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DE102012201332A1 - Method for charge equalization of battery elements, battery system and motor vehicle with such a battery system - Google Patents

Method for charge equalization of battery elements, battery system and motor vehicle with such a battery system Download PDF

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DE102012201332A1
DE102012201332A1 DE102012201332A DE102012201332A DE102012201332A1 DE 102012201332 A1 DE102012201332 A1 DE 102012201332A1 DE 102012201332 A DE102012201332 A DE 102012201332A DE 102012201332 A DE102012201332 A DE 102012201332A DE 102012201332 A1 DE102012201332 A1 DE 102012201332A1
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battery
battery elements
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Application number
DE102012201332A
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German (de)
Inventor
Stefan Butzmann
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Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Samsung SDI Co Ltd filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN201380007066.7A priority patent/CN104081621B/en
Priority to PCT/EP2013/051080 priority patent/WO2013113585A2/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ladungsausgleich von Batterieelementen, ein Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem, welche insbesondere einsetzbar sind, um Batteriesysteme zu konfigurieren, bei denen ein vorgegebenes Verhältnis von technischer Performance, die durch einen aktiven Ladungsausgleich zwischen den Zellen des Batteriesystems realisiert wird, und entstehenden Kosten, die durch Einsatz von Verfahren zum passiven Ladungsausgleich reduziert werden, eingehalten wird. Hierfür wird Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen mindestens vier in Reihe geschalteten Batterieelementen (Z1, Z2, Z3, Z4) vorgeschlagen. Demgemäß wird zumindest ein Teil der mindestens vier Batterieelemente (Z1, Z2, Z3, Z4) in mindestens zwei Gruppen (M1, M2) von jeweils mindestens zwei Batterieelementen (Z1, Z2), (Z3, Z4) gruppiert. Zwischen den Batterieelementen innerhalb einer Gruppe wird ein passiver Ladungsausgleich und zwischen zumindest einem Teil der Gruppen (M1, M2) wird ein aktiver Ladungsausgleich durchgeführt.The present invention relates to a method for charge balance of battery elements, a battery system and motor vehicle with such a battery system, which are particularly applicable to configure battery systems in which a predetermined ratio of technical performance realized by an active charge balance between the cells of the battery system and costs incurred by using passive charge balancing techniques. For this purpose, methods for charge equalization between at least four series-connected battery elements (Z1, Z2, Z3, Z4) are proposed. Accordingly, at least a part of the at least four battery elements (Z1, Z2, Z3, Z4) is grouped into at least two groups (M1, M2) of at least two battery elements (Z1, Z2), (Z3, Z4). Between the battery elements within a group is a passive charge balance and between at least part of the groups (M1, M2), an active charge equalization is performed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ladungsausgleich von Batterieelementen, ein Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem, welche insbesondere einsetzbar sind, um Batteriesysteme zu konfigurieren, bei denen ein vorgegebenes Verhältnis von technischer Performance, die durch einen aktiven Ladungsausgleich zwischen den Zellen des Batteriesystems realisiert wird, und entstehenden Kosten, die durch Einsatz von Verfahren zum passiven Ladungsausgleich reduziert werden, eingehalten wird.The present invention relates to a method for charge balance of battery elements, a battery system and motor vehicle with such a battery system, which are particularly applicable to configure battery systems in which a predetermined ratio of technical performance realized by an active charge balance between the cells of the battery system and costs incurred by using passive charge balancing techniques.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen (z. B. bei Windkraftanlagen) als auch in Fahrzeugen (z. B. in Hybrid- und Elektrofahrzeugen) vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund für diese hohen Anforderungen ist, dass ein Ausfall der Batterie zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen kann (z. B. ein Ausfall der Traktionsbatterie bei einem Elektrofahrzeug) oder sogar zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann (bei Windkraftanlagen werden z. B. Batterien eingesetzt, um bei starkem Wind die Anlage durch eine Rotorblattverstellung vor unzulässigen Betriebszuständen zu schützen).It is becoming apparent that in the future, both in stationary applications (eg in wind turbines) and in vehicles (eg in hybrid and electric vehicles), new battery systems will increasingly be used, to which very high reliability requirements will apply be put. The background to these high requirements is that failure of the battery can lead to a failure of the entire system (eg failure of the traction battery in an electric vehicle) or even to a safety-related problem (for example, wind turbines use batteries in order to protect the system from impermissible operating conditions in a strong wind by a rotor blade adjustment).

1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems gemäß dem Stand der Technik. Zwischen dem Pluspol 10 und dem Minuspol 12 des Batteriesystems sind eine Lade- und Trenneinrichtung 14, eine Vielzahl von Batteriezellen Z1, ..., Zn sowie optional eine weitere Trenneinrichtung 16 in Reihe geschaltet. Die Lade- und Trenneinrichtung 14 umfasst einen Trennschalter 18, einen Ladeschalter 20 sowie einen Ladewiderstand 22. Die optionale Trenneinrichtung 16 umfasst einen Trennschalter 24. Um die Anforderungen an die Leistungs- und Energiedaten mit dem Batteriesystem zu erfüllen, werden eine Vielzahl von Batteriezellen Z1, ..., Zn in Reihe geschaltet werden; es ist auch bekannt, Batteriezellen oder in Reihe geschaltete Gruppen von Batteriezellen parallel zu schalten. 1 shows a schematic diagram of a battery system according to the prior art. Between the positive pole 10 and the negative pole 12 the battery system are a charging and disconnecting device 14 , a plurality of battery cells Z 1 , ..., Z n and optionally a further separating device 16 connected in series. The loading and separating device 14 includes a circuit breaker 18 , a charging switch 20 as well as a charging resistance 22 , The optional separator 16 includes a circuit breaker 24 , To meet the requirements of the power and energy data with the battery system, a plurality of battery cells Z 1 , ..., Z n are connected in series; It is also known to connect battery cells or series-connected groups of battery cells in parallel.

Ein Problem beim Einsatz vieler einzelner in Reihe geschalteter Batteriezellen besteht darin, dass die Batteriezellen nicht perfekt gleich sind, was zu ungleichen Zellspannungen führen kann, insbesondere über längere Zeitspannen von der Größenordnung der Lebensdauer der Batterie. Da insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien das Überladen oder das Tiefentladen einzelner Zellen zu einer irreversiblen Schädigung der Batterie führt, muss in regelmäßigen Zeitabständen ein Ladungsausgleich (sogenanntes Zell-Balancing) durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Zellen durch externe Beschaltungsmaßnahmen so ge- oder entladen, dass sie wieder gleiche Zellspannung besitzen.A problem with the use of many individual series-connected battery cells is that the battery cells are not perfectly equal, which can lead to unequal cell voltages, especially over extended periods of the life of the battery. Since overcharging or total discharge of individual cells leads to irreversible damage to the battery, in particular in the case of lithium-ion batteries, charge equalization (so-called cell balancing) must be carried out at regular intervals. For this purpose, the individual cells are charged or discharged by external wiring measures so that they again have the same cell voltage.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen der Ladungsausgleich von Zellen einer Batterie jeweils paarweise passiv oder aktiv erfolgt. Beispielsweise kann ein solches passives Zell-Balancing mit Hilfe einer Konfiguration erfolgen, die einen Operationsverstärker umfasst. Für ein aktives Zell-Balancing kann beispielsweise eine Induktivität am Mittelabgriff zwischen den zu balancierenden Zellen angeordnet sein.Methods are known from the prior art in which the charge equalization of cells of a battery takes place passively or actively in pairs. For example, such passive cell balancing can be done by means of a configuration comprising an operational amplifier. For active cell balancing, for example, an inductance can be arranged at the center tap between the cells to be balanced.

Das Prinzip des passiven Verfahrens ist dabei, dass höher geladene Zellen auf das Niveau der niedriger geladenen Zellen entladen werden, also Energie in Wärme umgewandelt wird. Dies hat den Nachteil, dass in den Zellen enthaltene Energie nicht genutzt wird und zudem beim Zell-Balancing Wärme entsteht, die über Kühlmaßnahmen abgeführt werden muss.The principle of the passive method is that higher-charged cells are discharged to the level of the lower-charged cells, that is, energy is converted into heat. This has the disadvantage that energy contained in the cells is not used and also in the cell balancing heat is generated, which must be dissipated via cooling measures.

Das aktive Zell-Balancing, bei dem Ladung von Zelle zu Zelle transferiert wird, vermeidet diese Nachteile, ist jedoch kostenintensiv.Active cell balancing, which transfers charge from cell to cell, avoids these disadvantages but is costly.

Aus der DE 10 2008 043 593 A1 ist ein Verfahren zum Angleichen elektrischer Spannungen von Gruppen von elektrischen Speichereinheiten bekannt, bei dem Ladungen zwischen den Gruppen von elektrischen Speichereinheiten mit Hilfe von Spulen transferiert werden.From the DE 10 2008 043 593 A1 For example, a method of equalizing electrical voltages of groups of electrical storage units is known in which charges are transferred between the groups of electrical storage units by means of coils.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Kompromiss zwischen technischer Performance und Kosten gefunden wird, indem ein hybrides Zell-Balancing durchgeführt wird, das heißt, indem passiver und aktiver Ladungsausgleich miteinander kombiniert werden. Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem bei einem Ladungsausgleich zwischen mindestens vier Batterieelementen, welche in Reihe geschaltet sind, diese Batterieelemente in mindestens zwei Gruppen M1, M2 aufgeteilt werden, wobei jede Gruppe mindestens zwei Batterieelemente umfasst. Für jede der Gruppen ist dabei vorgesehen, dass für zumindest einen Teil der Batterieelemente in der Gruppe ein passiver Ladungsausgleich erfolgt. Zwischen den Gruppen wird die Ladung demgegenüber aktiv ausgeglichen. Durch die Vorgabe der Anzahl von Batterieelementen, die jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst werden, (und Vorgabe der Anzahl von Gruppen) kann somit die gewünschte Gewichtung zwischen Performance und Kosten erreicht werden.A particular advantage of the invention is that a compromise between technical performance and cost is found by performing hybrid cell balancing, that is, by combining passive and active charge balancing. This is achieved according to the invention by dividing these battery elements into at least two groups M 1 , M 2 during charge equalization between at least four battery elements connected in series, each group comprising at least two battery elements. For each of the groups it is provided that for at least part of the battery elements in the group a passive charge equalization takes place. In contrast, the charge is actively balanced between the groups. By specifying the number of battery elements which are each combined into a group (and presetting the number of groups), the desired weighting between performance and costs can thus be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der aktive Ladungsausgleich jeweils zwischen zwei Gruppen, vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Gruppen, erfolgt.In a preferred embodiment it is provided that the active charge compensation in each case between two groups, preferably between two adjacent groups.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass für zumindest einen Teil der Gruppen der passive Ladungsausgleich innerhalb einer Gruppe durch eine Einheit zur Zellspannungserfassung, vorzugsweise einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) zur Zellspannungserfassung, durchgeführt wird. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auch der aktive Ladungsausgleich von einer zentralen Steuereinheit gesteuert wird, also nicht autonom durchgeführt wird.Another preferred embodiment provides that for at least part of the groups the passive charge compensation within a group is performed by a unit for cell voltage detection, preferably an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) for cell voltage detection. In another preferred embodiment, it is provided that the active charge compensation is controlled by a central control unit, that is not carried out autonomously.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der passive und/oder aktive Ladungsausgleich autonom erfolgt. Als vorteilhaft erweist es sich insbesondere, wenn der passive Ladungsausgleich zwischen den Batterieelementen durch eine Einheit zur Zellspannungserfassung, der aktive Ladungsausgleich zwischen den Gruppen jedoch autonom erfolgt.A further preferred embodiment provides that the passive and / or active charge compensation takes place autonomously. It proves to be advantageous, in particular, if the passive charge compensation between the battery elements is effected autonomously by a unit for cell voltage detection, but active charge balancing between the groups takes place autonomously.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mindestens vier in Reihe geschalteten Batterieelementen, mindestens einem Modul zum aktiven Ladungsausgleich zwischen Gruppen von Batterieelementen und mindestens zwei Modulen zum passiven Ladungsausgleich zwischen Batterieelementen. Das Batteriesystem ist erfindungsgemäß derart konfiguriert, dass ein Verfahren zum Ladungsausgleich ausführbar ist, wobei zumindest ein Teil der vier Batterieelemente in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Batterieelementen gruppiert wird, zwischen den Batterieelementen einer Gruppe ein passiver Ladungsausgleich und zwischen zumindest einem Teil der Gruppen ein aktiver Ladungsausgleich durchgeführt wird.A further aspect of the invention relates to a battery system having at least four battery elements connected in series, at least one module for active charge balancing between groups of battery elements and at least two modules for passive charge balancing between battery elements. The battery system according to the invention is configured such that a method for charge equalization is executable, wherein at least a part of the four battery elements is grouped into at least two groups of at least two battery elements, between the battery elements of a group a passive charge balance and between at least a part of the groups active charge compensation is performed.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei für den passiven Ladungsausgleich vor, dass für jeweils zwei benachbarte Batterieelemente Zi, Zi+1 (i = 1, 2, ..., n – 1) ein Ladungsausgleichsmodul zum passiven Ausgleich der Ladungen der beiden benachbarten Batterieelemente Zi, Zi+1 vorgesehen ist. Die beiden benachbarten Batterieelemente Zi, Zi+1 sind dabei derart miteinander verbunden, dass der positive Pol eines ersten der benachbarten Batterieelemente Zi mit dem negativen Pol des zweiten der benachbarten Batterieelemente Zi+1 leitend verbunden ist. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch ausgezeichnet, dass für alle Paare von benachbarten Batterieelementen Zi, Zi+1 (i = 1, 2, ..., n – 1) ein Ladungsausgleichsmodul vorgesehen ist. Mit anderen Worten: gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Ladung jedes Batterieelements Zi (i = 2, 3, ..., n – 1) durch zwei Ladungsausgleichsmodule ausgeglichen. Lediglich für das erste Z1 und letzte Batterieelement Zn ist nur ein Ladungsausgleichsmodul vorgesehen. A preferred embodiment provides for the passive charge equalization, that for each two adjacent battery elements Z i , Z i + 1 (i = 1, 2, ..., n - 1) a charge compensation module for the passive compensation of the charges of the two adjacent battery elements Z i , Z i + 1 is provided. The two adjacent battery elements Z i , Z i + 1 are connected to each other such that the positive pole of a first of the adjacent battery elements Z i is conductively connected to the negative pole of the second of the adjacent battery elements Z i + 1 . A preferred embodiment is characterized in that a charge equalization module is provided for all pairs of adjacent battery elements Z i , Z i + 1 (i = 1, 2,..., N-1). In other words, according to this preferred embodiment, the charge of each battery element Z i (i = 2, 3, ..., n-1) is balanced by two charge balancing modules. Only for the first Z 1 and last battery element Z n only one charge equalization module is provided.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Ladungsausgleichsmodul einen Spannungsteiler Rc1, Rc2, mindestens ein Vergleichsmittel und mindestens ein Entlademittel. Der Spannungsteiler ist dabei so ausgelegt, ausgehend von dem elektrischen Potenzial des negativen Pols des ersten der benachbarten Batterieelemente Zi und dem elektrischen Potenzial des positiven Pols des zweiten der benachbarten Batterieelemente Zi+1 ein erstes elektrisches Potenzial zu erzeugen, das dem Soll-Wert des elektrischen Potenzials an dem positiven Pol des ersten der benachbarten Batterieelemente Zi und dem negativen Pol des zweiten der benachbarten Batterieelemente Zi+1 entspricht. Das mindestens eine Vergleichsmittel vergleicht das erste elektrische Potenzial mit einem zweiten elektrischen Potenzial, das an dem positiven Pol des ersten der benachbarten Batterieelemente Zi und dem negativen Pol des zweiten der benachbarten Batterieelemente Zi+1 anliegt. Das mindestens eine Entlademittel ist dazu ausgelegt, das erste der benachbarten Batterieelemente Zi zu entladen, wenn das zweite elektrische Potenzial in positiver Richtung von dem ersten elektrischen Potenzial abweicht, und das zweite der benachbarten Batterieelemente Zi+1 zu entladen, wenn das zweite elektrische Potenzial in negativer Richtung von dem ersten elektrischen Potenzial abweicht.According to the preferred embodiment, a charge balancing module comprises a voltage divider R c1 , R c2 , at least one comparison means and at least one discharge means. In this case, the voltage divider is designed to generate a first electrical potential, which corresponds to the desired value, starting from the electric potential of the negative pole of the first of the adjacent battery elements Z i and the electric potential of the positive pole of the second of the neighboring battery elements Z i + 1 the electric potential at the positive pole of the first of the adjacent battery elements Z i and the negative pole of the second of the adjacent battery elements Z i + 1 corresponds. The at least one comparison means compares the first electrical potential with a second electrical potential which is applied to the positive pole of the first of the adjacent battery elements Z i and the negative pole of the second of the adjacent battery elements Z i + 1 . The at least one discharge means is adapted to discharge the first of the adjacent battery elements Z i when the second electric potential deviates in the positive direction from the first electric potential, and the second of the adjacent battery elements Z i + 1 to discharge when the second electric Potential deviates in the negative direction from the first electrical potential.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, dass die Ladung einer beliebigen Anzahl von in Reihe verschalteten Batterieelementen Zi autonom, passiv ausgeglichen werden kann.A particular advantage of this circuit arrangement according to the invention is that the charge of any number of battery elements Z i connected in series can be compensated for autonomously, passively.

Die Entlademittel und die Vergleichsmittel sind vorzugsweise durch einen gegengekoppelten Operationsverstärker gebildet. Dadurch werden die Funktionen des Entladens und Vergleichens besonders vorteilhaft durch eine einzige Komponente realisiert.The discharge means and the comparison means are preferably formed by a negative feedback operational amplifier. As a result, the functions of unloading and comparing are realized particularly advantageously by a single component.

Der Spannungsteiler umfasst vorzugsweise einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, wobei der elektrische Widerstand des ersten Widerstands und der elektrische Widerstand des zweiten Widerstands im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die Soll-Spannung des ersten Batterieelements und die Soll-Spannung des zweiten Batterieelements.The voltage divider preferably comprises a first resistor and a second resistor, wherein the electrical resistance of the first resistor and the electrical resistance of the second resistor are in the same ratio as the desired voltage of the first battery element and the target voltage of the second battery element.

Vorzugsweise ist ein erster Anschluss des ersten Widerstands mit dem negativen Pol des ersten Batterieelements leitend verbunden, ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands leitend verbunden und ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands mit dem positiven Pol des zweiten Batterieelements leitend verbunden.Preferably, a first terminal of the first resistor is conductively connected to the negative pole of the first battery element, a second terminal of the first resistor is conductively connected to a first terminal of the second resistor, and a second terminal of the second resistor is conductively connected to the positive pole of the second battery element.

Vorzugsweise sind der zweite Anschluss des ersten Widerstands und der erste Anschluss des zweiten Widerstands mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers leitend verbunden, der zweite Anschluss des zweiten Widerstands und der positive Pol des zweiten Batterieelements mit dem positiven Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers leitend verbunden, der erste Anschluss des ersten Widerstands und der negative Pol des ersten Batterieelements mit dem negativen Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers leitend verbunden und der positive Pol des ersten Batterieelements und der negative Pol des zweiten Batterieelements mit dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers leitend verbunden. Preferably, the second terminal of the first resistor and the first terminal of the second resistor are conductively connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the second terminal of the second resistor and the positive pole of the second battery element to the positive supply voltage input of the operational amplifier, the first terminal of the first resistor and the negative pole of the first battery element conductively connected to the negative supply voltage input of the operational amplifier and the positive pole of the first battery element and the negative pole of the second battery element to the inverting input and the output of the operational amplifier conductively connected.

Die Soll-Spannung des ersten Batterieelements und die Soll-Spannung des zweiten Batterieelements können gleich sein. Dadurch kann ein besonders einfaches Batteriesystem mit mehreren baugleichen Komponenten bereitgestellt werden.The desired voltage of the first battery element and the desired voltage of the second battery element may be the same. As a result, a particularly simple battery system with several identical components can be provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Batteriesystem mit einer Vielzahl in Reihe geschalteten Batterieelementen bereit, wobei jedes Paar miteinander leitend verbundener Batterieelemente, wie oben beschrieben, balanciert ist. Dadurch wird erreicht, dass mit einer besonders einfachen und regelmäßigen Anordnung von Komponenten sämtliche Batterieelemente miteinander balanciert werden.In a preferred embodiment, the invention provides a battery system having a plurality of battery elements connected in series, each pair of battery elements conductively connected to each other being balanced as described above. This ensures that all battery elements are balanced with a particularly simple and regular arrangement of components.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist für den aktiven Ladungsausgleich vorgesehen, dass die Einheit zum autonomen Ladungsausgleich mindestens eine Induktivität, mindestens zwei Transistoren und mindestens eine logische Schalteinheit umfasst. Ein erster Anschluss der Induktivität ist mit den inneren Polen der benachbarten Gruppen M1, M2 verbunden. Der andere Anschluss der Induktivität ist mit dem Kollektor des ersten und dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden. Die Emitter der Transistoren sind mit den äußeren Polen der benachbarten Gruppen M1, M2 verbunden. Dabei werden die Pole der benachbarten Gruppen M1, M2, die miteinander verbunden sind, als innere Pole bezeichnet, die beiden anderen Pole der benachbarten Gruppen M1, M2, werden dementsprechend als äußere Pole bezeichnet. Die Basis des ersten Transistors ist mit einem ersten Ausgang der logischen Schalteinheit und die Basis des zweiten Transistors ist mit einem zweiten Ausgang der logischen Schalteinheit verbunden. Ein erster Eingang der logischen Schalteinheit ist vorzugsweise mit einem Signalgeber verbunden, wobei der Signalgeber ein Logiksignal zur Schaltung der Transistoren liefert.In another preferred embodiment, it is provided for the active charge equalization that the autonomous charge compensation unit comprises at least one inductance, at least two transistors and at least one logical switching unit. A first terminal of the inductance is connected to the inner poles of the adjacent groups M 1 , M 2 . The other terminal of the inductance is connected to the collector of the first and the collector of the second transistor. The emitters of the transistors are connected to the outer poles of the adjacent groups M 1 , M 2 . In this case, the poles of the adjacent groups M 1 , M 2 , which are connected to one another, are referred to as inner poles, the two other poles of the adjacent groups M 1 , M 2 are accordingly referred to as outer poles. The base of the first transistor is connected to a first output of the logic switching unit and the base of the second transistor is connected to a second output of the logic switching unit. A first input of the logic switching unit is preferably connected to a signal generator, wherein the signal generator supplies a logic signal for switching the transistors.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei den Transistoren um einen p-Kanal-Transistor und einen n-Kanal-Transistor handelt. Vorzugsweise ist der Emitter des p-Kanal-Transistors mit dem positiven äußeren Pol der benachbarten Gruppen M1, M2 und der Emitter des n-Kanal-Transistors mit dem negativen äußeren Pol der benachbarten Gruppen M1, M2 verbunden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the transistors are a p-channel transistor and an n-channel transistor. Preferably, the emitter of the p-channel transistor is connected to the positive outer pole of the adjacent groups M 1 , M 2 and the emitter of the n-channel transistor to the negative outer pole of the adjacent groups M 1 , M 2 .

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Signalgeber mindestens einen Komparator umfasst, der (die) den Ladungszustand der benachbarten Gruppen M1, M2 vergleicht (vergleichen). Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Komparator als Fensterkomparator ausgebildet ist. Durch geeignete Konfiguration des Fensterkomparators kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Ladungsausgleich nur erfolgt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Gruppen, deren Ladung ausgeglichen werden soll, einen bestimmten vorgebbaren Wert erreicht bzw. überschreitet.A preferred embodiment provides that the signal generator comprises at least one comparator which compares (compares) the state of charge of the adjacent groups M 1 , M 2 . It proves to be advantageous if the comparator is designed as a window comparator. By suitable configuration of the window comparator, it can advantageously be achieved that charge equalization takes place only when the voltage difference between the groups whose charge is to be compensated reaches or exceeds a certain specifiable value.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Batterieelemente mindestens eine elektro-chemische Zelle umfasst.In another preferred embodiment, it is provided that at least a part of the battery elements comprises at least one electro-chemical cell.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Batteriesystem um eine Lithium-Ionen-Batterie oder das Batteriesystem umfasst elektrochemische Zellen, die als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.The battery system is preferably a lithium-ion battery or the battery system comprises electrochemical cells which are designed as lithium-ion battery cells.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batteriesystem, wobei das Batteriesystem mindestens vier in Reihe geschaltete Batterieelemente, mindestens ein Modul zum aktiven Ladungsausgleich zwischen Batterieelementen und mindestens zwei Module zum passiven Ladungsausgleich zwischen Batterieelementen umfasst, und wobei das Batteriesystem derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren zum Ladungsausgleich durchführbar ist, wobei zumindest ein Teil der vier Batterieelemente in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Batterieelementen gruppiert wird, zwischen den Batterieelementen einer Gruppe ein passiver Ladungsausgleich und zwischen zumindest einem Teil der Gruppen ein aktiver Ladungsausgleich durchgeführt wird.A further aspect of the invention relates to a motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery system connected or connectable to the electric drive motor, wherein the battery system has at least four battery elements connected in series, at least one module for active charge equalization between battery elements and at least two modules passive charge equalization between battery elements, and wherein the battery system is configured such that a method of charge equalization is feasible, wherein at least a portion of the four battery elements is grouped into at least two groups of at least two battery elements, between the battery elements of a group a passive charge balance and an active charge equalization is performed between at least a part of the groups.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems mit einer Vielzahl von Batteriezellen gemäß dem Stand der Technik, 1 1 is a schematic diagram of a battery system having a plurality of battery cells according to the prior art;

2 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Einheiten zum passiven Ladungsausgleich und einer Einheit zum aktiven Ladungsausgleich, 2 an exemplary embodiment of the invention with two units for passive charge compensation and an active charge compensation unit,

3 eine Prinzipdarstellung für einen passiven Ladungsausgleich für einzelne Batteriezellen und einen modulweisen aktiven Ladungsausgleich, und 3 a schematic diagram for a passive charge compensation for individual battery cells and a module-wise active charge compensation, and

4 eine beispielhafte Ausführungsform für einen von Zellspannungserfassungseinheiten gesteuerten Ladungsausgleich. 4 an exemplary embodiment for a controlled by cell voltage detection units charge compensation.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 2 ist ein beispielhaftes Batteriesystem 200 mit vier Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 gezeigt, wobei das Batteriesystem 200 geeignet ist für einen Ladungsausgleich (Zell-Balancing), der aktives mit passivem Zell-Balancing kombiniert.In the 2 is an exemplary battery system 200 with four battery cells Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , wherein the battery system 200 suitable for charge balancing (cell balancing) that combines active with passive cell balancing.

Die vier Batteriezellen Z1, Z2, Z3, Z4 sind in zwei Gruppen (im Folgenden als Module bezeichnet) aufgeteilt, wobei ein erstes Modul die Batteriezellen Z1 und Z2 und ein zweites Modul die Batteriezellen Z3 und Z4 umfasst. Für die beiden Batteriezellen Z1, Z2 bzw. Z3, Z4 ist jeweils eine Einheit für ein passives Zell-Balancing vorgesehen. The four battery cells Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 are divided into two groups (hereinafter referred to as modules), wherein a first module, the battery cells Z 1 and Z 2 and a second module includes the battery cells Z 3 and Z 4 , For the two battery cells Z 1 , Z 2 and Z 3 , Z 4 each unit is provided for a passive cell balancing.

Im Folgenden wird die Einheit zum passiven Ladungsausgleich für die Batteriezellen Z1 und Z2 in größerem Detail beschrieben. Der positive Pol der Batteriezelle Z1 ist mit dem negativen Pol der Batteriezelle Z2 verbunden. Zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rc1 und Rc2 liegen parallel zu den Batteriezellen Z1 und Z2. Ein erster Anschluss des Widerstands Rc1 ist mit dem negativen Pol der Batteriezelle Z1 verbunden; ein zweiter Anschluss des Widerstands Rc1 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands Rc2 verbunden, und ein zweiter Anschluss des Widerstands Rc2 ist mit dem positiven Pol der Batteriezelle Z2 verbunden. Die Widerstandswerte der Widerstände Rc1 und Rc2 stehen im gleichen Verhältnis zueinander wie die Soll-Spannungen der Batteriezellen Z1 und Z2. Insbesondere weisen die Widerstände Rc1 und Rc2 den gleichen Widerstandswert auf, wenn die Batteriezellen Z1 und Z2 auf dieselbe Spannung geladen werden sollen. Somit bilden die Widerstände Rc1 und Rc2 einen Spannungsteiler, an dessen innerem Knoten 202 das Potenzial anliegt, das an dem Knoten 204 zwischen den Batteriezellen Z1 und Z2 anliegen soll.In the following, the passive charge compensation unit for the battery cells Z 1 and Z 2 will be described in more detail. The positive pole of the battery cell Z 1 is connected to the negative pole of the battery cell Z 2 . Two series-connected resistors R c1 and R c2 are parallel to the battery cells Z 1 and Z 2 . A first terminal of the resistor R c1 is connected to the negative pole of the battery cell Z 1 ; a second terminal of the resistor R c1 is connected to a first terminal of the resistor R c2 , and a second terminal of the resistor R c2 is connected to the positive terminal of the battery cell Z 2 . The resistance values of the resistors R c1 and R c2 are in the same proportion to each other as the nominal voltages of the battery cells Z 1 and Z 2 . In particular, the resistors R c1 and R c2 have the same resistance value when the battery cells Z 1 and Z 2 are to be charged to the same voltage. Thus, the resistors R c1 and R c2 form a voltage divider at its inner node 202 the potential is at the node 204 should rest between the battery cells Z 1 and Z 2 .

Die Einheit zum passiven Ladungsausgleich umfasst ferner einen Operationsverstärker 206. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 206 ist mit dem inneren Knoten 202 des Spannungsteilers verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 206 ist mit dem Knoten 204 zwischen den Batteriezellen Z1 und Z2 verbunden. Der positive Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers 206 ist mit dem positiven Pol der Batteriezelle Z2 verbunden. Der negative Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers 206 ist mit dem negativen Pol der Batteriezelle Z1 verbunden. Der Operationsverstärker 206 ist gegengekoppelt, das heißt, der Ausgang ist mit dem invertierenden Eingang verbunden.The passive charge compensation unit further comprises an operational amplifier 206 , The non-inverting input of the operational amplifier 206 is with the inner node 202 connected to the voltage divider. The inverting input of the operational amplifier 206 is with the node 204 connected between the battery cells Z 1 and Z 2 . The positive supply voltage input of the operational amplifier 206 is connected to the positive pole of the battery cell Z 2 . The negative supply voltage input of the operational amplifier 206 is connected to the negative pole of the battery cell Z 1 . The operational amplifier 206 is negative feedback, that is, the output is connected to the inverting input.

Ist nun beispielsweise die Batteriezelle Z1 tiefer entladen als die Batteriezelle Z2, so ist das Potenzial am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 206 niedriger als das Potenzial am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 206. Der Operationsverstärker 206 versucht infolgedessen, seinen Ausgang zu seiner positiven Versorgungsspannung hin zu ziehen. Dies hat einen Stromfluss vom positiven Pol der Batteriezelle Z2 über den positiven Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers 206 zum Ausgang des Operationsverstärkers 206 zur Folge. Die Batteriezelle Z2 wird somit entladen, was dem gewünschten Verhalten entspricht. Entsprechend wird in dem Fall, dass die Batteriezelle Z2 tiefer entladen ist als die Batteriezelle Z1, die Batteriezelle Z1 über den negativen Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers 206 entladen.If, for example, the battery cell Z 1 is discharged deeper than the battery cell Z 2 , then the potential at the inverting input of the operational amplifier 206 lower than the potential at the non-inverting input of the operational amplifier 206 , The operational amplifier 206 As a result, it attempts to pull its output towards its positive supply voltage. This has a current flow from the positive pole of the battery cell Z 2 via the positive supply voltage input of the operational amplifier 206 to the output of the operational amplifier 206 result. The battery cell Z 2 is thus discharged, which corresponds to the desired behavior. Accordingly, in the case that the battery cell Z 2 is discharged deeper than the battery cell Z 1 , the battery cell Z 1 via the negative supply voltage input of the operational amplifier 206 discharged.

Der Entladevorgang setzt sich so lange fort, bis das Verhältnis zwischen der Spannung über die Batteriezelle Z1 und der Spannung über der Batteriezelle Z2 seinen Soll-Wert erreicht hat. Insbesondere setzt sich der Entladevorgang in dem Fall, dass die Widerstände Rc1 und Rc2 gleiche Widerstandswerte aufweisen, so lange fort, bis die Spannung über der Batteriezelle Z1 gleich der Spannung über der Batteriezelle Z2 ist. Danach fließen nur noch der Ruheversorgungsstrom des Operationsverstärkers 206 und der Querstrom über die Widerstände Rc1 und Rc2 aus den Zellen. Beide Ströme können durch geeignete Dimensionierung und Auswahl der Schaltungskomponenten sehr klein gehalten werden.The discharging process continues until the ratio between the voltage across the battery cell Z 1 and the voltage across the battery cell Z 2 has reached its desired value. In particular, in the case that the resistors R c1 and R c2 have equal resistance values, the discharging process continues until the voltage across the battery cell Z 1 equals the voltage across the battery cell Z 2 . After that, only the rest supply current of the operational amplifier flow 206 and the cross-current through the resistors R c1 and R c2 from the cells. Both currents can be kept very small by suitable dimensioning and selection of the circuit components.

In gleicher Weise ist eine zweite Einheit zum passiven Ladungsausgleich mit den Batteriezellen Z3 und Z4 verbunden.In the same way, a second unit for passive charge equalization is connected to the battery cells Z 3 and Z 4 .

Das in 2 dargestellte Prinzip lässt sich unmittelbar auf Batteriesysteme mit mehr als vier Batteriezellen anwenden, indem je zwei benachbarte Batteriezellen auf die dargestellte Weise balanciert werden.This in 2 The illustrated principle can be applied directly to battery systems with more than four battery cells by each two adjacent battery cells are balanced in the manner shown.

Das beispielhafte Batteriesystem 200 umfasst weiter eine Einheit zum aktiven Ladungsausgleich. Gemäß dieser beispielhaften Einheit zum aktiven Ladungsausgleich wird am Mittelabgriff 208 der beiden Module eine Induktivität 210 angeschlossen, welche durch einen p-Kanal- 212 oder einen n-Kanal-Transistor 214 je nach gewünschter Stromrichtung von einem Strom durchflossen wird. Wird der Transistor 212, 214 abgeschaltet, fließt der Strom durch die Induktivität 210 zunächst weiter und lädt über die Body-Diode des jeweils anderen Transistors 214, 212 das gewünschte Modul Z1, Z2 bzw. Z3, Z4 auf. Die Auswahl, welcher Transistor 212, 214 zum Einschalten des Stroms genutzt wird, erfolgt über ein Logiksignal, welches von einer logischen Schaltung 216 geliefert wird. Eine beispielhafte logische Schaltung 216 umfasst mindestens einen Komparator und vorzugsweise Treiberlogik.The exemplary battery system 200 further includes a unit for active Charge balance. According to this exemplary Active Charge Balancing unit, the center tap 208 the two modules an inductance 210 connected by a p-channel 212 or an n-channel transistor 214 Depending on the desired direction of current is traversed by a stream. Will the transistor 212 . 214 switched off, the current flows through the inductor 210 continue first and charge via the body diode of the other transistor 214 . 212 the desired module Z 1 , Z 2 and Z 3 , Z 4 . The choice of which transistor 212 . 214 is used to turn on the power, via a logic signal, which of a logic circuit 216 is delivered. An exemplary logical circuit 216 includes at least one comparator and preferably driver logic.

Ein weiteres beispielhaftes Batteriesystem 300 wird in 3 dargestellt. Dieses beispielhafte Batteriesystem 300 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei die Batteriezellen in vier Module M1, M2, M3, M4 von jeweils n Batteriezellen aufgeteilt sind. Für jedes der Module M1, M2, M3, M4 ist jeweils eine eigene Einheit PB1, PB2, PB3 bzw. PB4 zum passiven Ladungsausgleich der in jedem Modul M1, M2, M3, M4 enthaltenen Batteriezellen vorgesehen. Another exemplary battery system 300 is in 3 shown. This exemplary battery system 300 comprises a plurality of battery cells, wherein the battery cells are divided into four modules M 1 , M 2 , M 3 , M 4 each of n battery cells. For each of the modules M 1, M 2, M 3, M 4 are each a separate unit PB 1, PB 2, PB 3 or PB 4 to passive charge balance in each module M 1, M 2, M 3, M 4 provided battery cells provided.

Je zwei der Module M1, M2; M2, M3 bzw. M3, M4 werden durch eine eigene Einheit AB1, AB2 bzw. AB3 zum aktiven Ladungsausgleich balanciert. Dabei sind vorzugsweise alle benachbarten Module Mi, Mi+1 mit einer Einheit ABi zum aktiven Ladungsausgleich verbunden. Es erfolgt somit vorzugsweise ein passiver Ladungsausgleich für die einzelnen Batteriezellen in den Modulen Mi und ein aktiver Ladungsausgleich zwischen jeweils benachbarten Modulen Mi, Mi+1.Each two of the modules M 1 , M 2 ; M 2 , M 3 and M 3 , M 4 are balanced by a separate unit AB 1 , AB 2 and AB 3 for active charge compensation. In this case, preferably all adjacent modules M i , M i + 1 are connected to a unit AB i for active charge equalization. It is thus preferably a passive charge balance for the individual battery cells in the modules M i and an active charge balance between each adjacent modules M i , M i + 1 .

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren zum Ladungsausgleich handelt es sich um autonome Verfahren zum passiven und aktiven Ladungsausgleich.The charge balancing methods described above are autonomous methods of passive and active charge balancing.

In 4 wird eine Schaltungsanordnung 400 dargestellt, bei der der passive Ladungsausgleich innerhalb der Module Mi, Mi+1 von einer Zellspannungserfassungseinheit 402, einem sogenannten CSC (Cell Supervising Circuit), gesteuert wird, wobei die Zellspannungserfassungseinheiten 402 mit einem zentralen Steuergerät 404 kommunizieren. Die Einheit ABi zum aktiven Ladungsausgleich ist lediglich schematisch dargestellt, wobei die in 2 gezeigten Transistoren schematisch durch Schalter 406, 408 wiedergegeben wurden (und die Ansteuerlogik für das aktive Zell-Balancing weggelassen wurde).In 4 becomes a circuit arrangement 400 in which the passive charge compensation within the modules M i , M i + 1 from a cell voltage detection unit 402 , a so-called CSC (Cell Supervising Circuit), wherein the cell voltage detection units 402 with a central control unit 404 communicate. The unit AB i for active charge compensation is shown only schematically, wherein the in 2 shown transistors schematically by switches 406 . 408 were reproduced (and the activation logic for active cell balancing was omitted).

Es ist in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform vorgesehen, dass auch die Schalter 406, 408 für das aktive Zell-Balancing von dem zentralen Steuergerät 404 angesteuert werden.It is provided in a further exemplary embodiment that the switches 406 . 408 for active cell balancing from the central controller 404 be controlled.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Batteriesystem und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug auch bei grundsätzlich andersgearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its embodiment to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the inventive method, the battery system according to the invention and the motor vehicle according to the invention even in fundamentally different versions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zum Ladungsausgleich zwischen mindestens vier in Reihe geschalteten Batterieelementen (Z1, Z2, Z3, Z4), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mindestens vier Batterieelemente (Z1, Z2, Z3, Z4) in mindestens zwei Gruppen (M1, M2) von jeweils mindestens zwei Batterieelementen (Z1, Z2), (Z3, Z4) gruppiert ist, wobei zwischen den Batterieelementen einer Gruppe ein passiver Ladungsausgleich und zwischen zumindest einem Teil der Gruppen (M1, M2) ein aktiver Ladungsausgleich durchgeführt wird.Method for charge equalization between at least four series-connected battery elements (Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 ), characterized in that at least part of the at least four battery elements (Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 ) in at least two groups (M 1 , M 2 ) of at least two battery elements (Z 1 , Z 2 ), (Z 3 , Z 4 ) is grouped, wherein between the battery elements of a group, a passive charge balance and between at least a part of the groups (M 1 , M 2 ) an active charge compensation is performed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein aktiver Ladungsausgleich zwischen zwei Gruppen (M1, M2) durchgeführt wird.The method of claim 1, wherein an active charge balance between two groups (M 1 , M 2 ) is performed. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein aktiver Ladungsausgleich zwischen jeweils zwei benachbarten Gruppen (M1, M2) durchgeführt wird. The method of claim 2, wherein an active charge balance between each two adjacent groups (M 1 , M 2 ) is performed. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der passive Ladungsausgleich unter Verwendung einer Einheit (402) zur Zellspannungserfassung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the passive charge compensation using a unit ( 402 ) is performed for cell voltage detection. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der passive Ladungsausgleich von der Einheit (402) zur Zellspannungserfassung und/oder der aktive Ladungsausgleich von einer zentralen Steuereinheit gesteuert wird.Method according to claim 4, wherein the passive charge compensation from the unit ( 402 ) for cell voltage detection and / or the active charge balance is controlled by a central control unit. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der aktive und/oder passive Ladungsausgleich autonom erfolgt. Method according to one of the preceding claims, wherein the active and / or passive charge compensation takes place autonomously. Batteriesystem (200) umfassend mindestens vier in Reihe geschaltete Batterieelemente (Z1, Z2, Z3, Z4), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (200) weiter mindestens ein Modul zum aktiven Ladungsausgleich zwischen Gruppen (M1, M2) von Batterieelementen und mindestens zwei Module zum passiven Ladungsausgleich zwischen Batterieelementen umfasst, und wobei das Batteriesystem (200) derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren zum Ladungsausgleich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist.Battery system ( 200 ) comprising at least four series-connected battery elements (Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 ), characterized in that the battery system ( 200 ) further comprises at least one module for active charge balancing between groups (M 1 , M 2 ) of battery elements and at least two modules for passive charge balancing between battery elements, and wherein the battery system ( 200 ) is configured such that a method for charge compensation according to one of claims 1 to 6 is feasible. Batteriesystem nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Modul zum aktiven Ladungsausgleich zumindest Folgendes umfasst: – eine Induktivität (210), – zwei Transistoren (212, 214) und – eine logische Schalteinheit (216), wobei ein erster Anschluss der Induktivität (210) mit den inneren Polen der benachbarten Gruppen (Mi, Mi+1) und der zweite Anschluss der Induktivität (210) mit dem Kollektor des ersten (212) und dem Kollektor zweiten Transistors (214) verbunden ist, die Basis des ersten (212) und zweiten Transistors (214) mit einem Ausgang der logischen Schalteinheit (216) und der Emitter des ersten (212) und zweiten Transistors (214) mit den beiden äußeren Polen der benachbarten Gruppen (Mi, Mi+1) verbunden ist.The battery system of claim 7, wherein at least one active charge compensation module comprises at least: - an inductance ( 210 ), - two transistors ( 212 . 214 ) and - a logical switching unit ( 216 ), wherein a first terminal of the inductance ( 210 ) with the inner poles of the adjacent groups (M i , M i + 1 ) and the second terminal of the inductance ( 210 ) with the collector of the first ( 212 ) and the collector of the second transistor ( 214 ), the basis of the first ( 212 ) and second transistor ( 214 ) with an output of the logical switching unit ( 216 ) and the emitter of the first ( 212 ) and second transistor ( 214 ) is connected to the two outer poles of the adjacent groups (M i , M i + 1 ). Batteriesystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens ein Modul zum passiven Ladungsausgleich zumindest Folgendes umfasst: einen Spannungsteiler (Rc1, Rc2), der dazu ausgelegt ist, ausgehend von dem elektrischen Potenzial des negativen Pols eines ersten der benachbarten Batterieelemente (Zi) und dem elektrischen Potenzial des positiven Pols des zweiten der benachbarten Batterieelemente (Zi+1) ein erstes elektrisches Potenzial zu erzeugen, das dem Soll-Wert des elektrischen Potenzials an dem positiven Pol des ersten der benachbarten Batterieelemente (Zi) und dem negativen Pol des zweiten der benachbarten Batterieelemente (Zi+1) entspricht; mindestens ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des ersten elektrischen Potenzials mit einem zweiten elektrischen Potenzial, das an dem positiven Pol des ersten der benachbarten Batterieelemente (Zi) und dem negativen Pol des zweiten der benachbarten Batterieelemente (Zi+1) anliegt, und mindestens ein Entlademittel zum partiellen Entladen von mindestens einem der zwei benachbarten Batterieelemente (Zi, Zi+1), wobei das mindestens eine Entlademittel dazu ausgelegt ist, das erste der benachbarten Batterieelemente (Zi) zu entladen, wenn das zweite elektrische Potenzial in positiver Richtung von dem ersten elektrischen Potenzial abweicht, und das zweite der benachbarten Batterieelemente (Zi+1) zu entladen, wenn das zweite elektrische Potenzial in negativer Richtung von dem ersten elektrischen Potenzial abweicht.A battery system according to claim 7 or 8, wherein at least one passive charge compensation module comprises at least: a voltage divider (R c1 , R c2 ) adapted to operate on the electric potential of the negative pole of a first of the adjacent battery elements (Z i ) and the electric potential of the positive pole of the second of the adjacent battery elements (Z i + 1 ) to generate a first electric potential corresponding to the target value of the electric potential at the positive pole of the first of the adjacent battery elements (Z i ) and the negative pole the second of the adjacent battery elements (Z i + 1 ) corresponds; at least one comparing means for comparing the first electric potential with a second electric potential applied to the positive pole of the first of the adjacent battery elements (Z i ) and the negative pole of the second of the adjacent battery elements (Z i + 1 ), and at least one discharging means for partially discharging at least one of the two adjacent battery elements (Z i , Z i + 1 ), wherein the at least one discharge means is adapted to discharge the first of the adjacent battery elements (Z i ) when the second electric potential is in the positive direction of deviates from the first electric potential, and the second of the adjacent battery elements (Z i + 1 ) to discharge when the second electric potential in the negative direction deviates from the first electric potential. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batteriesystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9.Motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery system connected or connectable to the electric drive motor according to one of claims 7 to 9.
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