DE102013215539A1 - Battery system having at least one battery module string with a plurality of switchable by coupling units battery modules and method for operating the battery system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit zumindest einem Batteriemodulstrang mit mehreren in Reihe angeordneten Batteriemodulen, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen und mit einer schaltbaren Kopplungseinheit zum Koppeln des jeweiligen Batteriemoduls mit dem Batteriemodulstrang ausgestattet sind. Das Batteriesystem ist dazu eingerichtet, durch abwechselndes Schalten der Kopplungseinheiten eine zeitveränderliche Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu erzeugen. Die Kopplungseinheiten umfassen jeweils eine derartige Halbleiterbauelemente und/oder zumindest ein induktives Bauelement umfassende Schaltungsanordnung, durch die eine Strombegrenzung zumindest in Richtung eines Ladestroms eines Batteriemoduls erreicht wird.The present invention relates to a battery system having at least one battery module string with a plurality of battery modules arranged in series, which each have one or more battery cells and are equipped with a switchable coupling unit for coupling the respective battery module to the battery module string. The battery system is configured to generate a time-variable output voltage of the battery module string by alternately switching the coupling units. The coupling units each include such semiconductor devices and / or at least one inductive component comprising circuit arrangement, by which a current limitation is achieved at least in the direction of a charging current of a battery module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit zumindest einem Batteriemodulstrang mit mehreren in Reihe angeordneten Batteriemodulen, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen und mit einer schaltbaren Kopplungseinheit zum Koppeln des jeweiligen Batteriemoduls mit dem Batteriemodulstrang ausgestattet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Batteriesystem, das dazu eingerichtet ist, durch abwechselndes Schalten der Kopplungseinheiten eine zeitveränderliche Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu erzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems. The present invention relates to a battery system having at least one battery module string with a plurality of battery modules arranged in series, which each have one or more battery cells and are equipped with a switchable coupling unit for coupling the respective battery module to the battery module string. In particular, the invention relates to such a battery system, which is adapted to generate by alternately switching the coupling units, a time-varying output voltage of the battery module string. Furthermore, the invention relates to an associated method for operating a battery system.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie beispielsweise bei Windkraftanlagen, in Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen, als auch im Consumer-Bereich, beispielsweise bei Laptops und Mobiltelefonen, vermehrt Batteriesysteme, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriesysteme, zum Einsatz kommen werden, an die hohe Anforderungen bezüglich Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit gestellt werden. It is becoming apparent that in the future both in stationary applications, such as wind turbines, in vehicles, such as in hybrid and electric vehicles, as well as in the consumer sector, such as laptops and mobile phones, increasingly battery systems, especially lithium-ion Battery systems will be used, are placed on the high performance and reliability requirements.

Es ist üblich, Batterien für den Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen als Traktionsbatterien zu bezeichnen, da diese für die Speisung elektrischer Antriebe eingesetzt werden. In solchen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (EV) werden üblicherweise Akkupacks mit Akkumulatoren auf Lithium Basis, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen oder Lithiumpolymer-Zellen (LiPo) verwendet. Diese Lithiumpolymer Einzelzellen besitzen vollgeladen eine Zellenspannung von etwa 4,20 V und können ferner mit großer Stromtragfähigkeit hergestellt werden. It is common to refer to batteries for use in hybrid and electric vehicles as traction batteries, since these are used for the supply of electric drives. In such electrically powered vehicles (EV), battery packs with lithium-based batteries, in particular lithium-ion cells or lithium polymer cells (LiPo), are usually used. These lithium polymer single cells have a fully charged cell voltage of about 4.20 V and can also be made with high current carrying capacity.

Um die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geforderten Leistungs- und Energiedaten, beispielsweise Leistungen von über 100 kW, zu erzielen, werden in den eingesetzten Traktionsbatterien einzelne Batteriezellen in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet. Bei Elektrofahrzeugen werden häufig 100 Batteriezellen oder mehr in Serie verschaltet, wobei die Traktionsbatterien, die oft als austauschbare Akkupacks ausgelegt sind, Spannungen von beispielsweise bis zu 450 V aufweisen. Bei Abruf der Spitzenleistung fließen hierbei Ströme im dreistelligen Ampere Bereich. Falls das Akkupack am unteren Limit des Ladezustands angelangt ist, ist eine batteriebetriebene Weiterfahrt nur durch eine Wiederaufladung oder durch Tausch des gesamten Akkupacks möglich.In order to achieve the performance and energy data required for hybrid and electric vehicles, for example, power ratings of more than 100 kW, individual battery cells are connected in series and sometimes additionally in parallel in the traction batteries used. In electric vehicles often 100 battery cells or more are connected in series, the traction batteries, which are often designed as replaceable battery packs, have voltages of up to 450 V, for example. When the peak power is called, currents in the three-digit ampere range flow. If the battery pack has reached the lower limit of the state of charge, a battery-powered onward journey is only possible by recharging or replacing the entire battery pack.

Der Motor des Fahrzeugs, der typischerweise Drehstrom benötigt, kann über einen Inverter angeschlossen werden. Alternativ können Batteriesysteme mit stufig einstellbarer beziehungsweise zeitveränderlicher Ausgangsspannung eingesetzt werden. Dabei werden aus mehreren Batteriemodulsträngen, die jeweils mehrere Batteriemodule aufweisen, mehrphasige Umrichter, im Folgenden als Batteriedirektinverter (BDI) bezeichnet, gebildet. Diese können direkt – ohne Inverter – zum Betrieb eines Drehstrommotors genutzt werden. Auch in dieser Bauart treten die hohen Ströme und Spannungen an allen Modulen auf. Durch die hohe Gleichspannung sind besondere Maßnahmen zur Sicherheit gegenüber Personen notwendig. The engine of the vehicle, which typically requires three-phase current, can be connected via an inverter. Alternatively, battery systems can be used with step-adjustable or time-varying output voltage. In this case, multi-phase inverters, hereinafter referred to as battery direct inverters (BDI), are formed from a plurality of battery module strings, each of which has a plurality of battery modules. These can be used directly - without inverter - to operate a three-phase motor. Also in this design, the high currents and voltages occur on all modules. Due to the high DC voltage special measures for safety against persons are necessary.

In 1 ist ein als Batteriedirektinverter 11 ausgeführtes Batteriesystem 10 schematisch dargestellt. Dabei weist das Batteriesystem 10 mehrere Batteriemodulstränge 13 mit jeweils einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Batteriemodulen 12 auf. Dabei werden pro Batteriemodul 12 typischerweise 12 oder weniger Zellen eingesetzt, um die Spannung unter 60 V zu halten. Die Batteriemodulstränge 13 sind direkt mit einem mehrphasigen Elektromotor 14 verbunden. Der Batteriedirektinverter 11 verhält sich an den Ausgangsklemmen wie ein konventioneller Umrichter mit einem Zwischenkreis. Es können somit alle Verbraucher, die an einen konventionellen Umrichter angeschlossen werden können, auch hier zum Einsatz kommen.In 1 is as a battery direct inverter 11 engineered battery system 10 shown schematically. This is indicated by the battery system 10 several battery module strings 13 each having a plurality of battery modules arranged in series 12 on. Here are per battery module 12 typically 12 or less cells used to keep the voltage below 60V. The battery module strings 13 are directly with a multi-phase electric motor 14 connected. The battery direct inverter 11 behaves like a conventional inverter with a DC link at the output terminals. This means that all consumers that can be connected to a conventional inverter can also be used here.

Die Batteriemodule 12 nutzen Halbleiterventilschaltungen als Kopplungselemente. In der 2 ist eine detailliertere Ansicht eines beispielhaften Batteriemoduls 12 gezeigt, dass eine solche Schaltungsanordnung beziehungsweise Halbleiterventilschaltung als Kopplungseinheit 25 umfasst. Die Kopplungseinheit 25 weist dabei Halbleiterventile 22 und Freilaufdioden 23 auf, die zu den Batteriezellen 21 des Batteriemoduls 12 parallel geschaltet sind. Dabei ist jeder der beiden Anschlüsse 24, 26 des Batteriemoduls mit einem Mittenanschuss einer Reihenschaltung aus zwei Halbleiterventilen 22 und einem Mittenanschluss einer Reihenschaltung aus zwei Freilaufdioden 23 verbunden. Die Halbleiterventile 22 des Batteriemoduls 12 sind jeweils parallel zu den Batteriezellen 21 geschaltet, so dass ein Entladestrom wahlweise durchgelassen oder gesperrt werden kann. Die Freilaufdioden 23 sind bezüglich den Halbleiterventilen entgegengesetzt orientiert geschaltet. The battery modules 12 use semiconductor valve circuits as coupling elements. In the 2 FIG. 12 is a more detailed view of an exemplary battery module. FIG 12 shown that such a circuit arrangement or semiconductor valve circuit as a coupling unit 25 includes. The coupling unit 25 has semiconductor valves 22 and freewheeling diodes 23 on that to the battery cells 21 of the battery module 12 are connected in parallel. Here is each of the two connections 24 . 26 of the battery module with a center connection of a series connection of two semiconductor valves 22 and a center connection of a series connection of two freewheeling diodes 23 connected. The semiconductor valves 22 of the battery module 12 are each parallel to the battery cells 21 switched so that a discharge current can be either passed or blocked. The freewheeling diodes 23 are switched in opposite directions with respect to the semiconductor valves.

Ein Nachteil der in 2 gezeigten Kopplungseinheit 25 ist, dass diese keine effektive Sperrung des Batteriemoduls 12 bei anliegender Spannung, die grösser als die Batteriemodulspannung ist, ermöglicht. Die Kopplungseinheit 25 sperrt nur solange die anliegende Spannung kleiner ist als die Summe der Zellenspannungen des Batteriemoduls 12. Wird dahingegen die anliegende Spannung größer, werden die Batteriezellen 21 geladen, wobei der Strom durch die Freilaufdioden 23 fließt, egal welche Polarität die anliegende Spannung hat. Dies kann im Zweifelsfall sogar zur Zerstörung der Batteriezellen 21 führen.A disadvantage of in 2 shown coupling unit 25 is that this does not effectively block the battery module 12 when applied voltage greater than the battery module voltage allows. The coupling unit 25 locks only as long as the applied voltage is less than the sum of the cell voltages of the battery module 12 , If, on the other hand, the applied voltage increases, the battery cells become 21 loaded, the Current through the freewheeling diodes 23 flows, no matter what polarity the applied voltage has. In case of doubt, this can even destroy the battery cells 21 to lead.

Aus der JP 2002-078358 ist ferner ein elektrisches Energieversorgungsystem für ein Fahrzeug bekannt, das einen Gleichspannungswandler aufweist, der eine Kopplungseinheit mit einem induktiven Element umfasst.From the JP 2002-078358 Further, an electric power supply system for a vehicle is known, comprising a DC-DC converter comprising a coupling unit with an inductive element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit zumindest einem Batteriemodulstrang mit mehreren in Reihe angeordneten Batteriemodulen zur Verfügung gestellt, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen und mit einer schaltbaren Kopplungseinheit zum Koppeln des jeweiligen Batteriemoduls mit dem Batteriemodulstrang ausgestattet sind. Das Batteriesystem ist dazu eingerichtet, durch abwechselndes Schalten der Kopplungseinheiten eine zeitveränderliche Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs zu erzeugen. Die Kopplungseinheiten umfassen jeweils eine Schaltungsordnung, die Halbleiterbauelemente, oder zumindest ein induktives Bauelement, oder eine Kombination von Halbleiterbauelementen und zumindest einem induktiven Baulelement aufweist. Dabei sind die Bauelemente der Schaltungsanordnung derart angeordnet, dass durch die Schaltungsanordnung eine Strombegrenzung zumindest in der Richtung eines Ladestroms eines Batteriemoduls erreicht wird.According to the invention, a battery system having at least one battery module string with a plurality of battery modules arranged in series is provided, which each have one or more battery cells and are equipped with a switchable coupling unit for coupling the respective battery module to the battery module string. The battery system is configured to generate a time-variable output voltage of the battery module string by alternately switching the coupling units. The coupling units each comprise a circuit arrangement comprising semiconductor components, or at least one inductive component, or a combination of semiconductor components and at least one inductive component. In this case, the components of the circuit arrangement are arranged such that a current limit is achieved by the circuit arrangement at least in the direction of a charging current of a battery module.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sie Sicherheit insbesondere für Personen, wie Wartungspersonal, wesentlich erhöht werden kann, da zumindest die Ladeströme der einzelnen Batteriemodule begrenzt werden. Es wird vorteilhafterweise insgesamt eine bessere Kontrolle der Ladeströme ermöglicht, insbesondere bei Betrieb mit Generator. Auf diese Weise wird auch die Gefahr der unabsichtlichen Zerstörung der Batteriezellen verringert.An advantage of the invention is that it can be significantly increased security, especially for persons such as maintenance personnel, since at least the charging currents of the individual battery modules are limited. It is advantageously possible overall better control of the charging currents, especially when operating with generator. In this way, the risk of unintentional destruction of the battery cells is reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Kopplungseinheit derart eingerichtet, dass eine bidirektional wirksame Strombegrenzung durch die Kopplungseinheit erreicht wird. According to an advantageous embodiment of the invention, the circuit arrangement of a coupling unit according to the invention is set up such that a bidirectionally effective current limitation is achieved by the coupling unit.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes Batteriemodul einen positiven Pol und einen negativen Pol auf und weist ferner eine jede Kopplungseinheit zwei Batteriemodulanschlüsse zum Koppeln des Batteriemoduls mit dem Batteriemodulstrang auf, wobei jeder Batteriemodulanschluss einer Kopplungseinheit sowohl mit dem positiven Pol als auch mit dem negativen Pol des entsprechenden Batteriemoduls jeweils über ein ansteuerbares Halbleiterventil verbunden ist.According to a preferred embodiment, each battery module has a positive pole and a negative pole, and each coupling unit further comprises two battery module terminals for coupling the battery module to the battery module string, each battery module terminal of a coupling unit having both the positive pole and the negative pole of the corresponding one Battery module is connected in each case via a controllable semiconductor valve.

Besonders bevorzugt ist dabei jeder Batteriemodulanschluss jeweils über zwei unidirektionale und zueinander antiparallel geschaltete ansteuerbare Halbleiterventile mit dem positiven Pol oder mit dem negativen Pol des entsprechenden Batteriemoduls gekoppelt. In this case, each battery module connection is particularly preferably coupled to the positive pole or to the negative pole of the corresponding battery module via two unidirectional and mutually antiparallel-connected controllable semiconductor valves.

Dadurch kann eine Sperrung der Batteriemodule für Strom, beispielsweise im Falle eines zu großen Stromes, auf eine besonders sichere Weise erfolgen. As a result, a blockage of the battery modules for power, for example, in the case of excessive current, done in a particularly secure manner.

Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Kopplungseinheit eine zwischen dem entsprechenden Batteriemodul und dem restlichen Batteriemodulstrang angeordnete galvanische Trennung auf. Die galvanische Trennung kann mittels dem zumindest einen induktiven Bauelement der Kopplungseinheit bereitgestellt werden. According to another preferred embodiment of the invention, each coupling unit has a galvanic isolation arranged between the corresponding battery module and the remaining battery module string. The galvanic isolation can be provided by means of the at least one inductive component of the coupling unit.

Dadurch wird die Sicherheit des Batteriesystems weiter erhöht, wobei eine Strombegrenzung und eine galvanische Trennung kombiniert werden können.As a result, the safety of the battery system is further increased, with a current limit and a galvanic isolation can be combined.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Batteriesystems zur Verfügung gestellt. Verfahrensgemäß wird dabei durch die ansteuerbare Kopplungseinheit 25 über Halbleiterbauelemente eine Strombegrenzung zumindest in der Richtung eines Ladestroms eines Batteriemoduls 39, 61, 71 erreicht und/oder entsprechend eines jeweiligen Batteriemodulstroms die zugehörige elektrische Leistung durch die ansteuerbare Kopplungseinheit des Batteriemoduls jeweils auf induktive Weise übertragen. According to one aspect of the invention, an associated method for operating a battery system according to the invention is also provided. According to the method is by the controllable coupling unit 25 via semiconductor devices, a current limiting at least in the direction of a charging current of a battery module 39 . 61 . 71 achieved and / or according to a respective battery module current, the associated electrical power transmitted by the controllable coupling unit of the battery module in an inductive manner.

Ein Vorteil der induktiven Übertragung ist auch, dass eine einfache Austauschbarkeit der Batteriemodule beziehungsweise einzelner Batteriezellen ermöglicht wird. Dies betrifft einen Teilaustausch und einen Austausch aller Batteriemodule. Ein Austausch des gesamten Akkupacks ist dank der Erfindung nicht notwendig.An advantage of the inductive transmission is also that a simple interchangeability of the battery modules or individual battery cells is made possible. This concerns a partial replacement and replacement of all battery modules. An exchange of the entire battery pack is not necessary thanks to the invention.

Ein Vorteil ist ferner auch darin zu sehen, dass keine direkte Hochspannung generiert wird. Insbesondere liegt keine direkte Hochspannung im Hauptkreis beziehungsweise im Kreis einer an das Batteriesystem angeschlossenen elektrischen Maschine an. Innerhalb der Batteriemodule liegt somit lediglich eine niedrige Spannung an den elektronischen Bauteilen an, die daher kostengünstig ausgeführt sein können.An advantage is also to be seen in the fact that no direct high voltage is generated. In particular, no direct high voltage is present in the main circuit or in the circuit of an electrical machine connected to the battery system. Within the battery modules, therefore, only a low voltage is applied to the electronic components, which can therefore be carried out inexpensively.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst zumindest eines der Batteriemodule eine Reihenschaltung aus mehreren selektiv dem Batteriemodul zuschaltbaren Batteriezellmodulen. According to one embodiment of the invention, at least one of the battery modules comprises a Series connection of several selectively connectable to the battery module battery cell modules.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Batteriemodule jeweils als Batteriedirektinverter ausgebildet. Nach einem Aspekt dieser Ausführungsform können die Batteriemodule und/oder die Kopplungseinheiten jeweils derart angesteuert werden, dass ein jedes Batteriemodul als ein Batteriedirektinverter fungierend eine mehrphasige Wechselspannung erzeugt, die durch die Kopplungseinheiten jeweils induktiv dem Batteriemodulstrang aufgeprägt wird. According to a further embodiment of the invention, the battery modules are each formed as a battery direct inverter. According to one aspect of this embodiment, the battery modules and / or the coupling units can each be controlled in such a way that each battery module functioning as a battery direct inverter generates a multiphase AC voltage, which is impressively impressed on the battery module string by the coupling units.

Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche besondere Ausführungsform beschränkt. So kann eine Wechselspannung des Batteriemodulstrangs auch dadurch mittels der einzelnen Batteriemodule des Batteriemodulstrangs erzeugt werden, indem jedes Batteriemodul eine einphasige Wechselspannung beziehungsweise stufig verlaufende Ausgangsspannung generiert. The invention is not limited to such a particular embodiment. Thus, an AC voltage of the battery module string can also be generated by means of the individual battery modules of the battery module string by each battery module generates a single-phase AC voltage or stepped output voltage.

Verfahrensgemäß können in einem Entladebetrieb des zumindest einen Batteriemodulstrangs oder eines Batteriemoduls die zu entladenden einzelnen Batteriemodule jeweils eine Wechselspannung erzeugen. Die von einem Batteriemodul erzeugte Wechselspannung kann dabei einem Hauptkreis des Batteriesystems induktiv aufgeprägt werden. According to the method, in a discharge operation of the at least one battery module string or a battery module, the individual battery modules to be discharged can each generate an alternating voltage. The alternating voltage generated by a battery module can be inductive impressed a main circuit of the battery system.

Ferner kann in einem Ladebetrieb des Batteriemodulstrangs oder eines Batteriemoduls ein dem Batteriemodulstrang aufgeprägter Wechselstrom an zumindest ein zu ladendes Batteriemodul induktiv übertragen werden. Dabei wird der Wechselstrom beispielsweise mittels eines Ladegeräts extern dem Batteriemodulstrang aufgeprägt.Furthermore, in a charging operation of the battery module string or of a battery module, an alternating current impressed on the battery module string can be transmitted inductively to at least one battery module to be charged. In this case, the alternating current is impressed, for example by means of a charger external to the battery module string.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem, das zur Auswertung der Ladezustände der Batteriemodule des Batteriesystems eingerichtet ist. Dabei kann durch das Batteriemanagementsystem eine Information über einen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne vorzunehmenden Batteriemodulaustausch ermittelt oder empfangen werden, und in Antwort auf die ermittelte oder empfange Information können die Kopplungseinheiten derart angesteuert werden, dass das entsprechend zum Austausch vorgemerkte Batteriemodul vergleichsweise stärker entladen wird als Batteriemodule, die nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne auszutauschen sind.According to a particular embodiment of the invention, the battery system comprises a battery management system that is set up to evaluate the charge states of the battery modules of the battery system. In this case, information about a battery module replacement to be made within a predetermined period of time can be determined or received by the battery management system, and in response to the detected or received information, the coupling units can be controlled in such a way that the battery module correspondingly marked for replacement is relatively more discharged than battery modules. which are not to be replaced within the predetermined period of time.

Ein Vorteil dieser besonderen Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass die Reichweite erhöht werden kann. So kann bei einem Kraftfahrzeug, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt, die Reichweite erhöht werden, indem ohnehin in absehbarer Zeit auszutauschende Batteriemodule nochmal stärker belastet beziehungsweise ausgenutzt werden, wobei die verbleibenden Batteriemodule geschont werden und somit zu einer erhöhten Reichweite beitragen.An advantage of this particular embodiment is, in particular, that the range can be increased. Thus, in the case of a motor vehicle in which the method according to the invention is used, the range can be increased again by charging or utilizing battery modules which are to be exchanged again in the foreseeable future, whereby the remaining battery modules are spared and thus contribute to an increased range.

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

Die Batteriezellen des erfindungsgemäßen Batteriesystems sind bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen.The battery cells of the battery system according to the invention are preferably lithium-ion battery cells.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem. Another aspect of the invention relates to a motor vehicle having a battery system with a battery system according to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 ein Prinzipschaltbild eines als Batteriedirektinverter ausgeführten Batteriesystems, nach dem Stand der Technik, 1 1 is a block diagram of a battery system designed as a battery direct inverter, according to the prior art,

2 eine Prinzipschaltbild eines Batteriemoduls mit einer Kopplungsschaltung, nach dem Stand der Technik, 2 FIG. 1 shows a block diagram of a battery module with a coupling circuit, according to the prior art, FIG.

3 ein Blockdiagramm mit dem inneren Aufbau eines Batteriemoduls mit Batteriezellmodulen, nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 3 a block diagram with the internal structure of a battery module with battery cell modules, according to a first embodiment of the invention,

4 ein Batteriezellmodul mit einer Kopplungseinheit mit Halbleiterventilen, nach der ersten Ausführungsform der Erfindung, 4 a battery cell module having a coupling unit with semiconductor valves, according to the first embodiment of the invention,

5 ein Batteriezellmodul mit einer Kopplungseinheit mit Halbleiterventilen, nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 5 a battery cell module having a coupling unit with semiconductor valves, according to a second embodiment of the invention,

6 ein Batteriemodul mit einer Kopplungseinheit mit Halbleiterventilen, nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung, 6 a battery module with a coupling unit with semiconductor valves, according to a third embodiment of the invention,

7 ist ein Blockschaltbild eines induktiv gekoppelten Batteriedirektinverters, nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und 7 is a block diagram of an inductively coupled battery direct inverter, according to a fourth embodiment of the invention, and

8 eine Schaltungsanordnung zum Laden eines Batteriemodulstranges, nach einer Ausführungsform der Erfindung. 8th a circuit arrangement for charging a battery module string, according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In der 3 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das den inneren Aufbau eines Batteriemoduls 31 nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems zeigt. Erfindungsgemäß kann nach dieser Ausführungsform das Batteriemodul 31 innerhalb eines Batteriedirektinverters angeordnet sein, der ähnlich strukturiert ist wie der in 1 gezeigte Batteriedirektinverter 11. Wie in 3 gezeigt, umfasst das erfindungsgemäße Batteriemodul 31 mehrere Batteriezellmodule 32, die bevorzugt in Reihe angeordnet sind. Das Batteriemodul 31 kann erfindungsgemäß insbesondere induktiv mit einem Batteriestrang, der hier in Figur nicht explizit dargestellt ist, gekoppelt sein. In the 3 is a block diagram showing the internal structure of a battery module 31 shows a first embodiment of the battery system according to the invention. According to the invention, the battery module according to this embodiment 31 be arranged within a Batterieiedirektinverters, which is structured similar to that in 1 shown battery direct inverter 11 , As in 3 shown, includes the battery module according to the invention 31 several battery cell modules 32 , which are preferably arranged in series. The battery module 31 According to the invention, it can in particular be inductively coupled to a battery string, which is not explicitly shown here in FIG.

In der 4 wird beispielhaft ein erfindungsgemäßes Batteriezellmodul 32 gezeigt. Das Batteriezellmodul 32 hat eine Batteriezelle 21 und ist ferner über zwei Batteriezellmodulanschlüsse 42, 43 in dem Batteriemodul 31 verschaltet. Jeder Batteriezellmodulanschluss 42, 43 ist sowohl mit dem positiven Pol als auch mit dem negativen Pol der Batteriezelle 21 jeweils über ein ansteuerbares Halbleiterventil 41 verbunden. Dabei ist, wie in der 4 gezeigt, jeder der beiden Batteriezellmodulanschlüsse 42, 43 des Batteriezellmoduls 32 an einen Mittenanschluss einer Reihenschaltung aus zwei Halbleiterventilen 41 angeschlossen. Die Halbleiterventile 41 des Batteriezellmoduls 32 sind jeweils parallel zu der Batteriezelle 21 geschaltet, so dass ein Entladestrom wahlweise durchgelassen oder gesperrt werden kann. In the 4 is an example of a battery cell module according to the invention 32 shown. The battery cell module 32 has a battery cell 21 and is also over two battery cell module connections 42 . 43 in the battery module 31 connected. Each battery cell module connection 42 . 43 is with both the positive pole and the negative pole of the battery cell 21 each via a controllable semiconductor valve 41 connected. It is, as in the 4 shown, each of the two battery cell module connections 42 . 43 of the battery cell module 32 to a center of a series connection of two semiconductor valves 41 connected. The semiconductor valves 41 of the battery cell module 32 are each parallel to the battery cell 21 switched so that a discharge current can be either passed or blocked.

In der 5 ist eine zweite Ausführungsform des Batteriezellmoduls 32 gezeigt, wobei jeder Batteriezellmodulanschluss 42, 43 jeweils über zwei unidirektionale und zueinander antiparallel geschaltete ansteuerbare Halbleiterventile 41 mit dem positiven Pol oder mit dem negativen Pol der Batteriezelle gekoppelt ist. Der Einfachheit halber wird in 5 nur ein Halbleiterventil 41 explizit durch ein Bezugszeichen bezeichnet.In the 5 is a second embodiment of the battery cell module 32 shown, each battery cell module connection 42 . 43 in each case via two unidirectional and antiparallel connected controllable semiconductor valves 41 is coupled to the positive pole or to the negative pole of the battery cell. For simplicity, in 5 only a semiconductor valve 41 explicitly designated by a reference numeral.

Für den Fall, dass die Halbleiterschaltelemente 41 beziehungsweise Halbleiterventile 41 unidirektional ausgeführt sind, ist der Aufbau in 5 besonders vorteilhaft. In the event that the semiconductor switching elements 41 or semiconductor valves 41 are executed unidirectionally, the structure is in 5 especially advantageous.

Nach der in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform sind die Batteriemodule 31 im Wesentlichen induktiv zum Hauptkreis mit der Maschine gekoppelte Elemente, die selbst wiederum als kleine Batteriedirektinverter fungieren. Aus diesen kleinen Batteriedirektinvertern kann somit ein diese enthaltenden größerer Batteriedirektinverter gebildet werden, der dann direkt mit beispielsweise einem dreiphasigen Elektromotor verbunden ist. After in the 3 to 5 embodiment shown are the battery modules 31 essentially inductively coupled to the main circuit with the machine elements, which in turn act as a small battery direct inverter. From these small Batteriedirektinvertern thus a larger battery direct inverter containing these can be formed, which is then connected directly to, for example, a three-phase electric motor.

In der 6 ist ein Batteriemodul 61 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Wie aus einem Vergleich der 5 und 6 ersehen werden kann, ist die Schaltungsanordnung der Halbleiterventile nach 6 ähnlich zu der in 5, mit dem Unterschied, dass das Batteriemodul 61 eine Vielzahl von Batteriezellen 21 aufweist. Im Vergleich zu der in 2 gezeigten Schaltung sind die dortigen Freilaufdioden 23 durch Halbleiterventile 51 ersetzt. In the 6 is a battery module 61 according to a third embodiment of the invention. As if from a comparison of 5 and 6 can be seen, the circuit arrangement of the semiconductor valves is after 6 similar to the one in 5 , with the difference that the battery module 61 a variety of battery cells 21 having. Compared to the in 2 shown circuit are the local freewheeling diodes 23 through semiconductor valves 51 replaced.

Das Verfahren zur Steuerung der erfindungsgemäßen Kopplungselemente beziehungsweise Halbleiterventile 41, 51 ist nach dieser speziellen Ausführungsform in 6 anders als nach dem Stand der Technik. So werden erfindungsgemäß für eine Ladung des Batteriemoduls 61, falls unidirektionale Halbleiterventile 41, 51 verwendet werden, die Halbleiterventile 51 gegebenenfalls zusätzlich geschaltet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ansteuerung der Halbleiterventile in der Regel jedoch auf herkömmliche Weise erfolgen. The method for controlling the coupling elements or semiconductor valves according to the invention 41 . 51 is according to this particular embodiment in 6 unlike the prior art. Thus, according to the invention for a charge of the battery module 61 if unidirectional semiconductor valves 41 . 51 used, the semiconductor valves 51 possibly additionally switched. In other embodiments of the invention, however, the driving of the semiconductor valves can usually be done in a conventional manner.

Die zusätzlichen Halbleiterventile 51 in 6 sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die verwendeten anderen Halbleiterventile 41 bei Durchschaltung den Strom nur in eine Richtung passieren ließen, in den gezeigten Figuren wäre dies von oben nach unten, in welchem Falle eine Ladung der Batteriezellen nicht ohne weiteres möglich wäre. The additional semiconductor valves 51 in 6 are particularly advantageous if the other semiconductor valves used 41 When switching through the current could happen only in one direction, in the figures shown this would be from top to bottom, in which case a charge of the battery cells would not be readily possible.

Ein Vorteil der in 6 gezeigten Anordnung ist, dass jederzeit eine schaltbare Ladung sowie auch Sperrung des Batteriemoduls 61 erfolgen kann. An advantage of in 6 shown arrangement is that at any time a switchable charge as well as blocking the battery module 61 can be done.

Wie ein Fachmann erkennt, ist die Erfindung nicht auf die in den 3 bis 6 dargestellten Batteriemodule 31, 61 beschränkt. Stattdessen sind noch weitere Lösungen und Kombinationen denkbar. So kann beispielsweise auch ein Batteriemodul eingesetzt werden, das eine Vielzahl von Batteriezellen 21 aufweist und mit einer mit der Anordnung in 4 vergleichbaren Schaltungsanordnung einer Kopplungseinheit ausgestattet ist. Es können insbesondere auch bidirektionale Halbleiterventile verwendet werden.As one of ordinary skill in the art will appreciate, the invention is not limited to those in 3 to 6 illustrated battery modules 31 . 61 limited. Instead, other solutions and combinations are conceivable. For example, it is also possible to use a battery module that has a multiplicity of battery cells 21 and having a with the arrangement in 4 comparable circuit arrangement of a coupling unit is equipped. In particular, bidirectional semiconductor valves can also be used.

In der 7 ist ein Blockschaltbild eines Batteriesystems 70 mit einem induktiv gekoppelten Batteriedirektinverter 73 nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Batteriedirektinverter 73 weist 3 Batteriemodulstränge 13 auf, die mit dem Elektromotor 14 verbunden sind. Jeder Batteriemodulstrang 13 hat eine Vielzahl von Batteriemodulen 71, die induktiv in den Hauptkreis gekoppelt sind, welcher mit dem Elektromotor 14 verbunden ist. Die einzelnen Batteriemodule 71 können selbst wieder kleine Batteriedirektinverter sein. Die induktiven Bauelemente 72, welche beispielsweise Spulen und induktive Übertrager aufweisen können, sind Teile der jeweiligen erfindungsgemäßen Kopplungseinheiten, mit denen die Batteriemodule jeweils ausgestattet sind. In the 7 is a block diagram of a battery system 70 with an inductively coupled battery direct inverter 73 shown according to a fourth embodiment of the invention. The battery direct inverter 73 has 3 battery module strings 13 on that with the electric motor 14 are connected. Each battery module string 13 has a variety of battery modules 71 , which are inductively coupled in the main circuit, which with the electric motor 14 connected is. The individual battery modules 71 can themselves be small battery direct inverters. The inductive components 72 , which may have, for example, coils and inductive transformers are parts of the respective invention Coupling units with which the battery modules are each equipped.

Erfindungsgemäß wird so auch sichergestellt, dass die Batteriemodule 71 einfach austauschbar sind. Da die Ankopplung der Batteriemodule 71 induktiv ist, gibt es keine direkte elektrische Verbindung mit dem Hochstromteil des Batteriemodulstranges 13, der zum Elektromotor 14 führt. Ungeachtet dessen umfassen die Batteriemodule 71 Kommunikationsverbindungen zum Batteriemanagementsystem (BMS), das hier in der Figur nicht explizit dargestellt ist. Dabei können diese Kommunikationsverbindungen, da sie lediglich Niederquerschnittsleitungen umfassen, einfach gelöst werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Batteriesystemen ist insbesondere das Lösen einer Verbindung mit großem Querschnitt, die beispielsweise 200 A oder mehr tragen kann, hier nicht notwendig.According to the invention, this also ensures that the battery modules 71 are easily interchangeable. Because the coupling of the battery modules 71 is inductive, there is no direct electrical connection with the high current portion of the battery module string 13 that to the electric motor 14 leads. Regardless, the battery modules include 71 Communication links to the battery management system (BMS), which is not explicitly shown in the figure here. In this case, these communication links, since they only comprise low-profile lines, can be easily solved. In particular, unlike conventional battery systems, it is not necessary to release a large cross-section connection which may carry, for example, 200 A or more.

Ist der durchschnittliche Ladungszustand (SOC) des Akkupacks des erfindungsgemäßen Batteriesystems sehr niedrig, so kann er wieder angehoben werden, indem eines oder mehrere Batteriemodule 71 eines Batteriemodulstranges 13 durch geladene Batteriemodule ersetzt werden. Da für die volle Leistung des Fahrzeugs typischerweise alle Batteriemodule 71 notwendig sind, kann nach dem Austausch nur einzelner Batteriemodule 71 zwar weitergefahren werden, allerdings mit verminderter Leistung („limp home“). Weiß der Fahrer oder das Batteriesystem schon, dass in naher Zukunft Batteriemodule ausgetauscht werden können, so kann das Steuerverfahren für den Betrieb der Batteriemodule vorsehen, dass die in naher Zukunft auszutauschenden Module im Ladezustand (SOC) stärker heruntergefahren werden als die im Fahrzeug verbleibenden Batteriemodule. Somit wird der Austausch effektiver, und die Reichweite wird noch weiter vergrößert.If the average state of charge (SOC) of the battery pack of the battery system according to the invention is very low, it can be raised again by one or more battery modules 71 a battery module string 13 be replaced by charged battery modules. As for the full performance of the vehicle typically all battery modules 71 necessary, after replacing only individual battery modules 71 although continue to be driven, but with reduced performance ("limp home"). If the driver or the battery system already knows that battery modules can be replaced in the near future, the control procedure for operating the battery modules may provide that the modules to be replaced in the near future will be shut down more heavily than the battery modules remaining in the vehicle. Thus, the exchange becomes more effective, and the range is further increased.

Das Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Batteriesystems kann durch das Batteriemanagementsystem gesteuert werden und weist nach einer Ausführungsform der Erfindung die zwei Zustände eines Ladebetriebsmoduls und eines Entladebetriebsmodus auf. Hierbei kann das Aufladen der erfindungsgemäßen Batteriemodule 71 dadurch erfolgen, indem wie in 8 gezeigt ein jeweiliger Batteriemodulstrang 13 an eine geregelte Gleichstromquelle 81 angeschlossen wird. Bereits voll aufgeladene Batteriemodule 71 werden von der nicht gezeigten Steuereinheit in einen Bypassmodus versetzt.The method for operating the battery system according to the invention can be controlled by the battery management system and, according to one embodiment of the invention, has the two states of a charging operating module and a discharging operating mode. In this case, the charging of the battery modules according to the invention 71 be done by, as in 8th shown a respective battery module string 13 to a regulated DC power source 81 is connected. Already fully charged battery modules 71 are set by the control unit, not shown, in a bypass mode.

Erfindungsgemäß wird zunächst im Entladebetrieb ein stufiger sinusförmiger Batteriemodulstrom lokal in den Batteriemodulen 71 durch die jeweiligen enthaltenen Batteriedirektinverter erzeugt. Nicht benötigte Batteriemodule 71 werden in Sperrung geschaltet. Dazu werden die Halbleiterventile in den diese enthaltenden Batteriezellmodulen gesperrt, wodurch diese auch gegen induzierte Ströme gesperrt sind. Der in den Batteriemodulen 71 erzeugte Batteriemodulstrom wird induktiv dem Hauptkreis aufgeprägt, und zwar umso stärker, je mehr Batteriemodule 71 zugeschaltet werden. Ist in einem Batteriemodulstrang 13 nur ein einzelnes bestimmtes Batteriemodul 71 eingeschaltet, so wird dessen Batteriemodulstrom 71 induktiv über die Kopplung 72 in den Hauptkreis übertragen und kann den Elektromotor 14 treiben. Wird zusätzlich noch ein anderes Batteriemodul 71 aktiv, verdoppelt sich der insgesamt aufgeprägte Strom, und so weiter. According to the invention, a step-by-step sinusoidal battery module current is initially generated locally in the battery modules in the discharge mode 71 generated by the respective included battery direct inverter. Unused battery modules 71 are switched to blocking. For this purpose, the semiconductor valves are locked in the battery cell modules containing them, whereby they are also locked against induced currents. The one in the battery modules 71 generated battery module current is inductively impressed on the main circuit, and more so, the more battery modules 71 be switched on. Is in a battery module string 13 only a single specific battery module 71 turned on, so its battery module current 71 inductively via the coupling 72 transferred to the main circuit and can the electric motor 14 float. In addition, another battery module 71 active, the total impressed current doubles, and so on.

Das Ladeverfahren ist im Prinzip eine Umkehr des Entladeverfahrens. Dem Hauptkreis kann durch ein Ladegerät ein Wechselstrom aufgeprägt werden, welcher durch Induktion in die zu ladenden Batteriemodule 71 übertragen wird. Die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellmodule, die zu laden sind, werden durch Schaltung der Halbleiterventile der entsprechenden Kopplungseinheit gemäß der gerade anliegenden Polarität des induzierten Batteriemodulstroms in den Ladezustand versetzt. Auf diese Weise ist auch ein Balancing der Batteriemodule 71 untereinander möglich, indem als zeitlich begrenzter Ladestrom der durch andere Batteriemodule 71 erzeugte Strom verwendet wird. Innerhalb der Batteriemodule 71 ist auch ein Zellbalancing auf diese Weise denkbar.The charging process is in principle a reversal of the unloading process. The main circuit can be impressed by a charger, an alternating current, which by induction in the battery modules to be charged 71 is transmitted. The battery modules or battery cell modules to be charged are set in the state of charge by switching the semiconductor valves of the corresponding coupling unit according to the currently applied polarity of the induced battery module current. In this way is also a balancing of the battery modules 71 possible with each other, as a time-limited charging current by other battery modules 71 generated electricity is used. Inside the battery modules 71 is also a cell balancing conceivable in this way.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 8 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 to 8th Referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2002-078358 [0009] JP 2002-078358 [0009]

Claims (10)

Batteriesystem (70) mit zumindest einem Batteriemodulstrang (13) mit mehreren in Reihe angeordneten Batteriemodulen (31, 61, 71), die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen (21) aufweisen und mit einer schaltbaren Kopplungseinheit (25) zum Koppeln des jeweiligen Batteriemoduls (31, 61, 71) mit dem Batteriemodulstrang (13) ausgestattet sind, wobei das Batteriesystem (70) dazu eingerichtet ist, durch abwechselndes Schalten der Kopplungseinheiten (25) eine zeitveränderliche Ausgangsspannung des Batteriemodulstrangs (13) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheiten (25) jeweils eine Halbleiterbauelemente und/oder zumindest ein induktives Bauelement (72) umfassende Schaltungsanordnung umfassen, durch die eine Strombegrenzung zumindest in der Richtung eines Ladestroms eines Batteriemoduls (31, 61, 71) erreicht wird.Battery system ( 70 ) with at least one battery module string ( 13 ) with several battery modules arranged in series ( 31 . 61 . 71 ), each one or more battery cells ( 21 ) and with a switchable coupling unit ( 25 ) for coupling the respective battery module ( 31 . 61 . 71 ) with the battery module string ( 13 ), the battery system ( 70 ) is set up by alternately switching the coupling units ( 25 ) a time-variable output voltage of the battery module string ( 13 ), characterized in that the coupling units ( 25 ) each have a semiconductor components and / or at least one inductive component ( 72 ) comprise comprehensive circuit arrangement, by which a current limiting at least in the direction of a charging current of a battery module ( 31 . 61 . 71 ) is achieved. Batteriesystem (70) nach Anspruch 1, wobei jedes Batteriemodul (31, 61, 71) einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist und jede Kopplungseinheit (25) zwei Batteriemodulanschlüsse (24, 26) zum Koppeln des Batteriemoduls (31, 61, 71) mit dem Batteriemodulstrang (13) aufweist, wobei jeder Batteriemodulanschluss (24, 26) einer Kopplungseinheit (25) jeweils über ein ansteuerbares Halbleiterventil (41) mit dem positiven Pol und mit dem negativen Pol des entsprechenden Batteriemoduls (31, 61, 71) verbunden ist.Battery system ( 70 ) according to claim 1, wherein each battery module ( 31 . 61 . 71 ) has a positive pole and a negative pole, and each coupling unit ( 25 ) two battery module connectors ( 24 . 26 ) for coupling the battery module ( 31 . 61 . 71 ) with the battery module string ( 13 ), each battery module connection ( 24 . 26 ) a coupling unit ( 25 ) each via a controllable semiconductor valve ( 41 ) with the positive pole and with the negative pole of the corresponding battery module ( 31 . 61 . 71 ) connected is. Batteriesystem (70) nach Anspruch 2, wobei jeder Batteriemodulanschluss (24, 26) jeweils über zwei unidirektionale und zueinander antiparallel geschaltete ansteuerbare Halbleiterventile (41, 51) mit dem positiven Pol oder mit dem negativen Pol des entsprechenden Batteriemoduls (31, 61, 71) gekoppelt ist. Battery system ( 70 ) according to claim 2, wherein each battery module connection ( 24 . 26 ) in each case via two unidirectional and mutually antiparallel-connected controllable semiconductor valves ( 41 . 51 ) with the positive pole or with the negative pole of the corresponding battery module ( 31 . 61 . 71 ) is coupled. Batteriesystem (70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jede Kopplungseinheit (25), insbesondere das zumindest eine induktive Bauelement (72) der Kopplungseinheit (25), eine zwischen dem entsprechenden Batteriemodul (31, 61, 71) und dem restlichen Batteriemodulstrang (13) angeordnete galvanische Trennung aufweist. Battery system ( 70 ) according to one of the preceding claims, wherein each coupling unit ( 25 ), in particular the at least one inductive component ( 72 ) of the coupling unit ( 25 ), one between the corresponding battery module ( 31 . 61 . 71 ) and the remaining battery module string ( 13 ) has arranged galvanic separation. Batteriesystem (70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Batteriemodule (31) eine Reihenschaltung aus mehreren selektiv dem Batteriemodul (31) zuschaltbaren Batteriezellmodulen (32) umfasst. Battery system ( 70 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the battery modules ( 31 ) a series connection of several selectively the battery module ( 31 ) switchable battery cell modules ( 32 ). Batteriesystem (70) nach Anspruch 5, wobei die Batteriemodule (31, 61, 71) und die Kopplungseinheiten (25) jeweils derart ansteuerbar und ausgebildet sind, dass jedes Batteriemodul (31, 61, 71) insbesondere als ein Batteriedirektinverter fungierend eine einphasige oder mehrphasige Wechselspannung erzeugen kann, die durch die Kopplungseinheiten (25) jeweils induktiv dem Batteriemodulstrang (13) aufgeprägt werden kann.Battery system ( 70 ) according to claim 5, wherein the battery modules ( 31 . 61 . 71 ) and the coupling units ( 25 ) are each controlled and configured such that each battery module ( 31 . 61 . 71 ) in particular as a battery direct inverter capable of generating a single-phase or multi-phase AC voltage generated by the coupling units ( 25 ) each inductively the battery module string ( 13 ) can be imprinted. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das zumindest einen Batteriemodulstrang (13) mit mehreren in Reihe angeordneten Batteriemodulen (31, 61, 71) aufweist, die jeweils mit einer ansteuerbaren Kopplungseinheit (25) zum selektiven Koppeln des Batteriemoduls (31, 61, 71) mit dem Batteriemodulstrang (13) ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch die ansteuerbare Kopplungseinheit (25) über Halbleiterbauelemente eine Strombegrenzung zumindest in der Richtung eines Ladestroms eines Batteriemoduls (39, 61, 71) erreicht wird und/oder entsprechend eines jeweiligen Batteriemodulstroms die zugehörige elektrische Leistung durch die ansteuerbare Kopplungseinheit des Batteriemoduls (31, 61, 71) auf induktive Weise übertragen wird. Method for operating a battery system ( 70 ) according to one of claims 1 to 6, the at least one battery module string ( 13 ) with several battery modules arranged in series ( 31 . 61 . 71 ), each with a controllable coupling unit ( 25 ) for selectively coupling the battery module ( 31 . 61 . 71 ) with the battery module string ( 13 ), characterized in that by the controllable coupling unit ( 25 ) via semiconductor components, a current limiting at least in the direction of a charging current of a battery module ( 39 . 61 . 71 ) and / or corresponding to a respective battery module current, the associated electrical power by the controllable coupling unit of the battery module ( 31 . 61 . 71 ) is transmitted in an inductive manner. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in einem Entladebetrieb des zumindest einen Batteriemodulstrangs (13) oder eines Batteriemoduls (31, 61, 71) die zu entladenden einzelnen Batteriemodule (31, 61, 71) jeweils eine Wechselspannung erzeugen, die einem Hauptkreis des Batteriesystems (70) induktiv aufgeprägt wird, oder wobei in einem Ladebetrieb des Batteriemodulstrangs (13) oder eines Batteriemoduls (31, 61, 71) ein dem Batteriemodulstrang (13) insbesondere durch ein angeschlossenes Ladegerät (81) aufgeprägter Wechselstrom an zumindest ein zu ladendes Batteriemodul (31, 61, 71) induktiv übertragen wird. The method of claim 7, wherein in a discharging operation of the at least one battery module string ( 13 ) or a battery module ( 31 . 61 . 71 ) the individual battery modules to be discharged ( 31 . 61 . 71 ) each generate an AC voltage which is a main circuit of the battery system ( 70 ) is inductively impressed, or wherein in a charging operation of the battery module string ( 13 ) or a battery module ( 31 . 61 . 71 ) the battery module string ( 13 ) in particular by a connected charger ( 81 ) impressed alternating current to at least one battery module to be charged ( 31 . 61 . 71 ) is transmitted inductively. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Batteriesystem (70) ein Batteriemanagementsystem umfasst, das zur Auswertung der Ladezustände der Batteriemodule (31, 61, 71) des Batteriesystems (70) eingerichtet ist, wobei durch das Batteriemanagementsystem eine Information über einen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne vorzunehmenden Batteriemodulaustausch ermittelt oder empfangen wird, und in Antwort auf die ermittelte oder empfange Information die Kopplungseinheiten (25) derart angesteuert werden, dass das entsprechend zum Austausch vorgemerkte Batteriemodul (31, 61, 71) vergleichsweise stärker entladen wird als Batteriemodule (31, 61, 71), die nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne auszutauschen sind.Method according to claim 7 or 8, wherein the battery system ( 70 ) comprises a battery management system that is used to evaluate the charge states of the battery modules ( 31 . 61 . 71 ) of the battery system ( 70 ), wherein the battery management system determines or receives information about a battery module replacement to be made within a predetermined period of time, and in response to the determined or received information, the coupling units ( 25 ) are controlled in such a way that the battery module marked accordingly for replacement ( 31 . 61 . 71 ) is discharged to a comparatively greater extent than battery modules ( 31 . 61 . 71 ) that are not to be exchanged within the predetermined period of time. Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, das ein Batteriesystem (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei das Batteriesystem (70) zur Versorgung eines Elektromotors (14) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Motor vehicle, in particular hybrid or electric vehicle, which has a battery system ( 70 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the battery system ( 70 ) for supplying an electric motor ( 14 ) of the motor vehicle is arranged.
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