DE102016212557A1 - Battery system for supplying a voltage network with electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) zum Versorgen eines Spannungsnetzes (80) mit elektrischer Energie. Das Batteriesystem (10) umfasst eine Batterie (20) mit mehreren parallel zueinander geschalteten Reihenschaltungen (30, 40) mit jeweils einem Batteriemodul (31, 41), mehrere jeweils einer der Reihenschaltungen (30, 40) zugeordnete Steuereinheiten (50, 60) und eine Steuervorrichtung (70). Die Steuervorrichtung (70) ist dazu ausgebildet, zum Beginnen eines Entladens der Batterie (20) ein erstes Entladesignal und/oder zum Beginnen eines Ladens der Batterie (20) ein erstes Ladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten (50, 60) bereitzustellen. Eine jede der Steuereinheiten (50, 60) ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des ersten Entladesignals einen ersten Halbleiterschalter (32, 42) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) und/oder beim Vorliegen des ersten Ladesignals einen zweiten Halbleiterschalter (34, 44) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) jeweils in einem linearen oder durchgeschalteten Betrieb zu betreiben.The present invention relates to a battery system (10) for supplying a voltage network (80) with electrical energy. The battery system (10) comprises a battery (20) with a plurality of series circuits (30, 40) connected in parallel with one battery module (31, 41), a plurality of control units (50, 60) each assigned to one of the series circuits (30, 40) and a control device (70). The control device (70) is designed to generate a first discharge signal for starting a discharging of the battery (20) and / or to start charging the battery (20) in each case and to provide them to the control units (50, 60). Each of the control units (50, 60) is designed, in the presence of the first discharge signal, a first semiconductor switch (32, 42) of the respective control unit (50, 60) associated series circuit (30, 40) and / or in the presence of the first charging signal a second semiconductor switch (34, 44) of the respective control unit (50, 60) associated with series circuit (30, 40) in each case to operate in a linear or continuous operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem zum Versorgen eines Spannungsnetzes mit elektrischer Energie, wobei das Batteriesystem eine Batterie mit mehreren parallel geschalteten Reihenschaltungen mit mehreren Batteriemodulen umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entladen und/oder Laden der Batterie eines solchen Batteriesystems.The present invention relates to a battery system for supplying a voltage network with electrical energy, wherein the battery system comprises a battery having a plurality of parallel-connected series circuits with a plurality of battery modules. The present invention further relates to a method for discharging and / or charging the battery of such a battery system.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Batteriesysteme, die jeweils eine Reihenschaltung von Batteriemodulen umfassen, bekannt. Solche Batteriemodule umfassen jeweils eine Parallelschaltung von mehreren Batteriezellen. Beim Aufbau der bekannten Batteriesysteme wird auf eine hohe Gleichheit der darin verwendeten Batteriezellen, insbesondere der Kapazitäten dieser Batteriezellen, geachtet. Battery systems, each comprising a series connection of battery modules, are known from the prior art. Such battery modules each comprise a parallel connection of a plurality of battery cells. In the construction of the known battery systems, attention is paid to a high degree of equality of the battery cells used therein, in particular the capacities of these battery cells.

Das Dokument US 2012/0243130 beschreibt ein Batteriesystem mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriemodulen und mehreren Schalteinheiten. Die Batteriemodule umfassen jeweils mehrere parallel zueinander schaltbare Batteriezellen und einen ersten und zweiten Anschluss. Die Batteriezellen jedes Batteriemoduls umfassen jeweils einen ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss des jeweiligen Batteriemoduls verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der über jeweils eine der Schalteinheiten mit dem zweiten Anschluss des jeweiligen Batteriemoduls verbunden ist. Eine jede der Schalteinheiten umfasst einen ersten und zweiten Metalloxid-Feldeffekt-Transistor, MOSFET, die in Reihe miteinander geschaltet sind. Der erste MOSFET jeder Schalteinheit umfasst eine parasitäre Diode, die in eine erste Richtung leitend und in eine zweite Richtung nicht leitend ist. Der zweite MOSFET jeder Schalteinheit umfasst eine parasitäre Diode, die in die zweite Richtung leitend und in die erste Richtung nicht leitend ist. Das Batteriesystem umfasst ferner eine Steuervorrichtung, welche die Schalteinheiten selektiv öffnet und schließt.The document US 2012/0243130 describes a battery system having a plurality of series-connected battery modules and a plurality of switching units. The battery modules each comprise a plurality of parallel switchable battery cells and a first and second connection. The battery cells of each battery module each comprise a first terminal which is connected to the first terminal of the respective battery module, and a second terminal, which is connected via in each case one of the switching units to the second terminal of the respective battery module. Each of the switching units comprises first and second metal oxide field-effect transistors, MOSFET, connected in series with one another. The first MOSFET of each switching unit comprises a parasitic diode which is conductive in a first direction and non-conductive in a second direction. The second MOSFET of each switching unit comprises a parasitic diode which is conductive in the second direction and non-conductive in the first direction. The battery system further includes a control device that selectively opens and closes the switching units.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem zum Versorgen eines Spannungsnetzes mit elektrischer Energie bereitgestellt. Das Batteriesystem umfasst eine Batterie mit mehreren parallel zueinander geschalteten Reihenschaltungen. Die Reihenschaltungen umfassen jeweils ein Batteriemodul, eine erste Parallelschaltung und eine zweite Parallelschaltung. Die erste Parallelschaltung einer jeden der Reihenschaltung umfasst einen ersten Halbleiterschalter und eine erste Diode. Eine Durchlassrichtung der ersten Diode jeder Reihenschaltung stimmt mit einer Laderichtung der Batterie überein. Die zweite Parallelschaltung jeder Reihenschaltung umfasst einen zweiten Halbleiterschalter und eine zweite Diode. Eine Durchlassrichtung der zweiten Diode jeder Reihenschaltung stimmt mit einer Entladerichtung der Batterie überein. Das Batteriesystem umfasst ferner mehrere jeweils einer der Reihenschaltungen zugeordnete Steuereinheiten und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, zum Beginnen eines Entladens der Batterie ein erstes Entladesignal und/oder zum Beginnen eines Ladens der Batterie ein erstes Ladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten bereitzustellen. Eine jede der Steuereinheiten ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des ersten Entladesignals den ersten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung jeweils in einem linearen Betrieb zu betreiben. Alternativ oder zusätzlich ist jede Steuereinheiten dazu ausgebildet, beim Vorliegen des ersten Ladesignals den zweiten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung jeweils in einem linearen Betrieb zu betreiben.According to the invention, a battery system is provided for supplying a voltage network with electrical energy. The battery system comprises a battery with a plurality of series circuits connected in parallel with one another. The series circuits each comprise a battery module, a first parallel circuit and a second parallel circuit. The first parallel connection of each of the series circuits comprises a first semiconductor switch and a first diode. A forward direction of the first diode of each series connection coincides with a charging direction of the battery. The second parallel connection of each series circuit comprises a second semiconductor switch and a second diode. A forward direction of the second diode of each series connection coincides with a discharging direction of the battery. The battery system further comprises a plurality of each of the series circuits associated control units and a control device. The control device is designed to generate a first discharge signal for starting a discharging of the battery and / or for starting a charging of the battery to produce a first charging signal in each case and to provide the control units. Each of the control units is designed to operate in the presence of the first discharge signal, the first semiconductor switch of the respective control unit associated with the series circuit in each case in a linear operation. Alternatively or additionally, each control unit is designed to operate in the presence of the first charging signal, the second semiconductor switch of the respective control unit associated with the series circuit in each case in a linear operation.

Bei dem Batteriesystem werden zu einem Beginn der Entladens und/oder Ladens der Batterie die Batteriemodule der Reihenschaltungen durch jeweiliges Betreiben der ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltungen in einem linearen Betrieb zu der Batterie zugeschaltet. Hierbei werden die ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltungen jeweils in einem linearen Betrieb betrieben und nicht einfach „hart“ durchgeschaltet. Dadurch wird ein Stromwert eines jeden während des Entladens und/oder Ladens durch die Reihenschaltungen und folglich durch die Batteriemodule fließenden Stromes von vornherein begrenzt. Auf diese Weise wird ein Auftreten von Ausgleichsströmen mit hohen Stromwerten, die zwischen einzelnen Batteriemodulen fließen, vermieden. Solche Ausgleichsströme mit hohen Stromwerten können zu einer frühzeitige Zerstörung einzelner Batteriemodule der Reihenschaltungen und folglich der Batterie führen. Durch Vermeidung solcher Ausgleichströme wird somit eine frühzeitige Zerstörung der Batterie und folglich auch des Batteriesystems vermieden. Dadurch wird eine Gesamtlebensdauer des Batteriesystems erhöht. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass jeder in einem linearen Betrieb betriebene Halbleiterschalter der Reihenschaltungen sich in einem leitenden Zustand befindet, in dem der jeweilige Halbleiterschalter eine lineare Strom-Spannungs-Kennlinie seiner leitenden Strecke aufweist. In the battery system, at the beginning of the discharging and / or charging of the battery, the battery modules of the series circuits are switched to the battery in a linear operation by respectively operating the first and / or second semiconductor switches of the series circuits. Here, the first and / or second semiconductor switches of the series circuits are each operated in a linear operation and not simply "hard" through. Thereby, a current value of each current flowing during discharging and / or charging through the series circuits and consequently through the battery modules is limited in advance. In this way, occurrence of equalizing currents with high current values flowing between individual battery modules is avoided. Such high current balancing currents can lead to premature destruction of individual battery modules of the series circuits and consequently of the battery. By avoiding such equalizing currents, premature destruction of the battery and consequently of the battery system is thus avoided. This increases the overall life of the battery system. It should be noted here that each semiconductor switch of the series circuits operated in a linear mode is in a conducting state, in which the respective semiconductor switch has a linear current-voltage characteristic of its conducting path.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist jeder Halbleiterschalter der Reihenschaltungen in Form eines Feldeffekt-Transistors, insbesondere eines MOSFETS, ausgebildet.Preferably, each semiconductor switch of the series circuits in the form of a field effect transistor, in particular a MOSFET, is formed.

Bevorzugt ist die Steuervorrichtung in einer der Steuereinheiten implementiert. Weiter bevorzugt ist jede Steuereinheit ein Batteriemodul-Managementsystem zum Überwachen eines Zustands des Batteriemoduls der der jeweiligen Steuereinheit zugeordnete Reihenschaltung. Preferably, the control device is implemented in one of the control units. More preferably, each control unit is a battery module management system for monitoring a state of the battery module of the series circuit associated with the respective control unit.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer von dem Spannungsnetz gesendeten ersten Anforderung zum Beginnen einer durch das Entladen durchzuführenden Einspeisung von in der Batterie gespeicherter elektrischer Energie in das Spannungsnetz das erste Entladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer von der Spannungsnetz gesendeten zweiten Anforderung zum Beginnen einer durch das Laden durchzuführenden Einspeisung von in dem Spannungsnetz gespeicherter elektrischer Energie in die Batterie das erste Entladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten bereitzustellen.According to a preferred embodiment of the invention, the control device is designed to generate the first discharge signal and to provide the control units in the presence of a first request sent by the voltage network for the purpose of starting a discharge of energy stored in the battery into the voltage network. Alternatively or additionally, in the presence of a second requirement sent by the voltage network for starting charging of electrical energy stored in the voltage network into the battery, the control device is designed to generate the first discharge signal and to provide it to the control units.

Bevorzugt umfasst das Spannungsnetz einen parallel zu der Batterie schaltbaren Zwischenkreiskondensator. Weiter bevorzugt umfasst das Spannungsnetz einen Inverter und einen Elektromotor. Der Inverter ist eingangsseitig mit der Batterie und ausgangsseitig mit dem Elektromotor verbunden und bevorzugt zum Antreiben eines Fahrzeugs vorgesehen. The voltage network preferably comprises a DC link capacitor which can be switched parallel to the battery. More preferably, the voltage network comprises an inverter and an electric motor. The inverter is the input side connected to the battery and the output side connected to the electric motor and preferably provided for driving a vehicle.

Bevorzugt stellt die erste Anforderung eine von dem Inverter gesendete Leistungsanforderung dar. Weiter bevorzugt stellt die zweite Anforderung eine von dem Inverter gesendete Energierückspeiseanforderung dar. Eine solche Energierückspeiseanforderung wird von dem Inverter bevorzugt dann gesendet, wenn sich der Elektromotor in einem Energierückspeisemodus befindet. Während eines solchen Energierückspeisemodus ist eine an der Batterie und insbesondere an dem Zwischenkreiskondensator anliegende Batteriespannung größer als eine jede Leerlaufspannung der Batteriemodule der Reihenschaltungen. Folglich wird in einem solchen Fall jedes Batteriemodul bereits zu einem Beginn des Ladens aufgeladen. Preferably, the first request represents a power request sent by the inverter. More preferably, the second request represents an energy recovery request sent by the inverter. Such an energy recovery request is preferably sent by the inverter when the electric motor is in an energy recovery mode. During such an energy recovery mode, a battery voltage applied to the battery and in particular to the DC link capacitor is greater than any open circuit voltage of the battery modules of the series circuits. Consequently, in such a case, each battery module is already charged at the beginning of charging.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, zu einem Beginn des Entladens ein zweites Entladesignal und/oder zu einem Beginn des Ladens ein zweites Ladesignal und/oder während des Ladens ein drittes Ladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten bereitzustellen. Jede Steuereinheit ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des zweiten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung und/oder beim Vorliegen des zweiten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung jeweils in einen nicht leitenden Zustand zu überführen. Alternativ oder zusätzlich ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, beim Vorliegen des dritten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben. According to a preferred development of the invention, the control device is designed to generate a second discharge signal at the beginning of discharge and / or to generate a second charge signal at the start of charging and / or during charging to provide a third charge signal to the control units. Each control unit is designed to transfer the second semiconductor switch of the series control associated with the respective control unit in the presence of the second discharge signal and / or, in the presence of the second charge signal, to transfer the first semiconductor switch of the series control associated with the respective control unit to a non-conductive state. Alternatively or additionally, each control unit is designed to convert the first semiconductor switch of the series control circuit assigned to the respective control unit into a conducting state or to operate it in a linear mode when the third charging signal is present.

Solange während des Entladens sich die zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltungen in einem nicht leitenden Zustand befinden, kann während des Entladens jede Reihenschaltung nur von einem in die Durchlassrichtung der zweiten Diode der jeweiligen Reihenschaltung und folglich in die Entladerichtung der Batterie fließenden Strom durchflossen werden. Die Reihenschaltungen werden während des Entladens folglich durch die zweiten Dioden der Reihenschaltungen voneinander entkoppelt, so dass ein während des Entladens vorkommendes Auftreten von Ausgleichströmen zwischen einzelnen Batteriemodulen der Reihenschaltungen ausgeschlossen wird.During discharging, as long as the second semiconductor switches of the series circuits are in a non-conductive state during discharging, each series circuit can only flow through a current flowing in the forward direction of the second diode of the respective series circuit and consequently in the discharging direction of the battery. The series circuits are thus decoupled from each other during discharging by the second diodes of the series circuits, so that an occurring during discharging occurrence of balancing currents between individual battery modules of the series circuits is excluded.

Solange während des Ladens sich die ersten Halbleiterschalter der Reihenschaltungen in einem nicht leitenden Zustand befinden, kann während des Ladens jede Reihenschaltung nur von einem in die Durchlassrichtung der ersten Diode der jeweiligen Reihenschaltung und folglich in die Laderichtung der Batterie fließenden Strom durchflossen werden. Die Reihenschaltungen werden folglich während des Ladens durch die ersten Dioden der Reihenschaltungen voneinander entkoppelt, so dass ein während des Ladens vorkommendes Auftreten von Ausgleichströmen zwischen einzelnen Batteriemodulen der Reihenschaltungen ausgeschlossen wird.During charging, as long as the first semiconductor switches of the series circuits are in a non-conducting state, each series connection can only be conducted through a current flowing in the forward direction of the first diode of the respective series connection and consequently in the charging direction of the battery. The series circuits are thus decoupled from each other during charging by the first diodes of the series circuits, so that a occurring during charging occurrence of balancing currents between individual battery modules of the series circuits is excluded.

Solange während des Ladens die ersten Halbleiterschalter der Reihenschaltungen durchgeschaltet sind, ist während des Ladens der erste Halbleiterschalter jeder Reihenschaltung parallel zu der ersten Diode der jeweiligen Reihenschaltung geschaltet. Dadurch wird während des Ladens jede Reihenschaltung von einem Strom durchflossen, der nicht alleine durch die erste Diode der jeweiligen Reihenschaltung fließt, sondern der sich zwischen der ersten Diode und dem ersten Halbleiterschalter der jeweiligen Reihenschaltung aufteilt. Dadurch werden Verluste von elektrischer Energie, die während des Ladens durch die ersten Dioden der Reihenschaltungen hervorgerufen werden, minimiert.As long as the first semiconductor switches of the series circuits are turned on during charging, the first semiconductor switch of each series circuit is connected in parallel with the first diode of the respective series circuit during charging. As a result, during the charging, each series circuit is traversed by a current which does not flow through the first diode of the respective series circuit alone, but which splits between the first diode and the first semiconductor switch of the respective series circuit. As a result, losses of electrical energy caused during charging by the first diodes of the series circuits are minimized.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Leerlaufspannung des Batteriemoduls der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung zu messen und der Steuervorrichtung bereitzustellen. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, anhand einer Auswertung der Leerlaufspannungen der Batteriemodule der Reihenschaltungen ein erstes der Batteriemodule, dessen Leerlaufspannung gleich einer größten der Leerlaufspannungen ist, zu identifizieren. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, anhand der Auswertung der Leerlaufspannungen der Batteriemodule ein jedes zweites der Batteriemodule, dessen Leerlaufspannung kleiner als die größte Leerlaufspannung ist, zu identifizieren.According to a preferred embodiment of the invention, each control unit is designed to measure an open circuit voltage of the battery module of the respective control unit associated with the series circuit and to provide the control device. In this case, the control device is to designed to identify, based on an evaluation of the open circuit voltages of the battery modules of the series circuits, a first of the battery modules whose open circuit voltage is equal to a largest of the open circuit voltages. Alternatively or additionally, the control device is designed to identify, based on the evaluation of the open-circuit voltages of the battery modules, every second one of the battery modules whose open-circuit voltage is less than the maximum no-load voltage.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, zu einem zu einem Beginn des Entladens oder während des Entladens vorkommenden ersten Zeitpunkt ein drittes Entladesignal zu erzeugen und der der Reihenschaltung mit dem ersten Batteriemodul zugeordneten Steuereinheit bereitzustellen. Dabei ist die der Reihenschaltung mit dem ersten Batteriemodul zugeordnete Steuereinheit dazu ausgebildet, beim Vorliegen des dritten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem ersten Batteriemodul in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.According to a preferred development of the invention, the control device is designed to generate a third discharge signal at a first time occurring at the beginning of the discharge or during the discharge and to provide the control unit associated with the series circuit with the first battery module. In this case, the control unit assigned to the series connection with the first battery module is designed to convert the second semiconductor switch of the series connection with the first battery module into a conducting state or to operate it in a linear mode when the third discharge signal is present.

Dadurch, dass während des Entladens der zweite Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem ersten Batteriemodul durchgeschaltet wird, wird erreicht, dass Verluste von elektrischer Energie, die während des Ladens durch die zweite Diode der Reihenschaltung mit dem ersten Batteriemodul hervorgerufen werden, minimiert werden. Vor dem ersten Zeitpunkt ist die Leerlaufspannung jedes zweiten Batteriemoduls kleiner als die Leerlaufspannung des ersten Batteriemoduls und zunächst auch kleiner als eine an der Batterie und insbesondere dem Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung. Vor dem ersten Zeitpunkt befindet sich folglich die zweite Diode jeder Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule in einem nichtleitenden Zustand. Dadurch wird ein Auftreten von in die Laderichtung fließenden Ausgleichsströmen zwischen dem ersten Batteriemodul und jedem zweiten Batteriemodul und insbesondere auch zwischen dem Zwischenkreiskondensator und jedem zweiten Batteriemodul vermieden. Mit anderen Worten ist vor dem ersten Zeitpunkt jedes zweite Batteriemodul mit geringerer Leerlaufspannung von dem ersten Batteriemodul mit der größten Leerlaufspannung und insbesondere auch von dem Zwischenkreiskondensator durch die zweite Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul entkoppelt.Characterized in that is switched during discharge of the second semiconductor switch of the series circuit with the first battery module, it is achieved that losses of electrical energy, which are caused during charging by the second diode of the series connection with the first battery module, are minimized. Before the first time, the no-load voltage of each second battery module is smaller than the no-load voltage of the first battery module and initially smaller than a voltage applied to the battery and in particular to the intermediate-circuit capacitor. Consequently, before the first time, the second diode of each series circuit is in a non-conducting state with a second one of the battery modules. This avoids the occurrence of equalizing currents flowing in the charging direction between the first battery module and each second battery module, and in particular also between the DC link capacitor and each second battery module. In other words, before the first time, every second battery module with a lower open-circuit voltage is decoupled from the first battery module with the greatest no-load voltage and in particular also from the intermediate circuit capacitor through the second diode of the series circuit with the respective second battery module.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Entladens eine an dem Batteriemodul der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung anliegende Spannung zu messen. Ferner ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, die gemessene Spannung und eine Vorwärtsspannung der zweiten Diode der der jeweiligen Steuereinheit zugordneten Reihenschaltung der Steuervorrichtung bereitzustellen. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, während des Entladens eine an der Batterie anliegende Batteriespannung zu messen. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, für jedes zweite Batteriemodul eine dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordnete Summe zwischen der an dem jeweiligen zweiten Batteriemodul anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zu bestimmen. Weiterhin ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, zu einem dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten und während des Entladens vorkommenden zweiten Zeitpunkt, zu dem die Batteriespannung die dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordnete Summe unterschreitet, für jedes zweite Batteriemodul ein diesem zugeordnetes viertes Entladesignal zu erzeugen. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, für jedes zweite Batteriemodul das diesem zugeordnete vierte Entladesignal der der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten Steuereinheit bereitzustellen. Weiterhin ist jede einer Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule zugeordnete Steuereinheit dazu ausgebildet, beim Vorliegen des dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten vierten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.According to a preferred embodiment of the invention, each control unit is designed to measure a voltage applied to the battery module of the respective control unit associated with the series control circuit voltage during the discharge. In addition, each control unit is designed to provide the measured voltage and a forward voltage of the second diode to the control circuit associated with the respective control unit. In this case, the control device is designed to measure a battery voltage applied to the battery during discharging. Furthermore, the control device is designed to determine a sum of the voltage applied to the respective second battery module and the forward voltage of the second diode of the series connection with the respective second battery module for each second battery module. Furthermore, the control device is configured to generate a fourth discharge signal associated therewith for each second battery module for a second time associated with the respective second battery module and occurring during the discharge at which the battery voltage falls below the sum assigned to the respective second battery module. Furthermore, the control device is designed to provide for each second battery module the fourth discharge signal associated therewith with the control unit associated with the respective second battery module. Furthermore, each of a series circuit with a second of the battery modules associated control unit is adapted to transfer in the presence of the second battery module associated fourth discharge signal, the second semiconductor switch of the series circuit with the respective second battery module in a conductive state or to operate in a linear operation.

Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem wird während des Entladens der zweite Halbleiterschalter jeder Reihenschaltung mit einem der zweiten Batteriemodule zu einem dem jeweiligen Batteriemodul zugeordneten zweiten Zeitpunkt durchgeschaltet. Dadurch wird erreicht, dass Verluste von elektrischer Energie, die während des Ladens durch die zweite Diode jeder Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule hervorgerufen werden, minimiert werden. In a previously described battery system, the second semiconductor switch of each series connection is switched through during discharge with one of the second battery modules to a second time associated with the respective battery module. It is thereby achieved that losses of electrical energy, which are caused during charging by the second diode of each series connection with a second one of the battery modules, are minimized.

Hierbei zu berücksichtigen ist, dass, infolge der ersten Anforderung von dem Spannungsnetz oder der Leistungsanforderung von dem Inverter sich ein in Entladerichtung durch das erste Batteriemodul und weiter von dem ersten Batteriemodul zum Inverter fließender Strom einstellt. Infolge dieses Stromes und bedingt durch einen endlichen Innenwiderstand des ersten Batteriemoduls, stellt sich eine an dem ersten Batteriemodul, an der Batterie und insbesondere auch an dem Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung ein, die kleiner als die Leerlaufspannung des ersten Batteriemoduls ist. Wenn die an der Batterie und insbesondere auch an dem Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung die Summe zwischen der an einem zweiten der Batteriemodule anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul unterschreitet, befindet sich die zweite Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul in einem leitenden Zustand. In einem solchen Fall teilt sich ein in Entladerichtung durch die Batterie fließender Strom zwischen dem ersten Batteriemodul und dem jeweiligen zweiten Batteriemodul in Abhängigkeit von den Leerlaufspannungen und den Innenwiderständen des ersten Batteriemoduls und des jeweiligen zweiten Batteriemoduls auf. Dadurch wird in einem solchen Fall ein Auftreten von in Laderichtung durch die Batterie fließenden Ausgleichsströmen vermieden. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass während einer Lebensdauer eines zuvor beschriebenen Batteriesystems Unterschiede zwischen den Leerlaufspannungen der Batteriemodule auftreten. Solche Unterschiede können durch unterschiedliche Alterungszustände, unterschiedliche Ladezustände oder Fertigungsstreuungen hervorgerufen werden. Aus diesem Grund könnte eine Parallelschaltung aller Batteriemodule der Batterie durch gleichzeitiges Durchschalten aller Halbleiterschalter der Reihenschaltungen zu durch die Batterie fließenden Ausgleichströmen mit hohen Stromwerten zur Folge haben und zu einer Beschädigung der Batteriemodule führen. It should be noted that, due to the first request from the voltage network or the power requirement from the inverter, a current flowing in the discharge direction through the first battery module and further from the first battery module to the inverter adjusts. As a result of this current and due to a finite internal resistance of the first battery module, a voltage applied to the first battery module, to the battery and in particular also to the intermediate circuit capacitor, is smaller than the no-load voltage of the first battery module. If the voltage applied to the battery and in particular also to the intermediate circuit capacitor voltage is the sum between the voltage applied to a second of the battery modules and the voltage Downstream voltage of the second diode of the series circuit with the respective second battery module, the second diode of the series connection with the respective second battery module is in a conductive state. In such a case, a current flowing through the battery in the discharge direction is divided between the first battery module and the respective second battery module as a function of the no-load voltages and the internal resistances of the first battery module and of the respective second battery module. As a result, in such a case an occurrence of in the loading direction flowing through the battery equalization currents is avoided. It should be noted that during a lifetime of a previously described battery system differences between the no-load voltages of the battery modules occur. Such differences can be caused by different aging states, different states of charge or manufacturing dispersions. For this reason, connecting all of the battery modules in parallel to each other by simultaneously turning on all of the semiconductor switches of the series circuits could result in high current leakage currents flowing through the battery and lead to damage to the battery modules.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, während des Entladens einen durch die Batterie fließenden Strom zu messen. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, für jedes zweite Batteriemodul zu einem dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten und während des Entladens vorkommenden dritten Zeitpunkt ein dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordnetes fünftes Entladesignal zu erzeugen. Weiterhin ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, für jedes zweite Batteriemodul das diesem zugeordnete fünfte Entladesignal der der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten Steuereinheit bereitzustellen. Dabei ist der jedem zweiten Batteriemodul zugeordnete dritte Zeitpunkt ein Zeitpunkt, zu dem ein Stromwert des Batteriestromes einen dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten ersten Stromgrenzwert erreicht oder unterschreitet. Ferner ist jede einer Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule zugeordnete Steuereinheit dazu ausgebildet, beim Vorliegen des dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten fünften Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul in einen nichtleitenden Zustand zu überführen.According to a preferred development of the invention, the control device is designed to measure a current flowing through the battery during discharging. Furthermore, the control device is designed to generate for each second battery module associated with the respective second battery module and occurring during the discharge third time a respective second battery module associated fifth discharge signal. Furthermore, the control device is designed to provide for each second battery module the fifth discharge signal associated therewith with the control unit associated with the respective second battery module. In this case, the third time assigned to each second battery module is a time at which a current value of the battery current reaches or falls below a first current limit value assigned to the respective second battery module. Furthermore, each of a series circuit with a second of the battery modules associated control unit is adapted to transfer in the presence of the second battery module associated fifth discharge signal, the second semiconductor switch of the series circuit with the respective second battery module in a non-conductive state.

Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem führt eine Verringerung eines Stromwertes eines während des Entladens von der Batterie zum Spannungsnetz oder von der Batterie zu dem Inverter fließenden Stromes zu einer Erhöhung der an der Batterie und insbesondere auch an dem Zwischenkreiskondensator anliegenden Batteriespannung. Infolge einer solchen Erhöhung kann dann die Batteriespannung die Summe zwischen der an einem zweiten der Batteriemodule anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen Batteriemodul überschreiten. Wäre in einem solchen Fall der zweite Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul durchgeschaltet, so würden in Laderichtung fließende Ausgleichströme zwischen dem Zwischenkreiskondensator und dem jeweiligen Batteriemodul auftreten. Um solche Ausgleichstrome zu vermeiden, wird der zweite Halbleiterschalter jeder Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule zu dem dem jeweiligen zweiten Batteriemodul zugeordneten und zuvor beschriebenen dritten Zeitpunkt in einen nichtleidenden Zustand überführt. Wenn sich der zweite Halbleiterschalter einer Reihenschaltung mit einem zweiten der Batteriemodule sich wieder in einem nichtleitenden Zustand befindet, ist das jeweilige zweite Batteriemodul durch die zweite Diode der Reihenschaltung mit dem jeweiligen Batteriemodul von der Batterie und insbesondere auch von dem Zwischenkreiskondensator entkoppelt. Folglich fließt kein Strom mehr über das jeweilige zweite Batteriemodul. In einem solchen Fall wird das Spannungsnetz oder der Inverter nur noch von dem ersten Batteriemodul und gegebenenfalls auch von jedem zweiten Batteriemodul, das über das zweite Halbleiterschalter der Reihenschaltung mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul noch an die Batterie zugeschaltet ist, mit elektrischer Energie versorgt. In a previously described battery system, a reduction in a current value of a current flowing during discharge from the battery to the voltage network or from the battery to the inverter leads to an increase in the battery voltage applied to the battery and in particular also to the DC link capacitor. As a result of such an increase, the battery voltage may then exceed the sum between the voltage applied to a second of the battery modules and the forward voltage of the second diode of the series connection with the respective battery module. If, in such a case, the second semiconductor switch of the series connection is connected through to the respective second battery module, equalizing currents flowing in the charging direction would occur between the intermediate circuit capacitor and the respective battery module. In order to avoid such compensation currents, the second semiconductor switch of each series circuit is transferred to a second of the battery modules to the respective second battery module associated and previously described third time in a non-performing state. When the second semiconductor switch of a series circuit with a second of the battery modules is again in a non-conducting state, the respective second battery module is decoupled by the second diode of the series connection with the respective battery module from the battery and in particular also from the intermediate circuit capacitor. Consequently, no current flows through the respective second battery module. In such a case, the voltage network or the inverter is supplied only by the first battery module and optionally also by each second battery module, which is still connected via the second semiconductor switch of the series circuit with the respective second battery module to the battery, with electrical energy.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Entladens und/oder Ladens wenigstens einen Betriebsparameter des Batteriemoduls der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung zu messen. Dabei umfasst der wenigstens eine Betriebsparameter jedes Batteriemoduls der Reihenschaltungen einen durch das jeweilige Batteriemodul fließenden Strom und/oder eine an dem jeweiligen Batteriemodul anliegende Spannung und/oder eine Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls.According to a preferred refinement of the invention, each control unit is designed to measure at least one operating parameter of the battery module of the series circuit assigned to the respective control unit during discharging and / or charging. In this case, the at least one operating parameter of each battery module of the series circuits comprises a current flowing through the respective battery module and / or a voltage applied to the respective battery module voltage and / or a temperature of the respective battery module.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Entladens und beim Vorliegen einer der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten ersten Bedingung den ersten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung in einen nichtleitenden Zustand zu überführen. Die jeder Steuereinheit zugeordnete erste Bedingung liegt dann vor, wenn ein Parameterwert des wenigstens einen Betriebsparameters des Batteriemoduls der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung einen für das jeweilige Batteriemodul während des Entladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet. Auf diese Weise wird während des Entladens eine Betriebssicherheit der Batterie erhöht. Alternativ oder zusätzlich ist jede Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Ladens und beim Vorliegen einer der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten zweiten Bedingung den zweiten Halbleiterschalter der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung in einen nichtleitenden Zustand zu überführen. Die jeder Steuereinheit zugeordnete zweite Bedingung liegt dann vor, wenn ein Parameterwert des wenigstens einen Betriebsparameters des Batteriemoduls der der jeweiligen Steuereinheit zugeordneten Reihenschaltung einen für das jeweilige Batteriemodul während des Ladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet. Auf diese Weise wird auch während des Ladens die Betriebssicherheit der Batterie erhöht.According to a preferred development of the invention, each control unit is designed to convert the first semiconductor switch of the series-connected circuit assigned to the respective control unit into a non-conducting state during discharging and when a first condition associated with the respective control unit exists. The first condition associated with each control unit is present when a parameter value of the at least one operating parameter of the battery module of the series circuit assigned to the respective control unit reaches or exceeds a parameter limit value permissible for the respective battery module during discharge. This way will During operation, the reliability of the battery increases. Alternatively or additionally, each control unit is designed to convert the second semiconductor switch of the series control circuit assigned to the respective control unit into a non-conducting state during charging and in the presence of a second condition associated with the respective control unit. The second condition associated with each control unit is present when a parameter value of the at least one operating parameter of the battery module of the series circuit assigned to the respective control unit reaches or exceeds a parameter limit value permissible for the respective battery module during charging. In this way, the reliability of the battery is increased during charging.

Vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem ist, dass die Batteriemodule in einer energetisch günstigen Weise parallel zueinander geschaltet werden können. Dabei ist eine Verwendung einer aufwändigen Leistungselektronik, die zum Beispiel zwischen den Batteriemodulen geschaltete Gleichspannungswandler umfasst, nicht notwendig. Ferner ermöglicht ein zuvor beschriebenes Batteriesystem eine Minimierung von Verlusten an elektrischer Energie, da große Verluste von elektrischer Energie, die mit einer aufwändigen Leistungselektronik verbundenen sind, erst gar nicht auftreten. Durch geschicktes und in Abhängigkeit von einer in Entlade- oder Laderichtung vorkommenden Last erfolgendes Zuschalten der einzelnen Batteriemodule zu der Batterie kann eine Belastung der Batteriemodule mit möglichst geringen Alterungseffekten und maximaler elektrischer Energieausbeute durchgeführt werden. An advantage of a previously described battery system is that the battery modules can be connected in parallel in an energetically favorable manner. In this case, a use of complex power electronics, which includes, for example, connected between the battery modules DC-DC converter, not necessary. Furthermore, a previously described battery system enables a minimization of losses of electrical energy, since large losses of electrical energy, which are associated with a complex power electronics, not even occur. By skillful and depending on a load occurring in the discharge or loading direction connecting the individual battery modules to the battery load of the battery modules can be performed with the least possible aging effects and maximum electrical energy yield.

Vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem ist es auch, dass in der Batterie Batteriemodule mit unterschiedlichen Eigenschaften parallel zueinander geschaltet werden können. So können die Batteriemodule zum Beispiel unterschiedliche Ladekapazitäten, Ladezustände, Alterungszustände, Lade- und Entladeströme und Lade- und Entladeschlussspannungen aufweisen.It is also advantageous in the case of a previously described battery system that battery modules with different properties can be connected in parallel in the battery. For example, the battery modules may have different charging capacities, charging states, aging states, charging and discharging currents and charging and discharging final voltages.

Dadurch, dass die Batteriemodule während des Entladens mittels der ersten Halbleiterschalter und/oder während des Ladens mittels der zweiten Halbleiterschalter zu der Batterie zugeschaltet und von der Batterie entkoppelt werden können, können einzelne Batteriemodule der Batterie auch im Betrieb gewechselt werden. Dadurch können solche durch einen Batteriemodulwechsel auftretenden Wartungskosten eines zuvor beschriebenen Batteriesystems gesenkt werden oder auch in modularen Batteriesystemen Einsatz finden. Because the battery modules can be connected to the battery during the discharge by means of the first semiconductor switch and / or during charging by means of the second semiconductor switch and decoupled from the battery, individual battery modules of the battery can also be changed during operation. As a result, such maintenance costs incurred by a battery module replacement of a previously described battery system can be reduced or also be used in modular battery systems.

Dadurch, dass die Batteriemodule während des Entladens mittels der ersten Halbleiterschalter und/oder während des Ladens mittels der zweiten Halbleiterschalter zu der Batterie zugeschaltet und von der Batterie entkoppelt werden können, wird ferner ermöglicht, dass die Batteriemodule im Systemverbund aktiv bleiben. Auf diese Weise können die Batteriemodule der Batterie auch bei schnellen Änderungen der Anforderungen von dem Spannungsnetz oder Inverter elektrische Energie in geeigneter Weise bereitstellen und/oder aufnehmen. Mit anderen Worten können auch die Batteriemodule mit geringerem Ladezustand entladen und/oder die Batteriemodule mit höherem Ladezustand aufgeladen werden.By virtue of the fact that the battery modules can be connected to the battery during the discharge by means of the first semiconductor switches and / or during charging by means of the second semiconductor switches and decoupled from the battery, it is further possible for the battery modules to remain active in the system network. In this way, the battery modules of the battery can suitably provide and / or absorb electrical energy even with rapid changes in the requirements of the voltage network or inverter. In other words, the battery modules can be discharged with a lower charge state and / or the battery modules can be charged with a higher charge state.

Dadurch, dass die Batteriemodule während des Entladens mittels der ersten Halbleiterschalter und/oder während des Ladens mittels der zweiten Halbleiterschalter zu der Batterie zugeschaltet und von der Batterie entkoppelt werden können, wird ferner ermöglicht, dass einzelne Batteriemodule der Batterie gezielt entladen und/oder aufgeladen werden können. By virtue of the fact that the battery modules can be connected to the battery during the discharge by means of the first semiconductor switches and / or during charging by means of the second semiconductor switches and decoupled from the battery, it is further possible for individual battery modules of the battery to be discharged and / or charged in a targeted manner can.

Da einzelne Batteriemodule der Batterie auch im Betrieb der Batterie gewechselt werden können, kann ein zuvor beschriebenes Batteriesystem, insbesondere bei einer Spannungslage unterhalb der Berührungsspannung von 60 V, leicht in ein Fahrzeug eingesetzt werden. Since individual battery modules of the battery can also be changed during operation of the battery, a previously described battery system, especially at a voltage level below the contact voltage of 60 V, can be easily inserted into a vehicle.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und/oder Entladen einer Batterie eines zuvor beschriebenen Batteriesystems. Das Verfahren umfasst ein Beginnen eines Entladens der Batterie durch Betreiben des ersten Halbleiterschalters jeder Reihenschaltung in einem linearen Betrieb. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ein Beginnen eines Ladens der Batterie durch Betreiben des zweiten Halbleiterschalters jeder Reihenschaltung in einem linearen Betrieb.Another aspect of the invention relates to a method for charging and / or discharging a battery of a previously described battery system. The method includes starting to discharge the battery by operating the first semiconductor switch of each series circuit in a linear mode. Alternatively or additionally, the method includes starting a charging of the battery by operating the second semiconductor switch of each series circuit in a linear operation.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Jede Komponente und jeder Parameter werden jeweils einmalig eingeführt und bei Wiederholung jeweils als schon bekannt behandelt, unabhängig davon, auf welche Zeichnung sich ein jeweils entsprechender Beschreibungsteil, in dem die entsprechende Komponente oder der entsprechende Parameter wiederholt vorkommt, bezieht. In den Zeichnungen sind:Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components and parameters. Each component and each parameter are each introduced once and each treated as already known at repetition, regardless of which drawing refers to a corresponding part of the description in which the corresponding component or the corresponding parameter occurs repeatedly. In the drawings are:

1 eine Anordnung mit einem Batteriesystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und 1 an arrangement with a battery system according to a first embodiment of the invention; and

2 mehrere Leerlaufspannungs-Ladezustand-Kennlinien von Batteriemodulen einer Batterie des Batteriesystems. 2 a plurality of no-load voltage state-of-charge characteristics of battery modules of a battery of the battery system.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Batteriesystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Batterie 20 mit mehreren parallel zueinander geschalteten Reihenschaltungen 30, 40. Die Batterie 20 umfasst einen positiven Anschluss 11 und einen negativen Anschluss 12. Eine jede der Reihenschaltungen 30, 40 ist zwischen dem positiven und dem negativen Anschluss 11, 12 der Batterie 20 geschaltet. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden in der 1 nur eine erste Reihenschaltung 30 und eine zweite Reihenschaltung 40 der mehreren Reihenschaltungen 30, 40 gezeichnet. 1 shows an arrangement 1 with a battery system 10 according to a first embodiment of the invention. The battery system 10 includes a battery 20 with several parallel connected series circuits 30 . 40 , The battery 20 includes a positive connection 11 and a negative connection 12 , One of each series 30 . 40 is between the positive and the negative connection 11 . 12 the battery 20 connected. To simplify the presentation were in the 1 only a first series connection 30 and a second series circuit 40 of the several series connections 30 . 40 drawn.

Jede der Reihenschaltungen 30, 40 umfasst jeweils ein Batteriemodul 31, 41. Jedes Batteriemodul 31, 41 umfasst mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen. Insbesondere ist jedes Batteriemodul 31, 41 der Reihenschaltungen 30, 40 ein Lithium-Ionen-Batteriemodul mit mehreren in Reihe geschalteten Lithium-Ionen-Batteriezellen. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden in der 1 die Batteriezellen der Batteriemodule 31, 41 der Reihenschaltungen 30, 40 nicht mit Bezugszeichen versehen. Das auch als erstes Batteriemodul 31 bezeichnete Batteriemodul 31 der ersten Reihenschaltung 30 weist eine Leelaufspannung auf, die größer als eine Leerlaufspannung des auch als zweites Batteriemodul 41 bezeichneten Batteriemoduls 41 der zweiten Reihenschaltung 40 ist. Each of the series connections 30 . 40 each includes a battery module 31 . 41 , Every battery module 31 . 41 includes several series connected battery cells. In particular, each battery module 31 . 41 the series connections 30 . 40 a lithium-ion battery module with multiple series-connected lithium-ion battery cells. To simplify the presentation were in the 1 the battery cells of the battery modules 31 . 41 the series connections 30 . 40 not provided with reference numerals. This also as the first battery module 31 designated battery module 31 the first series connection 30 has a Leelaufspannung, which is greater than an open circuit voltage of the second battery module as well 41 designated battery module 41 the second series connection 40 is.

Jede Reihenschaltung 30, 40 umfasst ferner eine erste Parallelschaltung mit einem ersten Halbleiterschalter 32, 42 und einer ersten Diode 33, 43 und eine zweite Parallelschaltung mit einem zweiten Halbleiterschalter 34, 44 und einer zweiten Diode 35, 45. Das Batteriemodul 31, 41 und die erste und zweite Parallelschaltung jeder Reihenschaltung 30, 40 sind in Reihe geschaltet. Der Halbleiterschalter 32, 34, 42, 44 und die Diode 33, 35, 43, 45 jeder Parallelschaltung der Reihenschaltungen 30, 40 sind parallel zueinander geschaltet. Jedes Batteriemodul 31, 41 der Reihenschaltungen 30, 40 ist über einen negativen seiner zwei Anschlüsse mit dem negativen Anschluss 12 der Batterie 10 und über einen positiven seinen zwei Anschlüsse und über die erste und zweite Parallelschaltung der Reihenschaltung 30, 40 mit dem jeweiligen Batteriemodul 31, 41 mit dem positiven Anschluss 11 der Batterie 20 verbunden. Alternativ kann jedes Batteriemodul 31, 41 über seinen positiven Anschluss mit dem positiven Anschluss 11 der Batterie 20 und über seinen negativen Anschluss und über die erste und zweite Parallelschaltung der Reihenschaltung 30, 40 mit dem jeweiligen Batteriemodul 31, 41 mit dem negativen Anschluss 12 der Batterie 20 verbunden sein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden in der 1 die ersten und zweiten Parallelschaltungen der Reihenschaltungen 30, 40 und die Anschlüsse der Batteriemodule 31, 41 nicht mit Bezugszeichen versehen. Each series connection 30 . 40 further comprises a first parallel connection with a first semiconductor switch 32 . 42 and a first diode 33 . 43 and a second parallel connection with a second semiconductor switch 34 . 44 and a second diode 35 . 45 , The battery module 31 . 41 and the first and second parallel circuits of each series circuit 30 . 40 are connected in series. The semiconductor switch 32 . 34 . 42 . 44 and the diode 33 . 35 . 43 . 45 each parallel connection of the series circuits 30 . 40 are connected in parallel. Every battery module 31 . 41 the series connections 30 . 40 is about a negative of its two connections with the negative connection 12 the battery 10 and via a positive its two terminals and via the first and second parallel connection of the series connection 30 . 40 with the respective battery module 31 . 41 with the positive connection 11 the battery 20 connected. Alternatively, each battery module 31 . 41 about its positive connection with the positive connection 11 the battery 20 and via its negative terminal and via the first and second parallel connection of the series connection 30 . 40 with the respective battery module 31 . 41 with the negative connection 12 the battery 20 be connected. To simplify the presentation were in the 1 the first and second parallel circuits of the series circuits 30 . 40 and the connections of the battery modules 31 . 41 not provided with reference numerals.

Die erste Diode 33, 43 jeder Reihenschaltung 30, 40 weist eine mit einer Laderichtung der Batterie 20 übereinstimmende Durchlassrichtung auf. Die Laderichtung der Batterie 20 stimmt mit einer Laderichtung jedes Batteriemoduls 31, 41 überein. Die zweite Diode 35, 45 jeder Reihenschaltung 30, 40 weist eine mit einer Entladerichtung der Batterie 20 übereinstimmende Durchlassrichtung auf. Die Entladerichtung der Batterie 20 stimmt mit einer Entladerichtung jedes Batteriemoduls 31, 41 überein. Der erste Halbleiterschalter 32, 42 jeder Reihenschaltung 30, 40 ist beispielsweise als n-Kanal MOSFET ausgebildet. Der erste Halbleiterschalter 32, 42 jeder Reihenschaltung 30, 40 umfasst beispielsweise einen Gate-Anschluss, einen mit dem positiven Anschluss des Batteriemoduls 31, 41 der jeweiligen Reihenschaltung 30, 40 verbundenen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss. Der zweite Halbleiterschalter 35, 45 jeder Reihenschaltung 30, 40 ist beispielsweise als n-Kanal MOSFET ausgebildet. Der zweite Halbleiterschalter 34, 44 jeder Reihenschaltung 30, 40 umfasst beispielsweise einen Gate-Anschluss, einen mit dem positiven Anschluss 11 der Batterie 20 verbundenen Drain-Anschluss und einen mit dem Source-Anschluss des ersten Halbleiterschalters 32, 42 der jeweiligen Reihenschaltung 30, 40 verbundenen Source-Anschluss. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden in der 1 der Gate-Anschluss, der Drain-Anschluss und der Source-Anschluss jedes Halbleiterschalters 32, 34, 42, 44 der Reihenschaltungen 30, 40 nicht mit Bezugszeichen versehen. The first diode 33 . 43 each series connection 30 . 40 has one with a charging direction of the battery 20 matching passage direction. The charging direction of the battery 20 agrees with a charging direction of each battery module 31 . 41 match. The second diode 35 . 45 each series connection 30 . 40 has one with a discharge direction of the battery 20 matching passage direction. The discharge direction of the battery 20 agrees with a discharge direction of each battery module 31 . 41 match. The first semiconductor switch 32 . 42 each series connection 30 . 40 is designed for example as an n-channel MOSFET. The first semiconductor switch 32 . 42 each series connection 30 . 40 for example, includes a gate terminal, one with the positive terminal of the battery module 31 . 41 the respective series connection 30 . 40 connected drain terminal and a source terminal. The second semiconductor switch 35 . 45 each series connection 30 . 40 is designed for example as an n-channel MOSFET. The second semiconductor switch 34 . 44 each series connection 30 . 40 includes, for example, a gate terminal, one with the positive terminal 11 the battery 20 connected drain terminal and one with the source terminal of the first semiconductor switch 32 . 42 the respective series connection 30 . 40 connected source connection. To simplify the presentation were in the 1 the gate terminal, the drain terminal and the source terminal of each semiconductor switch 32 . 34 . 42 . 44 the series connections 30 . 40 not provided with reference numerals.

Das Batteriesystem 10 umfasst ferner mehrere jeweils einer der Reihenschaltungen 30, 40 zugeordnete Steuereinheiten 50, 60. Eine jede der Steuereinheiten 50, 60 ist beispielsweise als Batteriemodul-Managementsystem zum Überwachen eines Zustands des Batteriemoduls 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 ausgebildet. Jede Steuereinheit 50, 60 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen Betriebsparameter des der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 zu messen. Dazu ist jede Steuereinheit 50, 60 über wenigstens eine Sense-Leitung 51, 61 mit dem Batteriemodul 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 verbunden. Der wenigstens eine Betriebsparameter jedes Batteriemoduls 31, 41 umfasst eine an dem jeweiligen Batteriemodul 31, 41 anliegende Spannung und/oder einen durch das jeweilige Batteriemodul 31, 41 fließenden Strom und/oder eine Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls 31, 41. Ferner ist jede Steuereinheit 50, 60 dazu ausgebildet, den ersten und zweiten Halbleiterschalter 32, 42, 34, 44 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 zu steuern. Dazu ist jede Steuereinheit 50, 60 mit dem Gate-Anschluss jedes Halbleiterschalters 32, 34, 42, 44 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 verbunden.The battery system 10 further includes a plurality of each of the series circuits 30 . 40 associated control units 50 . 60 , Each of the control units 50 . 60 is, for example, a battery module management system for monitoring a state of the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 educated. Every control unit 50 . 60 is adapted to at least one operating parameter of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 to eat. This is every control unit 50 . 60 via at least one sense line 51 . 61 with the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 connected. The at least one operating parameter of each battery module 31 . 41 includes one on the respective battery module 31 . 41 voltage applied and / or one through the respective battery module 31 . 41 flowing current and / or a temperature of the respective battery module 31 . 41 , Furthermore, each control unit 50 . 60 adapted to the first and second semiconductor switches 32 . 42 . 34 . 44 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 to control. This is every control unit 50 . 60 with the gate terminal of each semiconductor switch 32 . 34 . 42 . 44 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 connected.

Das Batteriesystem 10 umfasst ferner eine der Steuereinheiten 50, 60 übergeordnete Steuervorrichtung 70, die eine Funktion eines auch als Master-Steuergerät bezeichneten übergeordneten Steuergerätes ausübt und eine Hauptsteuerfunktion für das Batteriesystem 10 beinhaltet. Die Steuereinheiten 50, 60 übernehmen dann jeweils eine Funktion eines auch als Slave-Steuergerät bezeichneten untergeordneten Steuergerätes. Die Steuervorrichtung 70 kann alternativ auch in eine der Steuereinheiten 50, 60 implementiert sein. Die Steuervorrichtung 70 ist dazu ausgebildet, zumindest eine an der Batterie 10 anliegende Batteriespannung und einen durch die Batterie 10 fließenden Batteriestrom zu messen.The battery system 10 further comprises one of the control units 50 . 60 higher-level control device 70 which performs a function of a parent controller also called a master controller, and a main control function for the battery system 10 includes. The control units 50 . 60 then each take on a function of a designated as a slave controller subordinate control unit. The control device 70 Alternatively, it can also be in one of the control units 50 . 60 be implemented. The control device 70 is designed to at least one on the battery 10 applied battery voltage and one through the battery 10 to measure flowing battery current.

Die Steuereinheiten 50, 60 sind untereinander und mit der Steuervorrichtung 70 über Datenleitungen 71 verbunden.The control units 50 . 60 are with each other and with the control device 70 via data lines 71 connected.

Die Anordnung 1 umfasst ferner einen Spannungsnetz 80 mit einem Zwischenkreiskondensator 81, einem Inverter 82 und einem beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeuges (nicht dargestellt) ausgebildeten Elektromotor 83. Der Zwischenkreiskondensator 81 ist parallel zu der Batterie 20 geschaltet. Der Inverter 82 ist eingangsseitig mit dem Zwischenkreiskondensator 81 und ausgangsseitig mit dem Elektromotor 83 verbunden und dazu ausgebildet, die an der Batterie 20 und dem Zwischenkreiskondensator 81 anliegende Batteriespannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und diese Wechselspannung dem Elektromotor 83 bereitzustellen. The order 1 also includes a voltage network 80 with a DC link capacitor 81 , an inverter 82 and an electric motor configured, for example, for driving a vehicle (not shown) 83 , The DC link capacitor 81 is parallel to the battery 20 connected. The inverter 82 is on the input side with the DC link capacitor 81 and on the output side with the electric motor 83 connected and trained to the battery 20 and the DC link capacitor 81 to convert applied battery voltage into an AC voltage and this AC voltage to the electric motor 83 provide.

Die Steuervorrichtung 70 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer ersten von dem Spannungsnetz 80 gesendeten ersten Anforderung zum Beginnen einer durch ein Entladen der Batterie 20 durchzuführenden Einspeisung von in der Batterie 20 gespeicherter elektrischer Energie in das Spannungsnetz 80 ein erstes Entladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten 50, 60 bereitzustellen. Beispielsweise stellt die erste Anforderung eine von dem Inverter 82 gesendete Leistungsanforderung dar. Jede Steuereinheit 50, 60 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des ersten Entladesignals den ersten Halbleiterschalter 32, 42 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 jeweils in einem linearen Betrieb oder auch in einem durchgeschalteten Betrieb zu betreiben. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, gleichzeitig mit dem ersten Entladesignal auch ein zweites Entladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten 50, 60 bereitzustellen. Jede Steuereinheit 50, 60 ist ferner dazu ausgebildet, beim Vorliegen des zweiten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter 34, 44 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 jeweils in einen nicht leitenden Zustand zu überführen. The control device 70 is designed to be in the presence of a first one of the voltage network 80 sent first request to begin by discharging the battery 20 Feed-in to be performed in the battery 20 stored electrical energy in the voltage network 80 to generate a first discharge signal and the control units 50 . 60 provide. For example, the first request is one from the inverter 82 sent power request. Each control unit 50 . 60 is configured, when the first discharge signal is present, the first semiconductor switch 32 . 42 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 operate in a linear mode or in a continuous operation. The control device 70 is further adapted to generate simultaneously with the first discharge signal also a second discharge signal and the control units 50 . 60 provide. Every control unit 50 . 60 is further adapted, in the presence of the second discharge signal, the second semiconductor switch 34 . 44 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 each to be converted into a non-conductive state.

Zu einem Beginn des Entladens ist das Batteriemodul 31, 41 jeder Reihenschaltung 30, 40 über den ersten Halbleiterschalter 32, 42 und der zweiten Diode 35, 45 der jeweiligen Reihenschaltung 30, 40 zu der Batterie 20 zugeschaltet, so dass der Elektromotor 83 bereits zum Beginn des Entladens elektrische Energie aus der Batterie 20 entnehmen kann. At the beginning of the discharge is the battery module 31 . 41 each series connection 30 . 40 over the first semiconductor switch 32 . 42 and the second diode 35 . 45 the respective series connection 30 . 40 to the battery 20 switched on, so that the electric motor 83 already at the beginning of discharging electrical energy from the battery 20 can take.

Jede Steuereinheit 50, 60 ist ferner dazu ausgebildet, eine Leerlaufspannung des Batteriemoduls 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 zu messen und der Steuervorrichtung 70 bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, anhand einer Auswertung der Leerlaufspannungen der Batteriemodule 31, 41 das erste Batteriemodul 31, dessen Leerlaufspannung gleich einer größten der Leerlaufspannungen ist, und das zweite Batteriemodul 41, dessen Leerlaufspannung kleiner als die größte Leerlaufspannung ist, zu identifizieren.Every control unit 50 . 60 is further adapted to an open circuit voltage of the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 to measure and the control device 70 provide. The control device 70 is further adapted to be based on an evaluation of the open circuit voltages of the battery modules 31 . 41 the first battery module 31 , whose open circuit voltage is equal to a largest of the open circuit voltages, and the second battery module 41 , whose open circuit voltage is less than the maximum open circuit voltage to identify.

Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, zu einem während des Entladens unmittelbar nach dem Beginn des Entladens vorkommenden ersten Zeitpunkt ein drittes Entladesignal zu erzeugen und der der ersten Reihenschaltung 30 zugeordneten und auch als erste Steuereinheit 50 bezeichneten Steuereinheit 50 bereitzustellen. Die erste Steuereinheit 50 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des dritten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter 34 der ersten Reihenschaltung 30 in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.The control device 70 is further configured to generate a third discharge signal at a first time occurring during discharging immediately after the start of discharging and that of the first series circuit 30 assigned and also as the first control unit 50 designated control unit 50 provide. The first control unit 50 is configured, in the presence of the third discharge signal, the second semiconductor switch 34 the first series connection 30 in a conductive state or to operate in a linear operation.

Vor dem ersten Zeitpunkt sind die ersten Halbleiterschalter 32, 42 der Reihenschaltungen 30, 40 durchgeschaltet und die zweiten Halbleiterschalter 34, 44 der Reihenschaltungen 30, 40 gesperrt. Folglich wird vor dem ersten Zeitpunkt nur über das erste Batteriemodul 31 mit der größten Leerlaufspannung, den ersten Halbleiterschalter 32 und die zweite Diode 35 der ersten Reihenschaltung 30 ein Strom in Entladerichtung fließen. Durch Durchschalten des zweiten Halbleiterschalters 34 der ersten Reihenschaltung 30 zu dem ersten Zeitpunkt wird sich der über das erste Batteriemodul 31 fließende Strom zwischen dem zweiten Halbleiterschalter 34 und der zweiten Diode 35 der ersten Reihenschaltung 30 aufteilen. Auf diese Weise werden die während des Entladens von der zweiten Diode 35 der ersten Reihenschaltung 30 verursachten Verluste von elektrischer Energie reduziert. Before the first time, the first semiconductor switches 32 . 42 the series connections 30 . 40 turned on and the second semiconductor switch 34 . 44 the series connections 30 . 40 blocked. Consequently, before the first time, only the first battery module is used 31 with the largest no-load voltage, the first semiconductor switch 32 and the second diode 35 the first series connection 30 a current flow in the discharge direction. By turning on the second semiconductor switch 34 the first series connection 30 at the first time it will go over the first battery module 31 flowing current between the second semiconductor switch 34 and the second diode 35 the first series connection 30 split. In this way, during discharge from the second diode 35 the first series connection 30 caused losses of electrical energy.

Zu dem ersten Zeitpunkt ist die an der Batterie 20 und an dem Zwischenkreiskondensator 81 anliegende Batteriespannung größer als die an dem zweiten Batteriemodul 41 anliegende Leerlaufspannung, so dass über das zweite Batteriemodul 41 kein Strom in Entladerichtung fließen kann. Zu dem ersten Zeitpunkt ist das zweite Batteriemodul 41 über die zweite Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40 von dem ersten Batteriemodul 31 und dem Zwischenkreiskondensator 81 entkoppelt, so dass über das zweite Batteriemodul 41 auch kein Strom in Laderichtung fließen kann. At the first time is the on the battery 20 and on the DC link capacitor 81 applied battery voltage greater than that at the second battery module 41 applied open circuit voltage, so that via the second battery module 41 no current can flow in the discharge direction. At the first time is the second battery module 41 via the second diode 45 the second series connection 40 from the first battery module 31 and the DC link capacitor 81 decoupled, leaving the second battery module 41 no current can flow in charging direction.

Jede Steuereinheit 50, 60 ist ferner dazu ausgebildet ist, während des Entladens die an dem Batteriemodul 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 anliegende Spannung zu messen und die gemessene Spannung und eine Vorwärtsspannung der zweiten Diode 35, 45 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugordneten Reihenschaltung 30, 40 der Steuervorrichtung 70 bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, während des Entladens die an der Batterie 20 anliegende Batteriespannung zu messen und eine dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordnete Summe zwischen der an dem zweiten Batteriemodul 41 anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40 zu bestimmen. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, zu einem dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordneten und während des Entladens vorkommenden zweiten Zeitpunkt, ein dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordnetes viertes Entladesignal zu erzeugen und der zweiten Reihenschaltung 40 zugeordneten und auch als zweite Steuereinheit 60 bezeichnete Steuereinheit 60 bereitzustellen. Zu dem zweiten Zeitpunkt unterschreitet die Batteriespannung die dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordnete Summe. Die zweite Steuereinheit 60 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des vierten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter 44 der zweiten Reihenschaltung 40 in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.Every control unit 50 . 60 is further adapted, during the discharging, to the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 to measure applied voltage and the measured voltage and a forward voltage of the second diode 35 . 45 that of the respective control unit 50 . 60 assigned series connection 30 . 40 the control device 70 provide. The control device 70 is further adapted, during discharge, to the battery 20 to measure applied battery voltage and a second battery module 41 associated sum between that at the second battery module 41 applied voltage and the forward voltage of the second diode 45 the second series connection 40 to determine. The control device 70 is further adapted to a second battery module 41 associated and occurring during the discharge second time, the second battery module 41 to generate associated fourth discharge signal and the second series circuit 40 assigned and also as a second control unit 60 designated control unit 60 provide. At the second time, the battery voltage falls below the second battery module 41 assigned sum. The second control unit 60 is designed to, in the presence of the fourth discharge signal, the second semiconductor switch 44 the second series connection 40 in a conductive state or to operate in a linear operation.

Durch Durchschalten des zweiten Halbleiterschalters 44 der zweiten Reihenschaltung 40 zu dem zweiten Zeitpunkt werden die während des Entladens von der zweiten Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40 verursachten Verluste von elektrischer Energie reduziert. Zu dem zweiten Zeitpunkt ist die an der Batterie 20 und dem Zwischenkreiskondensator 81 anliegende Batteriespannung kleiner als die Summe zwischen der an dem zweiten Batteriemodul 41 anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40. Zu dem zweiten Zeitpunkt ist die zweite Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40 folglich leitend, so dass über das zweite Batteriemodul 41 ein Strom in Entladerichtung fließt.By turning on the second semiconductor switch 44 the second series connection 40 at the second time, those during discharging from the second diode 45 the second series connection 40 caused losses of electrical energy. At the second time is the on the battery 20 and the DC link capacitor 81 applied battery voltage smaller than the sum between the on the second battery module 41 applied voltage and the forward voltage of the second diode 45 the second series connection 40 , At the second time, the second diode is 45 the second series connection 40 consequently conductive, so that via the second battery module 41 a current flows in the discharge direction.

Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, während des Entladens den durch die Batterie 20 fließenden Strom zu messen. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, während des Entladens zu einem dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordneten und während des Entladens vorkommenden dritten Zeitpunkt ein dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordnetes fünftes Entladesignal zu erzeugen und der zweiten Steuereinheit 60 bereitzustellen. Zu dem dritten Zeitpunkt erreicht oder unterschreitet ein Stromwert des Batteriestromes einen dem zweiten Batteriemodul 41 zugeordneten ersten Stromgrenzwert. Hierbei führt ein Erreichen oder Unterschreiten des ersten Stromgrenzwertes durch den Stromwert des Batteriestromes dazu, dass die Batteriespannung die Summe zwischen der an dem zweiten Batteriemodul 41 anliegende Spannung und dem Vorwärtsspannung der zweiten Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40 erreicht oder überschreitet. Die zweite Steuereinheit 60 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des fünften Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter 44 der zweiten Reihenschaltung 40 in einen nichtleitenden Zustand zu überführen.The control device 70 is further adapted to be discharged by the battery during discharge 20 to measure flowing electricity. The control device 70 is further adapted, during discharge, to a second battery module 41 assigned and occurring during the discharge third time a the second battery module 41 to generate associated fifth discharge signal and the second control unit 60 provide. At the third time point, a current value of the battery current reaches or falls below the second battery module 41 associated first current limit. In this case, reaching or falling below the first current limit value by the current value of the battery current means that the battery voltage is the sum between that at the second battery module 41 applied voltage and the forward voltage of the second diode 45 the second series connection 40 reached or exceeded. The second control unit 60 is configured to, in the presence of the fifth discharge signal, the second semiconductor switch 44 the second series connection 40 into a non-conductive state.

Zu dem dritten Zeitpunkt ist die an der Batterie 20 und dem Zwischenkreiskondensator 81 anliegende Batteriespannung größer oder gleich der Summe zwischen der an dem zweiten Batteriemodul 41 anliegende Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode 45 der zweiten Reihenschaltung 40. Wenn zu dem dritten Zeitpunkt der zweite Halbleiterschalter 44 der zweiten Reihenschaltung 40 durchgeschaltet bleiben würde, so könnte über das zweite Batteriemodul 40 ein Strom in Laderichtung fließen. Durch Sperren des zweiten Halbleiterschalters 44 der zweiten Reihenschaltung 40 zu dem dritten Zeitpunkt wird erreicht, dass über das zweite Batteriemodul 41 kein Strom in Laderichtung fließen kann.At the third time is the on the battery 20 and the DC link capacitor 81 applied battery voltage greater than or equal to the sum between the on the second battery module 41 applied voltage and the forward voltage of the second diode 45 the second series connection 40 , If, at the third time, the second semiconductor switch 44 the second series connection 40 could stay turned on, so could via the second battery module 40 a current flow in charging direction. By blocking the second semiconductor switch 44 the second series connection 40 At the third time it is achieved that via the second battery module 41 no current can flow in the charging direction.

Dadurch, dass während des Entladens zumindest die ersten Halbleiterschalter 32, 42 der Reihenschaltungen 30, 40 in einem linearen Betrieb betrieben werden, wird erreicht, dass während des Entladens ein Stromwert eines jeden über die Batteriemodule 31, 41 in Entladerichtung fließenden Strom begrenzt wird. Characterized in that during discharging at least the first semiconductor switch 32 . 42 the series connections 30 . 40 operated in a linear operation, it is achieved that during discharging, a current value of each across the battery modules 31 . 41 Current flowing in the discharge direction is limited.

Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer von dem Spannungsnetz 80 gesendeten zweiten Anforderung zum Beginnen einer durch ein Laden der Batterie 20 durchzuführenden Einspeisung von in dem Spannungsnetz 80 gespeicherter elektrischer Energie in die Batterie 20 ein erstes Ladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten 50, 60 bereitzustellen. Beispielsweise stellt die zweite Anforderung eine von dem Inverter 82 gesendete Energierückspeiseanforderung dar. Jede Steuereinheit 50, 60 ist dazu ausgebildet, beim Vorliegen des ersten Ladesignals den zweiten Halbleiterschalter 34, 44 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 jeweils in einem linearen Betrieb zu betreiben. Die Steuervorrichtung 70 ist insbesondere dazu ausgebildet, zu einem Beginn des Ladens ein zweites Ladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten 50, 60 bereitzustellen. Jede Steuereinheit 50, 60 ist insbesondere dazu ausgebildet, beim Vorliegen des zweiten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter 32, 42 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 in einen nicht leitenden Zustand zu überführen. The control device 70 is further adapted to be in the presence of one of the voltage network 80 sent second request to start one by charging the battery 20 to be performed feed of in the voltage network 80 stored electrical energy into the battery 20 to generate a first charging signal and the control units 50 . 60 provide. For example, the second request represents one from the inverter 82 sent energy recovery request. Each control unit 50 . 60 is configured to be in the presence of the first charging signal, the second Semiconductor switches 34 . 44 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 each operate in a linear mode. The control device 70 is in particular designed to generate a second charging signal at the beginning of charging and to the control units 50 . 60 provide. Every control unit 50 . 60 is in particular designed to be in the presence of the second charging signal, the first semiconductor switch 32 . 42 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 into a non-conductive state.

Die Energierückspeiseanforderung wird während eines Energierückspeisebeziehungsweise Rekuperationsmodus des Elektromotors 83 gesendet. Während des Energierückspeisemodus des Elektromotors 83 ist eine an der Batterie 20 und dem Zwischenkreiskondensator 81 anliegende Batteriespannung größer als die Leerlaufspannung jedes Batteriemoduls 31, 41. In einem solchen Fall wird bereits zu einem Beginn des Ladens jedes Batteriemoduls 31, 41 bereits aufgeladen.The energy recovery request is during an energy recovery or recuperation mode of the electric motor 83 Posted. During the energy recovery mode of the electric motor 83 is one on the battery 20 and the DC link capacitor 81 applied battery voltage greater than the open circuit voltage of each battery module 31 . 41 , In such a case, already at the beginning of charging each battery module 31 . 41 already charged.

Die Steuervorrichtung 70 ist ferner dazu ausgebildet, während des Ladens ein drittes Ladesignal zu erzeugen und den Steuereinheiten 50, 60 bereitzustellen. Jede Steuereinheit 60, 70 ist dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des dritten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter 32, 42 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben. The control device 70 is further configured to generate a third charging signal during charging and the control units 50 . 60 provide. Every control unit 60 . 70 is designed to, in the presence of the third charging signal, the first semiconductor switch 32 . 42 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 in a conductive state or to operate in a linear operation.

Durch Durchschalten der ersten Halbleiterschalter 32, 42 der Reihenschaltungen 30, 40 während des Ladens werden die von den ersten Diode 45 der Reihenschaltungen 30, 40 während des Ladens verursachten Verluste von elektrischer Energie reduziert.By switching the first semiconductor switch 32 . 42 the series connections 30 . 40 during charging, those from the first diode 45 the series connections 30 . 40 during charging caused losses of electrical energy.

Dadurch, dass während des Ladens zumindest die zweiten Halbleiterschalter 34, 44 der Reihenschaltungen 30, 40 in einem linearen Betrieb betrieben werden, wird erreicht, dass während des Ladens ein Stromwert eines jeden über die Batteriemodule 31, 41 in Laderichtung fließenden Strom begrenzt wird. Characterized in that during charging at least the second semiconductor switch 34 . 44 the series connections 30 . 40 operated in a linear mode, it is achieved that during charging, a current value of each via the battery modules 31 . 41 in charging direction flowing current is limited.

Jede Steuereinheit 50, 60 ist ferner dazu ausgebildet, den wenigstens einen Betriebsparameter des Batteriemoduls 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 während des Entladens und/oder Ladens zu messen. Jede Steuereinheit 50, 60 ist ferner dazu ausgebildet, während des Entladens und beim Vorliegen eines Parameterwertes des gemessenen wenigstens einen Betriebsparameters, der einen für das jeweilige Batteriemodul 31, 41 während des Entladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet, den ersten Halbleiterschalter 32, 42 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 in einen nicht leitenden Zustand zu überführen. Alternativ oder zusätzlich ist jede Steuereinheit 50, 60 dazu ausgebildet, während des Ladens und beim Vorliegen eines Parameterwertes des gemessenen wenigstens einen Betriebsparameters, der einen für das jeweilige Batteriemodul 31, 41 während des Ladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet, den zweiten Halbleiterschalter 34, 44 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 in einen nicht leitenden Zustand zu überführen. Every control unit 50 . 60 is further adapted to the at least one operating parameter of the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 during unloading and / or loading. Every control unit 50 . 60 is further configured, during the discharge and in the presence of a parameter value of the measured at least one operating parameter, the one for the respective battery module 31 . 41 reaches or exceeds the allowable parameter limit during discharge, the first semiconductor switch 32 . 42 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 into a non-conductive state. Alternatively or additionally, each control unit 50 . 60 formed during charging and in the presence of a parameter value of the measured at least one operating parameter, the one for the respective battery module 31 . 41 reaches or exceeds the permissible parameter limit during charging, the second semiconductor switch 34 . 44 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 into a non-conductive state.

Jede Steuereinheit 50, 60 ist insbesondere dazu ausgebildet, einen Ladezustand des Batteriemoduls 31, 41 der der jeweiligen Steuereinheit 50, 60 zugeordneten Reihenschaltung 30, 40 anhand der Leerlaufspannung des jeweiligen Batteriemoduls 31, 41 und einer Leerlaufspannungs-Ladezustand-Kennlinie des jeweiligen Batteriemoduls 31, 41 zu bestimmen und der Steuervorrichtung 70 bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 70 ist insbesondere dazu ausgebildet, anhand einer Auswertung der Ladezustände der Batteriemodule 31, 41 Steuersignale zum Steuern der ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter 32, 34, 42, 44 wenigstens einer der Reihenschaltungen 30, 40 zu erzeugen und der der wenigstens einen Reihenschaltung 30, 40 zugeordneten wenigstens einen Steuereinheit 50, 60 bereitzustellen. Anhand dieser Steuersignale kann beispielsweise ein gezieltes Entladen und/oder Laden des wenigstens einen Batteriemoduls 31, 41 der wenigstens einer Reihenschaltung 30, 40 erfolgen.Every control unit 50 . 60 is particularly adapted to a state of charge of the battery module 31 . 41 that of the respective control unit 50 . 60 associated series circuit 30 . 40 based on the no-load voltage of the respective battery module 31 . 41 and an open-circuit voltage state of charge characteristic of the respective battery module 31 . 41 to determine and the control device 70 provide. The control device 70 is in particular adapted to an evaluation of the charge states of the battery modules 31 . 41 Control signals for controlling the first and / or second semiconductor switches 32 . 34 . 42 . 44 at least one of the series circuits 30 . 40 and that of the at least one series circuit 30 . 40 associated with at least one control unit 50 . 60 provide. On the basis of these control signals, for example, a targeted discharging and / or charging of the at least one battery module 31 . 41 the at least one series circuit 30 . 40 respectively.

2 zeigt die Leerlaufspannungs-Ladezustand-Kennlinie K1 des ersten Batteriemoduls 31, die die Leerlaufspannung des ersten Batteriemoduls 31 in Abhängigkeit von dem Ladezustand des ersten Batteriemoduls 31 angibt. 2 zeigt ferner die Leerlaufspannungs-Ladezustand-Kennlinie K2 des zweiten Batteriemoduls 41, die die Leerlaufspannung des zweiten Batteriemoduls 41 in Abhängigkeit von dem Ladezustand des zweiten Batteriemoduls 41 angibt. In der 2 ist mit U eine Achse bezeichnet, die Werte angibt, die von den Leerlaufspannungen des ersten und zweiten Batteriemoduls 31, 41 angenommen werden können. In der 2 ist mit LZ eine Achse bezeichnet, die Werte angibt, die von den Ladezuständen des ersten und zweiten Batteriemoduls 31, 41 angenommen werden können. 2 shows the open-circuit voltage state of charge characteristic K1 of the first battery module 31 , which is the open circuit voltage of the first battery module 31 depending on the state of charge of the first battery module 31 indicates. 2 also shows the open-circuit voltage state of charge characteristic K2 of the second battery module 41 , which is the open circuit voltage of the second battery module 41 depending on the state of charge of the second battery module 41 indicates. In the 2 where U denotes an axis indicating values of the open circuit voltages of the first and second battery modules 31 . 41 can be accepted. In the 2 LZ denotes an axis indicating values of the charge states of the first and second battery modules 31 . 41 can be accepted.

Aus der 2 ist ersichtlich, dass die Ladezustände des ersten und zweiten Batteriemoduls 31, 41 jeweils Werte annehmen können, die zwischen 0 und 1 liegen. Aus der 2 ist ferner ersichtlich, dass für einen jeden sich von Null unterscheidenden Wert der Ladezustände des ersten und zweiten Batteriemoduls 31, 41 die Leerlaufspannung des ersten Batteriemoduls 31 großer als die Leerlaufspannung des zweiten Batteriemoduls 41 ist.From the 2 It can be seen that the charge states of the first and second battery module 31 . 41 can each assume values between 0 and 1 lie. From the 2 It can also be seen that for each non-zero value of the charge states of the first and second battery modules 31 . 41 the open circuit voltage of the first battery module 31 greater than the open circuit voltage of the second battery module 41 is.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 und 2 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 and 2 Referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2012/0243130 [0003] US 2012/0243130 [0003]

Claims (10)

Batteriesystem (10) zum Versorgen eines Spannungsnetzes (80) mit elektrischer Energie, wobei das Batteriesystem (10) eine Batterie (20) mit mehreren parallel zueinander geschalteten Reihenschaltungen (30, 40) umfasst, wobei eine jede der Reihenschaltungen (30, 40) ein Batteriemodul (31, 41), eine erste Parallelschaltung mit einem ersten Halbleiterschalter (32, 42) und einer ersten Diode (33, 43) und eine zweite Parallelschaltung mit einem zweiten Halbleiterschalter (34, 44) und einer zweiten Diode (35, 45) umfasst, wobei eine Durchlassrichtung der ersten Diode (33, 43) jeder Reihenschaltung (30, 40) mit einer Laderichtung der Batterie (20) und eine Durchlassrichtung der zweiten Diode (35, 45) jeder Reihenschaltung (30, 40) mit einer Entladerichtung der Batterie (20) übereinstimmt, gekennzeichnet durch: mehrere jeweils einer der Reihenschaltungen (30, 40) zugeordnete Steuereinheiten (50, 60) und eine Steuervorrichtung (70), die dazu ausgebildet ist, zum Beginnen eines Entladens der Batterie (20) ein erstes Entladesignal und/oder zum Beginnen eines Ladens der Batterie (20) ein erstes Ladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten (50, 60) bereitzustellen, wobei eine jede der Steuereinheiten (50, 60) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des ersten Entladesignals den ersten Halbleiterschalter (32, 42) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) und/oder beim Vorliegen des ersten Ladesignals den zweiten Halbleiterschalter (34, 44) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) jeweils in einem linearen Betrieb zu betreiben.Battery system ( 10 ) for supplying a voltage network ( 80 ) with electrical energy, the battery system ( 10 ) a battery ( 20 ) with a plurality of series circuits connected in parallel ( 30 . 40 ), wherein each of the series circuits ( 30 . 40 ) a battery module ( 31 . 41 ), a first parallel connection with a first semiconductor switch ( 32 . 42 ) and a first diode ( 33 . 43 ) and a second parallel connection with a second semiconductor switch ( 34 . 44 ) and a second diode ( 35 . 45 ), wherein a forward direction of the first diode ( 33 . 43 ) of each series connection ( 30 . 40 ) with a charging direction of the battery ( 20 ) and a forward direction of the second diode ( 35 . 45 ) of each series connection ( 30 . 40 ) with a discharge direction of the battery ( 20 ), characterized by: a plurality of each of the series circuits ( 30 . 40 ) associated control units ( 50 . 60 ) and a control device ( 70 ), which is adapted to begin discharging the battery ( 20 ) a first discharge signal and / or to begin charging the battery ( 20 ) generate a first charging signal respectively and the control units ( 50 . 60 ), each of the control units ( 50 . 60 ) is designed, in the presence of the first discharge signal, the first semiconductor switch ( 32 . 42 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) and / or in the presence of the first charging signal, the second semiconductor switch ( 34 . 44 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) operate in a linear operation. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen einer von dem Spannungsnetz (80) gesendeten erste Anforderung zum Beginnen einer durch das Entladen durchzuführenden Einspeisung von in der Batterie (20) gespeicherter elektrischer Energie in das Spannungsnetz (80) das erste Entladesignal und/oder beim Vorliegen einer von dem Spannungsnetz (80) gesendeten zweiten Anforderung zum Beginnen einer durch das Laden durchzuführenden Einspeisung von in dem Spannungsnetz (80) gespeicherter elektrischer Energie in die Batterie (20) das erste Entladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten (50, 60) bereitzustellen.Battery system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the control device ( 70 ) is designed, in the presence of one of the voltage network ( 80 ) first request for starting a feed to be performed by the discharging in the battery ( 20 ) stored electrical energy in the voltage network ( 80 ) the first discharge signal and / or in the presence of one of the voltage network ( 80 2) for starting a feed to be carried out by the charging in the voltage network ( 80 ) stored electrical energy in the battery ( 20 ) generate the first discharge signal respectively and the control units ( 50 . 60 ). Batteriesystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, zu einem Beginn des Entladens ein zweites Entladesignal und/oder zu einem Beginn des Ladens ein zweites Ladesignal und/oder während des Ladens ein drittes Ladesignal jeweils zu erzeugen und den Steuereinheiten (50, 60) bereitzustellen, wobei jede Steuereinheit (50, 60) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des zweiten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter (34, 44) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) und/oder beim Vorliegen des zweiten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter (32, 42) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) in einen nicht leitenden Zustand zu überführen und/oder beim Vorliegen des dritten Ladesignals den ersten Halbleiterschalter (32, 42) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.Battery system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 70 ) is designed to generate a second discharge signal at the beginning of the discharge and / or a second charge signal at the beginning of charging and / or during charging a third charge signal in each case and to the control units ( 50 . 60 ), each control unit ( 50 . 60 ) is designed, in the presence of the second discharge signal, the second semiconductor switch ( 34 . 44 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) and / or in the presence of the second charging signal, the first semiconductor switch ( 32 . 42 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) in a non-conductive state and / or in the presence of the third charging signal, the first semiconductor switch ( 32 . 42 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) in a conductive state or to operate in a linear operation. Batteriesystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinheit (50, 60) dazu ausgebildet ist, eine Leerlaufspannung des Batteriemoduls (31, 41) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) zu messen und der Steuervorrichtung (70) bereitzustellen, wobei die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, anhand einer Auswertung der Leerlaufspannungen der Batteriemodule (31, 41) der Reihenschaltungen (30, 40) ein erstes der Batteriemodule (31, 41), dessen Leerlaufspannung gleich einer größten der Leerlaufspannungen ist, und/oder ein jedes zweites der Batteriemodule (31, 41), dessen Leerlaufspannung kleiner als die größte Leerlaufspannung ist, zu identifizieren.Battery system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each control unit ( 50 . 60 ) is adapted to an open circuit voltage of the battery module ( 31 . 41 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) and the control device ( 70 ), the control device ( 70 ) is adapted, based on an evaluation of the open circuit voltages of the battery modules ( 31 . 41 ) of the series circuits ( 30 . 40 ) a first of the battery modules ( 31 . 41 ), whose open circuit voltage is equal to a maximum of the open circuit voltages, and / or every second one of the battery modules ( 31 . 41 ) whose open circuit voltage is less than the maximum open circuit voltage. Batteriesystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, zu einem zu einem Beginn des Entladens oder während des Entladens vorkommenden ersten Zeitpunkt ein drittes Entladesignal zu erzeugen und der der Reihenschaltung (30) mit dem ersten Batteriemodul (31) zugeordneten Steuereinheit (50) bereitzustellen, wobei die der Reihenschaltung (30) mit dem ersten Batteriemodul (31) zugeordnete Steuereinheit (50) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des dritten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter (34) der Reihenschaltung (30) mit dem ersten Batteriemodul (31) in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.Battery system ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the control device ( 70 ) is adapted to generate a third discharge signal at a first time occurring at the beginning of discharging or during discharging, and that of the series circuit ( 30 ) with the first battery module ( 31 ) associated control unit ( 50 ), wherein the series circuit ( 30 ) with the first battery module ( 31 ) associated control unit ( 50 ) is designed, in the presence of the third discharge signal, the second semiconductor switch ( 34 ) of the series connection ( 30 ) with the first battery module ( 31 ) in a conductive state or to operate in a linear operation. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinheit (50, 60) dazu ausgebildet ist, während des Entladens eine an dem Batteriemodul (31, 41) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) anliegende Spannung zu messen und die gemessene Spannung und eine Vorwärtsspannung der zweiten Diode (35, 45) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugordneten Reihenschaltung (30, 40) der Steuervorrichtung (70) bereitzustellen, wobei die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, während des Entladens eine an der Batterie (20) anliegende Batteriespannung zu messen und für jedes zweite Batteriemodul (41) eine dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordnete Summe zwischen der an dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) anliegenden Spannung und der Vorwärtsspannung der zweiten Diode (45) der Reihenschaltung (40) mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zu bestimmen und zu einem dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten und während des Entladens vorkommenden zweiten Zeitpunkt, zu dem die Batteriespannung die dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordnete Summe unterschreitet, für jedes zweite Batteriemodul (41) ein diesem zugeordnetes viertes Entladesignal zu erzeugen und der der Reihenschaltung (40) mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordnete Steuereinheit (60) bereitzustellen, wobei jede einer Reihenschaltung (40) mit einem zweiten der Batteriemodule (31, 41) zugeordnete Steuereinheit (60) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten vierten Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter (44) der Reihenschaltung (40) mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) in einen leitenden Zustand zu überführen oder in einem linearen Betrieb zu betreiben.Battery system ( 10 ) according to one of claims 4 or 5, characterized in that each control unit ( 50 . 60 ) is adapted, during unloading, to the battery module ( 31 . 41 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) and the measured voltage and a forward voltage of the second diode ( 35 . 45 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) of the control device ( 70 ), the control device ( 70 ) is adapted, during the discharge one on the battery ( 20 ), and for every second battery module ( 41 ) a the respective second battery module ( 41 ) associated sum between the at the respective second battery module ( 41 ) and the forward voltage of the second diode ( 45 ) of the series connection ( 40 ) with the respective second battery module ( 41 ) and to a respective second battery module ( 41 ) and occurring during discharging second time at which the battery voltage to the respective second battery module ( 41 ), for each second battery module ( 41 ) generate a fourth discharge signal associated therewith and that of the series circuit ( 40 ) with the respective second battery module ( 41 ) associated control unit ( 60 ), each of a series circuit ( 40 ) with a second of the battery modules ( 31 . 41 ) associated control unit ( 60 ) is designed, in the presence of the respective second battery module ( 41 ) associated fourth discharge signal, the second semiconductor switch ( 44 ) of the series connection ( 40 ) with the respective second battery module ( 41 ) in a conductive state or to operate in a linear operation. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (70) dazu ausgebildet ist, während des Entladens einen durch die Batterie (20) fließenden Batteriestrom zu messen und für jedes zweite Batteriemodul (41) zu einem dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten und während des Entladens vorkommenden dritten Zeitpunkt, zu dem ein Stromwert des Batteriestromes einen dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten ersten Stromgrenzwert erreicht oder unterschreitet, einen dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordnetes fünftes Entladesignal zu erzeugen und der der Reihenschaltung (40) mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten Steuereinheit (60) bereitzustellen, wobei jede einer Reihenschaltung (40) mit einem zweiten der Batteriemodule (31, 41) zugeordnete Steuereinheit (60) dazu ausgebildet ist, beim Vorliegen des dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) zugeordneten fünften Entladesignals den zweiten Halbleiterschalter (44) der Reihenschaltung (40) mit dem jeweiligen zweiten Batteriemodul (41) in einen nichtleitenden Zustand zu überführen.Battery system ( 10 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the control device ( 70 ) is designed, during the discharge one through the battery ( 20 ), and for every second battery module ( 41 ) to a respective second battery module ( 41 ) associated with and occurring during discharging, at which a current value of the battery current flows to a respective second battery module ( 41 ) reaches or falls below a respective second battery module ( 41 ) to generate associated fifth discharge signal and the series circuit ( 40 ) with the respective second battery module ( 41 ) associated control unit ( 60 ), each of a series circuit ( 40 ) with a second of the battery modules ( 31 . 41 ) associated control unit ( 60 ) is designed, in the presence of the respective second battery module ( 41 ) associated fifth discharge signal, the second semiconductor switch ( 44 ) of the series connection ( 40 ) with the respective second battery module ( 41 ) into a non-conductive state. Batteriesystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinheit (50, 60) dazu ausgebildet ist, während des Entladens und/oder Ladens wenigstens einen Betriebsparameter des Batteriemoduls (31, 41) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) zu messen, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter jedes Batteriemoduls (31, 41) einen durch das jeweilige Batteriemodul (31, 41) fließenden Strom und/oder eine an dem jeweiligen Batteriemodul (31, 41) anliegende Spannung und/oder eine Temperatur des jeweiligen Batteriemoduls (31, 41) umfasst.Battery system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each control unit ( 50 . 60 ) is designed, during the discharging and / or charging, at least one operating parameter of the battery module ( 31 . 41 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ), wherein the at least one operating parameter of each battery module ( 31 . 41 ) one through the respective battery module ( 31 . 41 ) flowing current and / or one at the respective battery module ( 31 . 41 ) voltage and / or a temperature of the respective battery module ( 31 . 41 ). Batteriesystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinheit (50, 60) dazu ausgebildet ist, während des Entladens und beim Vorliegen eines Parameterwertes des wenigstens einen Betriebsparameters des Batteriemoduls (31, 41) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40), der einen für das jeweilige Batteriemodul (31, 41) während des Entladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet, den ersten Halbleiterschalter (32, 42) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) und/oder während des Ladens und beim Vorliegen eines Parameterwertes des wenigstens einen Betriebsparameters des Batteriemoduls (31, 41) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40), der einen für das jeweilige Batteriemodul (31, 41) während des Ladens zulässigen Parametergrenzwert erreicht oder überschreitet, den zweiten Halbleiterschalter (34, 44) der der jeweiligen Steuereinheit (50, 60) zugeordneten Reihenschaltung (30, 40) jeweils in einen nichtleitenden Zustand zu überführen.Battery system ( 10 ) according to claim 8, characterized in that each control unit ( 50 . 60 ) is designed, during the discharge and in the presence of a parameter value of the at least one operating parameter of the battery module ( 31 . 41 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ), one for each battery module ( 31 . 41 ) reaches or exceeds the permissible parameter limit value during the discharge, the first semiconductor switch ( 32 . 42 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) and / or during charging and in the presence of a parameter value of the at least one operating parameter of the battery module ( 31 . 41 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ), one for each battery module ( 31 . 41 ) reaches or exceeds the permissible parameter limit during charging, the second semiconductor switch ( 34 . 44 ) of the respective control unit ( 50 . 60 ) associated series circuit ( 30 . 40 ) in each case in a non-conductive state. Verfahren zum Entladen und/oder Laden einer Batterie (20) eines Batteriesystems (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: Beginnen eines Entladens der Batterie (20) durch Betreiben des ersten Halbleiterschalters (32, 42) jeder Reihenschaltung (30, 40) in einem linearen Betrieb und/oder Beginnen eines Ladens der Batterie (20) durch Betreiben des zweiten Halbleiterschalters (34, 44) jeder Reihenschaltung (30, 40) in einem linearen Betrieb.Method for discharging and / or charging a battery ( 20 ) of a battery system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized by: starting a discharging of the battery ( 20 ) by operating the first semiconductor switch ( 32 . 42 ) of each series connection ( 30 . 40 ) in a linear operation and / or commencement of charging the battery ( 20 ) by operating the second semiconductor switch ( 34 . 44 ) of each series connection ( 30 . 40 ) in a linear operation.
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