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WO2011060821A1 - Angleichen elektrischer spannungen elektrischer speichereinheiten - Google Patents

Angleichen elektrischer spannungen elektrischer speichereinheiten Download PDF

Info

Publication number
WO2011060821A1
WO2011060821A1 PCT/EP2009/065475 EP2009065475W WO2011060821A1 WO 2011060821 A1 WO2011060821 A1 WO 2011060821A1 EP 2009065475 W EP2009065475 W EP 2009065475W WO 2011060821 A1 WO2011060821 A1 WO 2011060821A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
memory
line
electrical
switch
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/065475
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Butzmann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to KR1020127012628A priority Critical patent/KR20120117742A/ko
Priority to US13/509,157 priority patent/US20130009601A1/en
Priority to PCT/EP2009/065475 priority patent/WO2011060821A1/de
Priority to CN2009801625036A priority patent/CN102612793A/zh
Priority to JP2012539192A priority patent/JP5645950B2/ja
Priority to EP09756306A priority patent/EP2502321A1/de
Publication of WO2011060821A1 publication Critical patent/WO2011060821A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for equalizing the electrical voltages of at least two electrical storage units connected in series.
  • the invention relates to a corresponding electrical memory.
  • cell balancing Matching is referred to as "cell balancing.”
  • the individual memory units are discharged by external wiring measures so that they all have the same electrical voltage after the adjustment.It is known to perform so-called resistance balancing for this purpose
  • Each memory unit is associated with an ohmic resistor or resistor combination via switches
  • the memory units are discharged by means of the resistors until the memory units have the electrical voltage It is disadvantageous that energy stored in the electrical memory is converted into heat by the resistors and Thus, a possibility is needed in which an equalization of the electrical voltages of several storage units with each other is achieved with low energy loss and a substantial improvement in the E ffi ciency of an entire electrical storage system is brought about.
  • Storage unit is loaded, optionally only the other storage unit is loaded. This means that in the case of more than two storage units, one of the other storage units, several other storage units or all other storage units can be loaded from the spool. In this way, the information stored in the storage units is allowed
  • a charging of the coil is understood to mean that the coil is energized.
  • Charging the other storage unit is to be understood as meaning that the coil is de-energized and the other storage unit by the electrical energy available in this way is loaded further. Under the store is therefore not a complete charge of the entire electrical storage to understand, but a transport of electrical charge for the purpose of equalizing the electrical voltages between the storage units and the coil.
  • the two storage units are adjacent to one another.
  • adjacent to one another is meant that the memory units are connected directly in series with one another, wherein a positive pole of one of the memory units is connected to a negative pole of the other memory unit directly via a line.
  • the coil is charged by means of the higher-voltage storage unit.
  • a respective memory cell in particular battery cell, is used as memory units.
  • the coil is charged by closing at least one switch. The use of the switch allows targeted charging at least one coil. In this way, the method can be selectively applied to individual storage units, without always having to include all storage units in the process.
  • the coil charges the other storage unit by opening the switch.
  • the charging of the coil is terminated by opening the switch and the coil, by means of re-induction, ie de-excitation, makes available the energy stored in it.
  • the coil outputs the stored electrical energy which is picked up by the other storage unit being charged.
  • the combination of closing the switch for charging the coil and opening the switch for charging the other storage unit is advantageous, since both the charging of the coil and the loading of the storage unit can be brought about in succession in a simple manner by only two switching positions of the switch.
  • the other storage unit is charged by the coil via at least one diode. This is particularly advantageous if it exploits the effect that a current flow that flows into the coil during charging reverses and flows out of the coil to charge the storage unit in the reverse manner.
  • the coil is automatically connected to the memory unit to be loaded, the loading of the other memory unit being dependent on whether the coil is being charged or not being charged and whether the associated switch is actuated.
  • a plurality of charged storage units and a plurality of switches are used and that the charged coil charges by opening at least one corresponding switch, at least one memory unit associated with the switch.
  • the assignment of switches to individual memory units makes it possible, in a simple circuit engineering manner, starting from a memory unit, to match them with one or more other memory units. This can take place in particular in the form of a chain so that two memory units, one at the beginning and one at the end of the chain, can load only one adjacent memory unit via a coil and all further memory units can load either one or two adjacent memory units.
  • the invention further relates to an electrical memory having at least two series-connected electrical storage units and an electrical matching circuit, in particular for carrying out the method described above, wherein the matching circuit has at least one coil for charging by the storage unit and for loading the other storage units, wherein selectable only the other storage unit is loadable.
  • the matching circuit has at least one diode and / or at least one switch.
  • the switch is designed as a semiconductor switch, in particular transistor, thyristor or the like.
  • semiconductor elements make very simple automation possible.
  • electronic components such as integrated circuits.
  • the device according to the invention can be designed to save space and manufactured in an economical manner in this way.
  • each of the storage units is a storage cell, in particular a battery cell.
  • FIG. 2 shows the memory with the matching circuit from FIG. 1 in a first method step
  • FIG. 4 shows the memory with the matching circuit from FIG. 1 in a further, second method step.
  • FIG. 1 shows a detail of an electrical memory 201 with several memory units 202 connected in series.
  • the individual memory units 202 are embodied as memory cells 203.
  • the electric memory 201 is formed as a battery 204, whereby the memory cells 203 are formed as battery cells 205.
  • a first memory unit 206 is connected via a negative pole 206 'to a line 207, which leads to a node 208, which is connected by means of a line 209 to another node 210.
  • the node 210 is connected to the memory unit 212 by means of a line 21 1.
  • the second memory unit 212 has a positive pole 212 'and a negative pole 212 ", the positive pole 212' is connected to the line 21 1.
  • the negative pole 212" is connected via a line 213 with a node 214 to a line 215 that leads to a further node 216 leads.
  • a further line 217 extends to a third memory unit 218.
  • the memory unit 218 in turn has a positive pole 218 'and a negative pole 218 ", wherein the positive pole 218' is connected to the line 217.
  • Starting from the negative pole 218" runs a Line 219 to a node 220.
  • the first memory unit 206 also has a positive pole 206 ', which is connected via a line 221 to a node 222.
  • Lines 223 is indicated.
  • an equalization circuit 224 which, by way of a line 225, communicates with the node 222, with the line 226 with the node 208, with the line 227 with the node 210, with the line 228 with the node 214 the line 229 to the node 216 and the line 230 to the node 220 is electrically connected.
  • the matching circuit 224 is shown in fragmentary form in FIG. 1 and has coils 231, diodes 232 and switches 233.
  • the equalization circuit 224 is formed such that each memory unit 202 is associated with a coil 231. Furthermore, two switches 233 and two diodes 232 are assigned to it.
  • the line 225 terminates in a node 234 which extends via a line 235 to a first switch 236.
  • a line 237 extends to a node 238, which is connected to a first coil 239.
  • the coil 239 is connected to a further node 240, which is connected via a line 241 to a second switch 242, which in turn is connected to the line 226.
  • another line 243 extends to a first diode 244 which is connected on its other side to the dashed line 245, which indicates that the matching circuit 224 can be logically continued at this point.
  • the direction of flow of the diode 244 is aligned from the line 243 to the line 245.
  • a line 246 extends to a second diode 247, which via a line 248 with a node
  • the diode 247 is aligned in such a way that its direction of flow extends from the line 248 to the line 246.
  • the line 227 terminates in a node 254 which extends via a line 255 to a third switch 256. Starting from the switch 256, a line 257 extends to a node 258, which is connected to a second coil 259.
  • the coil 259 is connected to another node 260, which is connected via a line 241 to a fourth switch 262, which in turn is connected to the line 253 to the node 249.
  • a further line 263 extends to a third diode 264, which is connected on its other side to a line 265 which extends to the node 234.
  • the direction of flow of the diode 264 is from the line 263 to the line 265th aligned.
  • a line 266 extends to a fourth diode 267, which is connected via a line 268 to a node 269, which leads to the line 230.
  • the diode 267 is aligned in such a way that its direction of flow extends from the line 268 to the line 266.
  • the line 229 terminates at a node 274, which via a line 275 to a fifth
  • Switch 276 runs. Starting from the switch 276, a line 277 extends to a node 278, which is connected to a third coil 279. The coil 279 is connected to a further node 280, which is connected via a line 281 to a sixth switch 282, which in turn is connected to the line 273, which leads to the node 269. Starting from the node 280, a further line 283 extends to a fifth diode 284, which is connected on its other side to a line 285 which extends to the node 254. The flow direction of the diode 284 is aligned from the line 283 to the line 285.
  • a line 286 extends to a sixth diode 287, which can be continued via a dashed line 288.
  • the diode 287 is aligned in such a way that its direction of flow extends from the line 288 to the line 286.
  • For the continuation of the matching circuit 224 is additionally taken into account a line which is connected to the line 226 and a line which is connected to the node 274.
  • the matching circuit 224 is assigned to a control unit, not shown, and the switches 233 are formed as semiconductor switches 291 in the form of transistors 292.
  • FIG. 2 shows the electrical memory 201 from FIG. 1 and the matching circuit
  • the memory unit 212 has a higher voltage than the other memory units 206 and / or 218; moreover, the switch 256 and the switch 262 are closed for a first method step, so that a circuit 295 is formed.
  • the circuit 245 is shown in bold in FIG. 2 and provided with directional arrows 296.
  • the circuit 295 starts with the second memory unit 212 and extends from the positive pole 212 'via the lines 21 1, 227, 255 and 257 to the second coil 295.
  • the second coil 259 is energized and the circuit 295 continues to proceed from the second coil 259 the lines 261, 253, 228 and 213 to the negative pole 1 12 ".
  • FIG. 3 shows the electrical memory 201 and the matching circuit 224 from FIG. 1 with all their features.
  • the switch 256 is closed and the second coil 259 is energized for a second method step. Since the coil 259 is no longer excited, there is a circuit 297 over which the second coil 259 can de-energize by charging the electrical storage unit 206.
  • the circuit 297 is shown in bold in FIG. 3 and provided with directional arrows 296.
  • the circuit 297 proceeds from the second coil 259 via the line 263 to the third diode 264 and from the third diode 264 via the lines 265, 225 and 221 to the positive pole 206 'of the first memory unit 206.
  • the circuit 297 closes via the lines 207, 209, 227, 256 and 258 back to the second coil 259th
  • FIG. 4 shows the electrical memory 201 and the matching circuit 224 of FIG. 1 with all their features.
  • the fourth switch 262 is closed and the second coil 259 is energized for a further, second method step. Due to the de-energizing of the second coil 259, a circuit 298 results which allows the coil 259 to be deenergized, in which the coil 259 charges the third memory unit 218.
  • the circuit 298 is shown in bold in FIG. 4 and provided with directional arrows 296. Thus, the circuit 298 proceeds from the second coil
  • FIGS. 2 to 4 describe the possibility of loading either the first memory unit 239 or the third memory unit 279 with electrical charge from the second memory unit 259. This process is very energy efficient, since no electrical consumers need to be used, but charges are transferred within the storage units 202. Furthermore, it is conceivable that both switches 256 and 262 remain closed and, after a saturation of the coil 259, simultaneously charge the two storage units 206 and 218 adjacent to the storage unit 212. To support this approach additional switches in the lines 227 and 228 are conceivable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angleichen der elektrischen Spannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, elektrischen Speichereinheiten (202, 206, 212, 218). Es ist vorgesehen, dass mittels der einen Speichereinheit (202, 212) eine Spule (231, 259) geladen wird und dass mit der Energie der geladenen Spule (231, 259) die andere Speichereinheit (202, 206, 218) geladen wird, wobei wahlweise nur die andere Speichereinheit (202, 206, 218) geladen wird. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden elektrischen Speicher (201).

Description

Beschreibung
Titel
Angleichen elektrischer Spannungen elektrischer Speichereinheiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Angleichen der elektrischen Spannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, elektrischen Speichereinheiten.
Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden elektrischen Speicher.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen wie bei Windkraftanlagen als auch in instationären Anwendungen wie bei Fahrzeugen, beispielsweise bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund für diese hohen Anforderungen ist, dass ein Ausfall der Batteriesysteme zu einem Ausfall eines die Anwendung betreffenden Gesamtsystems oder zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Als Beispiel für einen Ausfall ist ein Elektrofahrzeug denkbar, das bei dem Ausfall seiner Traktionsbatterie zu einem sogenannten„Liegenbleiber" wird, da es nicht mehr in der Lage ist, sich weiter fortzubewegen. Als Beispiel für ein sicherheitsrelevantes Problem ist eine Windkraftanlage denkbar, in der elektrische Speicher eingesetzt werden, um bei starkem Wind die Anlage durch eine Rotorblattverstellung vor unzulässigen Betriebszuständen zu schützen. Ein Ausfall dieser elektrischen Speicher kann dann zu sicherheitsrelevanten Problemen führen.
Bei einem Einsatz vieler einzelner in Reihe geschalteter Speichereinheiten, wie beispielsweise Batteriezellen, liegt nicht automatisch eine Gleichheit der einzelnen Speichereinheiten vor. Insbesondere über die Lebensdauer der Speichereinheiten führt dies ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu ungleichen elektrischen Spannungen der einzelnen Speichereinheiten untereinander. Insbesondere bei Lithium-Ionen- Batterien führt ein Überladen oder ein Tiefentladen einzelner Speichereinheiten zu irre- versiblen Schäden. Ein derartiges Überladen oder Tiefentladen kann daraus resultieren, dass ein Batteriemanagementsystem einen Lade- oder Entladevorgang anhand einer der Speichereinheiten regelt, die nicht repräsentativ für alle Speichereinheiten ist. Aus diesem Grund muss in regelmäßigen Zeitabständen ein Angleichen der elektri- sehen Spannungen der elektrischen Speichereinheiten untereinander erfolgen. Dieses
Angleichen wird als„Zell-Balancing" bezeichnet. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Speichereinheiten durch externe Beschaltungsmaßnahmen so entladen, dass sie nach dem Angleichen alle die gleiche elektrische Spannung aufweisen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck ein sogenanntes Widerstandsbalancing durchzuführen. Zu diesem Zweck ist jeder Speichereinheit ein Ohmscher Widerstand oder eine Widerstandskombination über Schalter zugeordnet. Die Speichereinheiten werden solange mittels der Widerstände entladen, bis die Speichereinheiten die elektrische Spannung aufweisen. Es ist dabei von Nachteil, dass in dem elektrischen Speicher gespeicherte Energie durch die Widerstände in Wärme umgewandelt und ungenutzt abgeführt wird, um den gewünschten Ladungsausgleich zu erreichen. Somit wird eine Möglichkeit benötigt, bei der ein Angleichen der elektrischen Spannungen mehrerer Speichereinheiten untereinander mit geringem Energieverlust erreicht wird und eine wesentliche Verbesserung der Effi- zienz eines gesamten elektrischen Speichersystems herbeigeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels der einen Speichereinheit eine
Spule geladen wird und dass mit der Energie der geladenen Spule die andere
Speichereinheit geladen wird, wobei wahlweise nur die andere Speichereinheit geladen wird. Das bedeutet, dass im Falle von mehr als zwei Speichereinheiten von der Spule eine der anderen Speichereinheiten, mehrere andere Speichereinheiten oder alle anderen Speichereinheiten geladen werden können. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die in den Speichereinheiten gespeicherte
Energie nicht nur in Wärme umgewandelt, sondern von der einen Speichereinheit zu der anderen Speichereinheit umgeladen wird, sodass die elektrischen Spannungen der Speichereinheiten untereinander angeglichen werden. Dabei wird unter einem Laden der Spule verstanden, dass die Spule erregt wird. Ein Laden der anderen Speichereinheit ist so zu verstehen, dass die Spule entregt und durch die auf diese Weise verfügbare elektrische Energie die andere Speichereinheit weiter geladen wird. Unter dem Laden ist also nicht ein vollständiges Aufladen des gesamten elektrischen Speichers zu verstehen, sondern ein Transport von elektrischer Ladung zum Zwecke des Angleichens der elektrischen Spannungen zwischen den Speichereinheiten und der Spule.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die beiden Speichereinheiten benachbart zueinander liegen. Unter einem benachbarten Zueinander- liegen wird verstanden, dass die Speichereinheiten direkt in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei ein Pluspol einer der Speichereinheiten mit einem Minuspol der anderen Speichereinheit direkt über eine Leitung verbunden ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der die höhere Spannung aufweisenden Speichereinheit die Spule geladen wird. Durch dieses Vorgehen kann eine Annäherung der Spannungen von der einen und der anderen Spei- chereinheit zueinander erreicht werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Speichereinheiten jeweils eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle, verwendet wird. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spule durch Schließen mindestens eines Schalters aufgeladen wird. Die Verwendung des Schalters ermöglicht das gezielte Laden mindestens einer Spule. Auf diese Weise kann gezielt das Verfahren auf einzelne Speichereinheiten angewendet werden, ohne dass stets sämtliche Speichereinheiten in das Verfahren einbezogen werden müssen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spule durch Öffnen des Schalters die andere Speichereinheit auflädt. Durch entsprechende Verschaltung besteht die Möglichkeit, dass durch Öffnen des Schalters das Laden der Spule beendet wird und die Spule durch Rückinduktion, also Entregung, die in ihr gespeicherte Ener- gie zur Verfügung stellt. In diesem Fall gibt die Spule die gespeicherte elektrische E- nergie ab, welche von der anderen Speichereinheit die geladen wird aufgenommen wird. Vorteilhaft hierbei ist insbesondere die Kombination aus Schließen des Schalters zum Laden der Spule und Öffnen des Schalters zum Laden der anderen Speichereinheit, da durch nur zwei Schaltstellungen des Schalters sowohl das Laden der Spule als auch das Laden der Speichereinheit in einfacher Weise nacheinander herbeigeführt werden kann. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die andere Speichereinheit von der Spule über mindestens eine Diode aufgeladen wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dadurch der Effekt ausgenutzt wird, dass sich ein Stromfluss der beim Laden in die Spule hineinfließt umkehrt und zum Laden der Speichereinheit in umgekehrter Weise aus der Spule wieder herausfließt. Somit wird die Spule automatisch mit der zu ladenden Speichereinheit verbunden, wobei das Laden der anderen Speichereinheit davon abhängig ist, ob die Spule geladen wird oder nicht geladen wird und ob der zugeordnete Schalter betätigt ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere aufgeladene Speichereinheiten und mehrere Schalter verwendet werden und dass die aufgeladene Spule durch ein Öffnen mindestens eines entsprechenden Schalters, mindestens eine dem Schalter zugeordnete Speichereinheit auflädt. Die Zuordnung von Schaltern zu einzelnen Speichereinheiten ermöglicht es, auf einfache schaltungstechnische Weise, ausgehend von einer Speichereinheit, diese mit einer oder mehreren anderen Speichereinheiten anzugleichen. Dies kann insbesondere in Form einer Kette erfolgen, sodass zwei Speichereinheiten, eine zu Beginn und eine zum Abschluss der Kette, jeweils nur eine benachbarte Speichereinheit über eine Spule laden können und alle weiteren Speichereinheiten jeweils wahlweise eine oder zwei benachbarte Speichereinheiten laden können.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Speicher mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, elektrischen Speichereinheiten und einer elektrischen Angleichschaltung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Angleichschaltung mindestens eine Spule zum Aufladen durch die Speichereinheit und zum Laden der anderen Speichereinheiten aufweist, wobei wählbar nur die andere Speichereinheit ladbar ist.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Speichers ist vorgesehen, dass die Angleichschaltung mindestens eine Diode und/oder mindestens einen Schalter aufweist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schalter als Halbleiterschalter, insbesondere Transistor, Thyristor oder dergleichen ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Halbleiterelementen wird eine sehr einfache Automatisierung mit- tels elektronischer Komponenten, wie beispielsweise integrierten Schaltkreisen, ermöglicht. Zudem kann auf diese Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung platzsparend ausgeführt und auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Speichereinheiten eine Speicherzelle, insbesondere Batteriezelle, ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:
Figur 1 einen elektrischen Speicher mit einer Angleichschaltung,
Figur 2 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der Figur 1 in einem ersten Verfahrensschritt,
Figur 3 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der Figur 1 in einem zweiten Verfahrensschritt und
Figur 4 den Speicher mit der Angleichschaltung aus der Figur 1 in einem weiteren, zweiten Verfahrensschritt.
Die Figur 1 zeigt ausschnittsweise einen elektrischen Speicher 201 mit mehreren in Reihe geschalteten Speichereinheiten 202. Die einzelnen Speichereinheiten 202 sind als Speicherzellen 203 ausgeführt. Der elektrische Speicher 201 ist als Batterie 204 ausgebildet, wodurch die Speicherzellen 203 als Batteriezellen 205 ausgebildet sind. Eine erste Speichereinheit 206 ist über einen Minuspol 206' mit einer Leitung 207 verbunden, die zu einem Knotenpunkt 208 führt, welcher mittels einer Leitung 209 an einen weiteren Knotenpunkt 210 angeschlossen ist. Der Knotenpunkt 210 ist mittels einer Leitung 21 1 mit der Speichereinheit 212 verbunden. Die zweite Speichereinheit 212 weist einen Pluspol 212' und einen Minuspol 212" auf. Der Pluspol 212' ist mit der Leitung 21 1 verbunden. Der Minuspol 212" ist über eine Leitung 213 mit einem Knotenpunkt 214 an eine Leitung 215 angeschlossen, die zu einem weiteren Knotenpunkt 216 führt. Ausgehend vom Knotenpunkt 216 verläuft eine weitere Leitung 217 zu einer dritten Speichereinheit 218. Die Speichereinheit 218 weist ihrerseits einen Pluspol 218' und einen Minuspol 218" auf, wobei der Pluspol 218' mit der Leitung 217 verbunden ist. Ausgehend vom Minuspol 218" verläuft eine Leitung 219 zu einem Knotenpunkt 220. Die erste Speichereinheit 206 besitzt zudem einen Pluspol 206', der über eine Leitung 221 mit einem Knotenpunkt 222 verbunden ist. Somit ergibt sich eine Reihenschaltung benachbarter Speicherzellen 203 zwischen den Knotenpunkten 220 und 222, welche keine abschließenden Knotenpunkte 220 und 222 sind, sondern in der dargestellten Weise logisch fortgeführt werden können, was mittels der gestrichelten
Leitungen 223 angedeutet ist. Dem elektrischen Speicher 201 ist eine Angleichschal- tung 224 zugeordnet, die mittels einer Leitung 225 mit dem Knotenpunkt 222, mit der Leitung 226 mit dem Knotenpunkt 208, mit der Leitung 227 mit dem Knotenpunkt 210, mit der Leitung 228 mit dem Knotenpunkt 214, mit der Leitung 229 mit dem Knoten- punkt 216 und mit der Leitung 230 mit dem Knotenpunkt 220 elektrisch verbunden ist.
Die Angleichschaltung 224 ist in der Figur 1 ausschnittsweise dargestellt und weist Spulen 231 , Dioden 232 und Schalter 233 auf. Die Angleichschaltung 224 ist derart gebildet, dass jeder Speichereinheit 202 eine Spule 231 zugeordnet ist. Ferner sind ihr zwei Schalter 233 und zwei Dioden 232 zugeordnet. Die Leitung 225 endet in einem Knotenpunkt 234, welcher über eine Leitung 235 zu einem ersten Schalter 236 verläuft.
Ausgehend vom Schalter 236 verläuft eine Leitung 237 zu einem Knotenpunkt 238, welcher mit einer ersten Spule 239 verbunden ist. Die Spule 239 ist an einen weiteren Knotenpunkt 240 angeschlossen, welcher über eine Leitung 241 mit einem zweiten Schalter 242 verbunden ist, welcher seinerseits mit der Leitung 226 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 240 verläuft eine weitere Leitung 243 zu einer ersten Diode 244, welche auf ihrer anderen Seite mit der gestrichelten Leitung 245 verbunden ist, die andeutet, dass die Angleichschaltung 224 an dieser Stelle logisch fortgeführt werden kann. Die Durchflussrichtung der Diode 244 ist dabei von der Leitung 243 zu der Leitung 245 ausgerichtet. Ausgehend vom Knotenpunkt 238 verläuft eine Leitung 246 zu einer zweiten Diode 247, welche über eine Leitung 248 mit einem Knotenpunkt
249 verbunden ist, der zu der Leitung 228 führt. Die Diode 247 ist dabei derart ausgerichtet, dass ihre Durchflussrichtung von der Leitung 248 zu der Leitung 246 verläuft. Die Leitung 227 endet in einem Knotenpunkt 254, welcher über eine Leitung 255 zu einem dritten Schalter 256 verläuft. Ausgehend vom Schalter 256 verläuft eine Leitung 257 zu einem Knotenpunkt 258, welcher mit einer zweiten Spule 259 verbunden ist.
Die Spule 259 ist an einen weiteren Knotenpunkt 260 angeschlossen, welcher über eine Leitung 241 mit einem vierten Schalter 262 verbunden ist, welcher seinerseits mit der Leitung 253 zu dem Knotenpunkt 249 verbunden ist. Ausgehend vom Knotenpunkt 260 verläuft eine weitere Leitung 263 zu einer dritten Diode 264, welche auf ihrer ande- ren Seite mit einer Leitung 265 verbunden ist, die zum Knotenpunkt 234 verläuft. Die
Durchflussrichtung der Diode 264 ist dabei von der Leitung 263 zu der Leitung 265 ausgerichtet. Ausgehend vom Knotenpunkt 258 verläuft eine Leitung 266 zu einer vierten Diode 267, welche über eine Leitung 268 mit einem Knotenpunkt 269 verbunden ist, der zu der Leitung 230 führt. Die Diode 267 ist dabei derart ausgerichtet, dass ihre Durchflussrichtung von der Leitung 268 zu der Leitung 266 verläuft. Die Leitung 229 endet in einem Knotenpunkt 274, welcher über eine Leitung 275 zu einem fünften
Schalter 276 verläuft. Ausgehend vom Schalter 276 verläuft eine Leitung 277 zu einem Knotenpunkt 278, welcher mit einer dritten Spule 279 verbunden ist. Die Spule 279 ist an einen weiteren Knotenpunkt 280 angeschlossen, welcher über eine Leitung 281 mit einem sechsten Schalter 282 verbunden ist, welcher seinerseits mit der Leitung 273 verbunden ist, die zum Knotenpunkt 269 führt. Ausgehend vom Knotenpunkt 280 verläuft eine weitere Leitung 283 zu einer fünften Diode 284, welche auf ihrer anderen Seite mit einer Leitung 285 verbunden ist, die zum Knotenpunkt 254 verläuft. Die Durchflussrichtung der Diode 284 ist dabei von der Leitung 283 zu der Leitung 285 ausgerichtet. Ausgehend vom Knotenpunkt 278 verläuft eine Leitung 286 zu einer sechsten Diode 287, welche über eine gestrichelte Leitung 288 fortgeführt werden kann. Die Diode 287 ist dabei derart ausgerichtet, dass ihre Durchflussrichtung von der Leitung 288 zu der Leitung 286 verläuft. Für die Weiterführung der Angleichschaltung 224 ist zusätzlich eine Leitung zu berücksichtigen, die mit der Leitung 226 verbunden ist und eine Leitung die mit dem Knotenpunkt 274 verbunden ist. Diese beiden zusätz- liehen Leitungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur 1 nicht dargestellt.
Es ist ferner vorgesehen, dass die Angleichschaltung 224 einer nicht dargestellten Steuereinheit zugeordnet ist und die Schalter 233 als Halbleiterschalter 291 in Form von Transistoren 292 ausgebildet sind. Die Figur 2 zeigt den elektrischen Speicher 201 aus Figur 1 und die Angleichschaltung
224 aus Figur 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zur Figur 1 weist die Speichereinheit 212 eine höhere Spannung auf als die anderen Speichereinheiten 206 und/oder 218, zudem sind der Schalter 256 und der Schalter 262 für einen ersten Verfahrensschritt geschlossen, sodass sich ein Stromkreis 295 bildet. Der Stromkreis 245 ist in Figur 2 fett dargestellt und mit Stromrichtungspfeilen 296 versehen. Der Stromkreis 295 beginnt mit der zweiten Speichereinheit 212 und verläuft vom Pluspol 212' über die Leitungen 21 1 , 227, 255 und 257 zur zweiten Spule 295. Die zweite Spule 259 wird erregt und der Stromkreis 295 verläuft weiter ausgehend von der zweiten Spule 259 über die Leitungen 261 , 253, 228 und 213 zum Minuspols 1 12". Es ist vorgesehen, auf diese Weise die zweite Spule 259 mittels der zweiten Speichereinheit 212 zu erregen, wenn die zweite Speichereinheit 212 eine höhere Ladung und somit eine höhere Spannung aufweist als die anderen Speichereinheiten 206 und 218. Nach einer bestimmten Zeit oder nach Überschreiten eines bestimmten Stromniveaus über eine bestimmte Zeit ist vorgesehen, einen der Schalter 256 oder 262 zu öffnen. Durch Öffnen einer der beiden Schalter 256 oder 262 entstehen jeweils unterschiedliche neue Stromkreise, die in den folgenden Figuren erklärt werden.
Die Figur 3 zeigt den elektrischen Speicher 201 sowie die Angleichschaltung 224 aus Figur 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zur Figur 1 ist der Schalter 256 geschlossen und die zweite Spule 259 für einen zweiten Verfahrensschritt erregt. Da die Spule 259 nicht weiter erregt wird, ergibt sich ein Stromkreis 297, über welchen sich die zweite Spule 259 entregen kann, indem sie die elektrische Speichereinheit 206 lädt. Der Stromkreis 297 ist in Figur 3 fett dargestellt und mit Stromrichtungspfeilen 296 versehen. Somit verläuft der Stromkreis 297 ausgehend von der zweiten Spule 259 über die Leitung 263 zur dritten Diode 264 und von der dritten Diode 264 über die Lei- tungen 265, 225 und 221 zum Pluspol 206' der ersten Speichereinheit 206. Ausgehend vom Minuspol 206" der ersten Speichereinheit 206, schließt sich der Stromkreis 297 über die Leitungen 207, 209, 227, 256 und 258 zurück zur zweiten Spule 259.
Die Figur 4 zeigt den elektrischen Speicher 201 sowie die Angleichschaltung 224 der Figur 1 mit all ihren Merkmalen. Im Unterschied zur Figur 1 ist der vierte Schalter 262 geschlossen und die zweite Spule 259 für einen weiteren, zweiten Verfahrensschritt erregt. Aufgrund der Entregung der zweiten Spule 259 ergibt sich ein Stromkreis 298, der ein Entregen der Spule 259 ermöglicht, in dem die Spule 259 die dritte Speichereinheit 218 lädt. Der Stromkreis 298 ist in Figur 4 fett dargestellt und mit Stromrichtungspfeilen 296 versehen. Somit verläuft der Stromkreis 298 ausgehend von der zweiten Spule
259 über die Leitungen 261 , 253, 228, 215 und 217 zu der dritten Speichereinheit 218. Ausgehend von der dritten Speichereinheit 218 verläuft der Stromkreis 298 weiter über die Leitungen 219, 230 und 268 zur vierten Diode 267. Ausgehend von der Diode 267 wird der Stromkreis 298 mittels der Leitung 266 zur Spule 259 geschlossen.
Die dargestellten Verfahrensschritte der Figuren 2 bis 4 beschreiben die Möglichkeit, entweder die erste Speichereinheit 239 oder die dritte Speichereinheit 279 mit elektrischer Ladung aus der zweiten Speichereinheit 259 zu laden. Dieser Vorgang ist sehr energieeffizient, da keine elektrischen Verbraucher eingesetzt werden müssen, son- dem Ladungen innerhalb der Speichereinheiten 202 umgeladen werden. Ferner ist es denkbar, dass beide Schalter 256 und 262 geschlossen bleiben und nach einer Sättigung der Spule 259 die beiden zu der Speichereinheit 212 benachbarten Speichereinheiten 206 und 218 gleichzeitig auflädt. Zur Unterstützung dieses Vorgehens sind zusätzliche Schalter in den Leitungen 227 und 228 denkbar.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Angleichen der elektrischen Spannungen von mindestens zwei in Reihe geschalteten, elektrischen Speichereinheiten (202,206,212,218), dadurch gekennzeichnet, dass mittels der einen Speichereinheit (202,212) eine Spule (231 ,259) geladen wird und dass mit der Energie der geladenen Spule
(231 ,259) die andere Speichereinheit (202,206,218) geladen wird, wobei wahlweise nur die andere Speichereinheit (202,206,218) geladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speichereinheiten (202,206,212,218) benachbart zueinander liegen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der die höhere Spannung aufweisenden Speichereinheit (202,212) die Spule (231 ,259) geladen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichereinheiten (202,206,212,218) jeweils eine Speicherzelle (203), insbesondere Batteriezelle (205), verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (231 ,259) durch Schließen mindestens eines Schalters (233,256,262) aufgeladen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (231 ,259) durch Öffnen des Schalters (233,256,262) die andere Speichereinheit (202,206,218) auflädt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Speichereinheit (202,206,218) von der Spule (231 ,259) über mindestens eine Diode (232,247,267) aufgeladen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufgeladene Speichereinheiten (202,206,212,218) und mehrere Schalter (233,236,242,256,262,276,282) verwendet werden und dass die aufgeladene Spule (231 ,259) durch ein Öffnen mindestens eines entsprechenden Schalters (233,256,262), mindestens eine dem Schalter (233,256,262) zugeordnete Speichereinheit (202,206,218) auflädt.
9. Elektrischer Speicher (201 ) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten, e- lektrischen Speichereinheiten (202,206,212,218) und einer elektrischen An- gleichschaltung (224) insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichschaltung (224) mindestens eine Spule (231 259) zum Aufladen durch die eine Speichereinheit (202,212) und zum Laden der anderen Speichereinheit (202,206,218) aufweist, wobei wählbar nur die andere Speichereinheit (202,206,218) ladbar ist.
10. Speicher (201 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichschaltung (224) mindestens eine Diode (232) und/oder mindestens einen Schalter (233) aufweist.
1 1 . Speicher (201 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (233) als Halbleiterschalter (291 ), insbesondere Transistor (292), Thyristor oder dergleichen, ausgebildet ist.
12. Speicher (201 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speichereinheiten (202) eine Speicherzelle (203), insbesondere Batteriezelle (205), ist.
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