elektrofahrzeugs 74, dazu verwendet, die Traktionsbatterie 72a des Elektrofahrzeugs 74 aufzuladen oder den Antriebsmotor 78 des Elektrofahrzeugs 74 mit Strom zu versorgen.The 9b shows schematically how the range extender trailer 68 from 9a used to an electric vehicle 74 while driving with power from the backup battery 4 to supply. The backup battery 4 is via a connection cable 64b with a target battery 72 namely a traction battery 72a of the electric vehicle 74 , connected. Furthermore, the backup battery 4 via a connection cable 64c with a consumer 76 namely a drive motor 78 of the electric vehicle 74 connected. The backup battery 4 is optional, such as depending on a driving condition and / or a vehicle condition of the electric vehicle 74 , used to the traction battery 72a of the electric vehicle 74 charge or the drive motor 78 of the electric vehicle 74 to supply electricity.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102015205811 [0002, 0004] DE 102015205811 [0002, 0004]
• DE 102012011960 A1 [0006] DE 102012011960 A1 [0006]

Claims (28)

Verfahren zum Laden einer Zielbatterie (72), insbesondere der Traktionsbatterie (72a) eines Elektrofahrzeugs (74) oder der Speicherbatterie eines Range-Extenders für ein Elektrofahrzeug (74), mit Energie aus einem Stromnetz, insbesondere einem öffentlichem Stromnetz, mit folgenden Schritten: a) mittels des Stromnetzes wird zunächst eine Pufferbatterie (4) aufgeladen, und b) mittels der Pufferbatterie (4) wird die Zielbatterie (72) aufgeladen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbatterie (4) mehrere, unterschiedlich verschaltbare Akkumodule (6, 6a, 6b) aufweist, und die Verschaltung der Akkumodule (6, 6a, 6b) zwischen Schritt a) und Schritt b) verändert wird, wobei während Schritt a) die Akkumodule (6, 6a, 6b) so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie (4) eine erste Spannungslage (SPB1) aufweist, die kleiner ist als eine Spitzenspannung (USP) des Stromnetzes, wobei während Schritt b) die Akkumodule (6, 6a, 6b) so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie (4) eine zweite Spannungslage (SPB2) aufweist, die größer ist als die Spannungslage (SZB) der Zielbatterie (72), und dass die erste Spannungslage (SPB1) der Pufferbatterie (4) während Schritt a) kleiner ist als die zweite Spannungslage (SPB2) der Pufferbatterie (4) während Schritt b).Method for charging a target battery ( 72 ), in particular the traction battery ( 72a ) of an electric vehicle ( 74 ) or the storage battery of a range extender for an electric vehicle ( 74 ), with energy from a power grid, in particular a public power grid, with the following steps: a) by means of the power grid, a backup battery ( 4 ) and b) by means of the backup battery ( 4 ) the target battery ( 72 ), characterized in that the backup battery ( 4 ) several, differently interconnectable battery modules ( 6 . 6a . 6b ), and the interconnection of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) between step a) and step b), wherein during step a) the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) are connected so that the backup battery ( 4 ) has a first voltage level (SPB1), which is smaller than a peak voltage (USP) of the power network, wherein during step b) the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) are connected so that the backup battery ( 4 ) has a second voltage level (SPB2) that is greater than the voltage level (SZB) of the target battery ( 72 ), and that the first voltage level (SPB1) of the buffer battery ( 4 ) during step a) is smaller than the second voltage level (SPB2) of the backup battery ( 4 ) during step b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungslage (SZB) der Zielbatterie (72) höher ist als die Spitzenspannung (USP) des Stromnetzes.Method according to Claim 1, characterized in that the voltage level (SZB) of the target battery ( 72 ) is higher than the peak voltage (USP) of the power grid. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine größere Anzahl von Akkumodulen (6, 6a, 6b) in Serie geschaltet ist als in Schritt a).A method according to claim 1 or 2, characterized in that in step b) a larger number of battery modules ( 6 . 6a . 6b ) is connected in series than in step a). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbatterie (4) zwei Akkumodule (6, 6a, 6b) umfasst, die in Schritt a) parallel verschaltet sind, und in Schritt b) in Serie verschaltet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the buffer battery ( 4 ) two battery modules ( 6 . 6a . 6b ), which are connected in parallel in step a), and are connected in series in step b). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) nur eine Teilmenge der Akkumodule (6, 6a, 6b) zur gleichen Zeit aufgeladen wird, insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule (6, 6a, 6b) aufgeladen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a) only a subset of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) is charged at the same time, in particular with successively different subsets of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) to be charged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während eines Teils von Schritt b) nur eine Teilmenge der Akkumodule (6, 6a, 6b) zur gleichen Zeit zum Aufladen der Zielbatterie (72) benutzt wird, insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule (6, 6a, 6b) zum Aufladen der Zielbatterie (72) benutzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least during a part of step b) only a subset of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) at the same time to charge the target battery ( 72 ) is used, in particular with time sequentially different subsets of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) for charging the target battery ( 72 ) to be used. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein momentaner Zustand, insbesondere Ladezustand oder Alterungszustand, der einzelnen Akkumodule (6, 6a, 6b) überwacht wird, und dass der momentane Zustand der einzelnen Akkumodule (6, 6a, 6b) bei der Verschaltung der Akkumodule (6, 6a, 6b) während Schritt a) und/oder Schritt b) berücksichtigt wird, insbesondere indem einzelne Akkumodule (6, 6a, 6b) vorrangig oder nachrangig bei der Zusammenstellung von Teilmengen berücksichtigt werden.Method according to claim 5 or 6, characterized in that an instantaneous state, in particular charge state or aging state, of the individual battery modules ( 6 . 6a . 6b ), and that the instantaneous state of the individual battery modules ( 6 . 6a . 6b ) when connecting the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) during step a) and / or step b) is taken into account, in particular by individual battery modules ( 6 . 6a . 6b ) be considered as a priority or subordinate to the compilation of subsets. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Verlauf von Schritt b) eine Anzahl von in Serie verschalteten Akkumodulen (6, 6a, 6b) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that over the course of step b) a number of battery modules connected in series ( 6 . 6a . 6b ) is increased. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Ladestrom der Pufferbatterie (4) und in Schritt b) ein Ladestrom der Zielbatterie (72) begrenzt wird, insbesondere durch Pulsen der jeweiligen Ladeströme mit Regelung einer Pulslänge und/oder einer Pulsfrequenz, bevorzugt wobei in Schritt a) das Laden der Pufferbatterie (4) und in Schritt b) das Laden der Zielbatterie (72) mit konstantem Strom erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a) a charging current of the buffer battery ( 4 ) and in step b) a charging current of the target battery ( 72 ) is limited, in particular by pulsing the respective charging currents with regulation of a pulse length and / or a pulse frequency, preferably wherein in step a) the charging of the buffer battery ( 4 ) and in step b) charging the target battery ( 72 ) with constant current. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen maximalen Ladestrom der Pufferbatterie (4) MLP in Schritt a) und für einen maximalen Ladestrom der Zielbatterie (72) MLZ in Schritt b) gilt: 5·MLP ≤ MLZ, bevorzugt 10·MLP ≤ MLZ.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for a maximum charging current of the backup battery ( 4 ) MLP in step a) and for a maximum charge current of the target battery ( 72 ) MLZ in step b) applies: 5 · MLP ≤ MLZ, preferably 10 x MLP ≤ MLZ. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz eine Wechselspannung zur Verfügung stellt, und dass während Schritt a) das Stromnetz nur während Phasenabschnitten, in denen die momentane Netzspannung (SWN) die erste Spannungslage (SPB1) der Pufferbatterie (4) übersteigt, auf die Pufferbatterie (4) geschaltet wird, insbesondere wobei durch eine Umkehrung der Polverschaltung nach jeweils einer Halbwelle der Netzspannung (SWN) Phasenabschnitte aus beiden Halbwellen der Netzspannung (SWN) zum Laden der Pufferbatterie (4) genutzt werden.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the power grid provides an AC voltage, and that during step a) the power network only during phase sections in which the instantaneous mains voltage (SWN) the first voltage level (SPB1) of the backup battery ( 4 ), to the buffer battery ( 4 ) is switched, in particular by a reversal of the Polverschaltung after each half-wave of the mains voltage (SWN) phase sections of both half-waves of the mains voltage (SWN) for charging the backup battery ( 4 ) be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz eine Wechselspannung zur Verfügung stellt, dass während Schritt a) die Wechselspannung mit einem Gleichrichter (34) gleichgerichtet und mit einem Kondensator (32) geglättet wird, so dass eine Gleichspannung (SGN) erhalten wird, die auf die Pufferbatterie (4) geschaltet wird, wobei die erste Spannungslage (SPB1) der Pufferbatterie (4) kleiner ist als diese Gleichspannung (SGN).Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the power grid provides an AC voltage available, that during step a) the AC voltage with a rectifier ( 34 ) rectified and with a Capacitor ( 32 ) is smoothed so that a DC voltage (SGN) is obtained which is applied to the backup battery (SGN). 4 ), wherein the first voltage level (SPB1) of the buffer battery ( 4 ) is smaller than this DC voltage (SGN). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt a) und b) und/oder nach Schritt b) in einem Schritt c) ein oder mehrere Verbraucher (76) aus der Pufferbatterie (4) mit Strom versorgt werden, insbesondere wobei während Schritt c) die Akkumodule (6, 6a, 6b) so verschaltet sind, dass die Pufferbatterie (4) eine dritte Spannungslage aufweist, die sich von der ersten Spannungslage (SPB1) und der zweiten Spannungslage (SPB2) unterscheidet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that between step a) and b) and / or after step b) in a step c) one or more consumers ( 76 ) from the backup battery ( 4 ), in particular wherein during step c) the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) are connected so that the backup battery ( 4 ) has a third voltage level different from the first voltage level (SPB1) and the second voltage level (SPB2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz ist, und dass in Schritt a) jede der drei Phasen gleichzeitig zum Laden eines anderen Teils der Akkumodule (6, 6a, 6b) eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power grid is a three-phase alternating voltage network, and that in step a), each of the three phases simultaneously for charging a different part of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) is used. Pufferbatteriesystem (2), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Pufferbatterie (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbatterie (4) mehrere Akkumodule (6, 6a, 6b) umfasst, dass weiterhin Verschaltmittel (10) und eine elektronische Steuereinrichtung (12) zur Einstellung der Verschaltmittel (10) vorhanden sind, und dass mit den Verschaltmitteln (10) die Akkumodule (6, 6a, 6b) in unterschiedlicher Weise zueinander verschaltet werden können, so dass durch Verändern der Verschaltung der Akkumodule (6, 6a, 6b) zumindest zwischen einer ersten Spannungslage (SPB1) und einer zweiten Spannungslage (SPB2) der Pufferbatterie (4) umgeschaltet werden kann, wobei die erste Spannungslage (SPB1) der Pufferbatterie (4) kleiner ist als die zweite Spannungslage (SPB2) der Pufferbatterie (4).Backup battery system ( 2 ), in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising a buffer battery ( 4 ), characterized in that the backup battery ( 4 ) several battery modules ( 6 . 6a . 6b ) that further comprises interconnecting means ( 10 ) and an electronic control device ( 12 ) for setting the interconnection means ( 10 ) and that with the interconnecting means ( 10 ) the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) can be interconnected in different ways, so that by changing the interconnection of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) at least between a first voltage level (SPB1) and a second voltage level (SPB2) of the buffer battery ( 4 ), wherein the first voltage level (SPB1) of the buffer battery ( 4 ) is smaller than the second voltage level (SPB2) of the backup battery ( 4 ). Pufferbatteriesystem (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferbatteriesystem (2) wenigstens ein Paar von Anschlusspolen (16a, 16b, 16a', 16b'), bevorzugt zwei Paare von Anschlusspolen (16a, 16b, 16a', 16b'), umfasst, wobei jeder Anschlusspol (16a, 16b, 16a', 16b') über eine leistungselektronische Schalteinrichtung (18; 18a, 18b, 18a', 18b') mit der Pufferbatterie (4) verbunden ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, die leistungselektronischen Schalteinrichtungen (18; 18a, 18b, 18a', 18b') der Anschlusspole (16a, 16b, 16a', 16b') zu öffnen und zu schließen, insbesondere zur phasenrichtigen Ankopplung an ein Stromnetz und/oder zur Einstellung oder Begrenzung des Stromflusses.Backup battery system ( 2 ) according to claim 15, characterized in that the buffer battery system ( 2 ) at least one pair of connection poles ( 16a . 16b . 16a ' . 16b ' ), preferably two pairs of terminal poles ( 16a . 16b . 16a ' . 16b ' ), each terminal pole ( 16a . 16b . 16a ' . 16b ' ) via a power electronic switching device ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b ' ) with the backup battery ( 4 ) and that the electronic control device ( 12 ) is adapted to the power electronic switching devices ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b ' ) of the connection poles ( 16a . 16b . 16a ' . 16b ' ) to open and close, in particular for in-phase coupling to a power grid and / or to adjust or limit the flow of current. Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferbatteriesystem (2) ein Paar von Anschlusspolen (16a, 16b) aufweist, wobei jeder dieser Anschlusspole (16a, 16b) jeweils über zwei leistungselektronische Schalteinrichtungen (18) wahlweise mit unterschiedlichen Polen (40a, 40b) der Akkumodule (6, 6a, 6b) verbindbar ist.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 15 or 16, characterized in that the buffer battery system ( 2 ) a pair of connection poles ( 16a . 16b ), each of these terminal poles ( 16a . 16b ) via two electronic power switching devices ( 18 ) optionally with different poles ( 40a . 40b ) of the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) is connectable. Pufferbatteriesystem (2) nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltmittel (10) eine Vielzahl leistungselektronischer Schalteinrichtungen (42) umfassen, und dass die elektronische Steuereinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, die leistungselektronischen Schalteinrichtungen (42) der Verschaltmittel (10) zu öffnen und zu schließen, um eine Verschaltung der Akkumodule (6, 6a, 6b) einzurichten, und gegebenenfalls auch eine Auswahl aktiver Akkumodule (6, 6a, 6b) zu treffen.Backup battery system ( 2 ) according to claim 15, 16 or 17, characterized in that the interconnecting means ( 10 ) a plurality of power electronic switching devices ( 42 ) and that the electronic control device ( 12 ) is adapted to the power electronic switching devices ( 42 ) of the interconnection means ( 10 ) to open and close, in order to connect the battery modules ( 6 . 6a . 6b ), and optionally also a selection of active battery modules ( 6 . 6a . 6b ) hold true. Pufferbatteriesystem (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbatterie (4) wenigstens drei, bevorzugt wenigstens fünf, besonders bevorzugt wenigstens zehn Akkumodule (6, 6a, 6b) in einem Schaltring (38) umfasst, wobei zwischen zwei benachbarten Akkumodulen (6, 6a, 6b) des Schaltrings (38) jeweils eine leistungselektronische Schalteinrichtung (42) zur Verbindung gegengleicher Pole (40a, 40b) der benachbarten Akkumodule (6, 6a, 6b) angeordnet ist, und wobei die Pole (40a, 40b) jedes Akkumoduls (6, 6a, 6b) des Schaltrings (38) einzeln über leistungselektronische Schalteinrichtungen (44) mit Anschlusspolen (16a, 16b) des Pufferbatteriesystems (2) verbindbar sind.Backup battery system ( 2 ) according to claim 18, characterized in that the buffer battery ( 4 ) at least three, preferably at least five, more preferably at least ten accumulator modules ( 6 . 6a . 6b ) in a switching ring ( 38 ), wherein between two adjacent accumulator modules ( 6 . 6a . 6b ) of the switching ring ( 38 ) each a power electronic switching device ( 42 ) for connecting opposite poles ( 40a . 40b ) of the adjacent battery modules ( 6 . 6a . 6b ) and the poles ( 40a . 40b ) of each battery module ( 6 . 6a . 6b ) of the switching ring ( 38 ) individually via power electronic switching devices ( 44 ) with connection poles ( 16a . 16b ) of the buffer battery system ( 2 ) are connectable. Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen (18; 18a, 18b, 18a', 18b'; 42, 44) jeweils eine erste Schalteinheit (52) aufweisen, die jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement (20), insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 16 to 19, characterized in that one or more of the power electronic switching devices ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b '; 42 . 44 ) each have a first switching unit ( 52 ) each having at least one semiconductor switching element ( 20 ), in particular a MOSFET or IGBT. Pufferbatteriesystem (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen (18; 18a, 18b, 18a', 18b'; 42, 44) zusätzlich zur ersten Schalteinheit (52) jeweils eine zweite Schalteinheit (54) in Serie geschaltet zur ersten Schalteinheit (52) umfassen, wobei die zweite Schalteinheit (54) jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement (20), insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst.Backup battery system ( 2 ) according to claim 20, characterized in that one or more of the power electronic switching devices ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b '; 42 . 44 ) in addition to the first switching unit ( 52 ) each have a second switching unit ( 54 ) in series with the first switching unit ( 52 ), wherein the second switching unit ( 54 ) at least one semiconductor switching element ( 20 ), in particular a MOSFET or IGBT. Pufferbatteriesystem (2) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Schalteinheit (52, 54) jeweils mehrere, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens acht, parallel zueinander geschaltete Halbleiter-Schaltelemente (20) umfassen.Backup battery system ( 2 ) according to claim 20 or 21, characterized in that the first and / or the second switching unit ( 52 . 54 ) each several, preferably at least four, especially preferably at least eight semiconductor switching elements connected in parallel ( 20 ). Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen (18; 18a, 18b, 18a', 18b'; 42, 44) zusätzlich zur ersten Schalteinheit (52) jeweils ein mechanisches Relais (56) in Serie geschaltet zur ersten Schalteinheit (52) umfassen.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 20 to 22, characterized in that one or more of the power electronic switching devices ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b '; 42 . 44 ) in addition to the first switching unit ( 52 ) in each case a mechanical relay ( 56 ) in series with the first switching unit ( 52 ). Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumodule (6, 6a, 6b) jeweils eine Spannungslage von unter 60 V aufweisen, und dass alle leistungselektronischen Schalteinrichtungen (18; 18a, 18b, 18a', 18b'; 42, 44) so ausgebildet sind, dass diese in einem steuerspannungslosen Zustand sperren.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 16 to 23, characterized in that the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) each have a voltage of less than 60 V, and that all power electronic switching devices ( 18 ; 18a . 18b . 18a ' . 18b '; 42 . 44 ) are designed so that they lock in a control voltage-free state. Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass alle Akkumodule (6, 6a, 6b) der Pufferbatterie (4) gleichartig ausgebildet sind.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 15 to 24, characterized in that all the battery modules ( 6 . 6a . 6b ) of the backup battery ( 4 ) are formed identically. Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferbatteriesystem (2) zwei Ladeanschlüsse (28a, 28b) aufweist, die über einen Gleichrichter (34) auf ein Paar von Anschlusspolen (16a, 16b) des Pufferbatteriesystems (2) geschaltet sind, insbesondere wobei diese Anschlusspole (16a, 16b) mit einem Kondensator (32) verbunden sind.Backup battery system ( 2 ) according to one of claims 15 to 25, characterized in that the buffer battery system ( 2 ) two charging ports ( 28a . 28b ), which via a rectifier ( 34 ) on a pair of connection poles ( 16a . 16b ) of the buffer battery system ( 2 ), in particular wherein these connection poles ( 16a . 16b ) with a capacitor ( 32 ) are connected. Range-Extender-Anhänger (60) für ein Elektrofahrzeug (74), wobei der Range-Extender-Anhänger (60) ein Pufferbatteriesystem (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 26 umfasst.Range extender trailer ( 60 ) for an electric vehicle ( 74 ), whereby the range extender trailer ( 60 ) a buffer battery system ( 2 ) according to any one of claims 15 to 26. Verwendung eines Pufferbatteriesystems (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 26 oder eines Range-Extender-Anhängers (60) nach Anspruch 27 in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Use of a buffer battery system ( 2 ) according to one of claims 15 to 26 or a range extender trailer ( 60 ) according to claim 27 in a method according to one of claims 1 to 14.

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