[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles Energieversorgungssystem mit einer

Vielzahl von Batteriemodulen, die steuerbar in Serie schaltbar sind, um unterschiedliche Spannungen an einem Ausgang des Energieversorgungssystems bereitzustellen, einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Batteriemodule, wobei jedes Batteriemodul einen Eingangs-und einen Ausgangsanschluss, eine Batterieeinheit und eine Brückenschaltung, die zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss vorgesehen ist und ausgelegt ist, entweder die Batterieeinheit mit dem Eingangs-, und Ausgangsanschluss zu verbin den - Batteriemodus, oder den Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss unter Überbrückung der Batterieeinheit zu verbinden - Überbrückungsmodus.

[0002] Stationäre Energieversorgungssysteme der vorgenannten Art sind allgemein bekannt, beispielsweise auch aus US 5 642 275 A oder US 3 867 643 A. Die dort gezeigten Energieversorgungssysteme nutzen Umrichter, die allgemein als "cascaded multilevel inverter/converter" oder "multilevel inverter/converter“ bezeichnet werden. Weitere Energieversorgungssysteme sind aus DE 10 2014 200 267 A1 , US 2016/0075254 A1 oder US 2015/0171632 A1 gezeigt. Das Prinzip dieser Umrichter besteht darin, eine Anzahl N einzelner Gleichspannungs quellen so zu steuern, dass sich am Ausgang eine treppenförmig an- bzw. absteigende Spannung ergibt, so dass sich eine fast sinusförmige Wechselspannung ergibt, die bei Bedarf noch geglättet werden kann. Solche Umrichter haben sich gegenüber sogenannten Zwei- oder Dreipunktwechselrich tern, die aus einer Zwischenkreisspannung mittels Zerhackens und Glättens eine ein- oder dreiphasige sinusförmige Ausgangsspannung erzeugen, als vorteilhaft herausge stellt, insbesondere im Hinblick auf Kosten, thermische Verluste und Baugröße. Bei einem stationären Betrieb solcher Energieversorgungssysteme spielt der

Energieverbrauch in einem Ruhezustand, d.h. bspw. während deren Transports oder Lagerung ohne angeschlossenen Verbraucher, keine wesentliche Rolle, da üblicherweise eine ständige Verbindung zu einem externen Versorgungsnetz besteht. Sollen solche Energieversorgungssysteme jedoch als mobile Systeme betrieben werden, ergibt sich das Problem, dass die Batteriezellen, die die elektrischen Elemente in dem System mit Energie versorgen, mit der Zeit entladen. Als mobile Systeme sind in diesem Zusammen hang beispielsweise auch solche Systeme zu verstehen, welche zur Versorgung von Fahrzeugen eingesetzt werden können. Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Energieversorgungssystem der vorgenannten Art so weiterzubilden, dass es mobil ersetzbar ist, d.h. ein schnelles Entladen der Batteriezellen vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei den mobilen Energieversorgungssystemen der vorgenannten Art dadurch gelöst, dass jedes Batteriemodul ausgelegt ist, in einem Betriebsmodus und einem Ruhemodus gesteuert zu werden, wobei im Betriebsmodus die Brückenschaltung in den Batteriemodus und den Überbrückungsmodus schaltbar ist und im Ruhezustand die Brückenschaltung in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt ist. Die Aufgabe wird dadurch vollkommen gelöst. Dadurch, dass jedes Batteriemodul, vorzugsweise über ein Steuersignal, in einen

Ruhemodus gesteuert werden kann, wird der Energieverbrauch innerhalb des Batte riemoduls deutlich reduziert. Insbesondere reduziert sich der Energieverbrauch der Brückenschaltung, da diese in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt ist. Zur Erzielung dieses Zustands mit minimalem Energieverbrauch werden innerhalb der Brückenschaltung zumindest einige der elektronischen Bauelemente so betrieben, dass sie keinen bzw. einen minimalen Energieverbrauch haben. Eine bevorzugte Möglichkeit, einen solchen Ruhezustand mit minimalem

Energieverbrauch bei einer Brückenschaltung herbeizuführen, besteht darin, dass die mehreren Schaltelemente zum Setzen des Batteriemodus oder des Überbrückungsmodus als selbst-sperrende Schaltelemente, wie bspw. N-MOSFETs, ausgelegt sind, und in den selbst-sperrenden Zustand gebracht werden. Ein solcher selbst-sperrender Zustand lässt sich gerade ohne Energieversorgung der Schaltelemente erreichen. In diesem Zustand ist weder die Batterieeinheit mit dem Eingangs- und Ausgangsanschluss einer Brückenschal tung verbunden, noch sind Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss unter Überbrü ckung der Batterieeinheit verbunden. Dadurch, dass diese Schaltelemente keine bzw. minimal Energie verbrauchen, lässt sich der gesamte Energieverbrauch der Brückenschaltung deutlich reduzieren. Bevorzugt weist jedes Batteriemodul eine Steuereinrichtung auf, die mit der

Batterieeinheit zur Energieversorgung und der Brückenschaltung verbunden ist, um die Brückenschaltung in den Batteriemodus oder den Überbrückungsmodus zu schalten. D.h. mit anderen Worten, dass die Steuereinrichtung das Steuersignal erzeugt. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass dieses Steuersignal direkt von der Steuereinheit geliefert wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Steuereinheit bspw. ein codiertes Signal mit mehreren Informationen an alle Batteriemodule senden kann, und die Steuereinrichtung dann dieses Signal decodiert und in das Steuersignal umsetzt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung im Ruhemodus zumindest zeitweise in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt. D.h. mit anderen Worten, dass nicht nur der Energieverbrauch der Brückenschaltung, sondern auch der Steuereinrichtung eines Batteriemoduls reduziert wird, sodass sich eine noch größere Reduzierung des Energieverbrauchs ergibt. Dadurch, dass die Steuerein richtung während des Ruhemodus zeitweise, insbesondere periodisch in einem Zustand mit normalem Energieverbrauch arbeitet, geht die Steuerfunktion der Steuereinrichtung während des Ruhemodus nicht verloren. Somit kann die Steuereinrichtung eines Batte riemoduls auch während des Ruhemodus die Brückenschaltung aus dem Ruhezustand in den Betriebsmodus überführen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist jedem Batteriemodul eine Isolationsvorrichtung zugeordnet, die als galvanische Trennung zwischen dem Batteriemodul und der Steuer einheit dient. Über diese Isolationsvorrichtung können Signale von der Steuereinheit zu einem

Batteriemodul galvanisch getrennt übertragen werden. Eine solche galvanische Trennung ist insbesondere unter Sicherheitsaspekten erforderlich. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Isolationsvorrichtung nicht notwendigerweise eine bauliche Einheit mit dem Batteriemodul bilden muss. Vielmehr ist es auch denkbar, die Isolationsvorrichtung als separate Einheit getrennt von dem Batteriemodul auszubilden. Bevorzugt ist die Isolationsvorrichtung auch im Ruhezustand zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise mit der Batterieeinheit zur Energieversorgung verbunden. Bevorzugt ist die Isolationsvorrichtung im Ruhezustand in vordefinierten Intervallen mit der Batterieeinheit zur Energieversorgung verbunden. D.h. mit anderen Worten, dass ein Teil der Isolationsvorrichtung von der Batterieeinheit mit Energie versorgt wird, wobei diese Energieversorgung zumindest zeitweise, bei spielsweise in vordefinierten Intervallen unterbrochen werden kann, um so den Energie verbrauch weiter zu reduzieren, ohne die Funktionalität der Isolationsvorrichtung einzu schränken. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Isolationsvorrichtung auch im Ruhemodus Signale von der Steuereinheit empfangen und entsprechend weiterführen kann. Der Empfang und die Weiterführung von Steuersignalen der Steuereinheit können in jenen Phasen während des Ruhemodus erfolgen, in denen die Isolationsvorrichtung zeitweise mit der Batterieeinheit verbunden ist. Mithilfe der vorgenannten Maßnahmen, nämlich Reduzierung des Energieverbrauchs der Brückenschaltung, der Steuereinrichtung sowie der Isolationsvorrichtung lässt sich der Energieverbrauch eines Batteriemoduls während des Ruhemodus beträchtlich reduzieren. Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Batteriemodul in den Ruhemodus gesetzt, wenn ein vorgegebenes Kriterium erreicht wird. Ein solches Kriterium kann beispielsweise sein: Ausbleiben eines Steuersignals von der Steuereinheit im Überbrückungsmodus, oder mittlere Stromabgabe unterhalb eines vorgegebenen Werts. D.h. mit anderen Worten, dass der Ruhemodus nicht manuell eingestellt werden muss, sondern dass das Energieversorgungssystem diesen Ruhemodus automatisch auswählt. Der Vorteil dieser Maßnahme ist insbesondere darin zu sehen, dass eine weitere Redu zierung des Energieverbrauchs erreichbar ist, da der Ruhemodus zuverlässig und schnell ausgewählt wird. Sofern dies möglich ist, befindet sich jedes Batteriemodul im Ruhemo dus. Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Isolationsvorrichtung einen

Funkempfänger, und/oder einen optischen Sensor und/oder eine kapazitiven oder indukti ven Überträger zur galvanischen Trennung auf. Gerade die Verwendung von sogenannten Optokopplern ist eine kostengünstige

Möglichkeit, eine galvanische Trennung zwischen Batteriemodul und Steuereinheit bereitzustellen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung enthält das von der Steuereinheit gelieferte

Steuersignal an die Batteriemodule zumindest zwei Informationen, nämlich Überbrü ckungsmodus bzw. Batteriemodus und Ruhemodus bzw. Betriebsmodus. Bevorzugt ist die Steuereinheit ausgelegt, als Steuersignal ein zeitkodiertes binäres Signal zu erzeu gen. Diese Maßnahmen haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da nur ein sehr geringer Aufwand für die Übermittlung der Steuersignale notwendig ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist jedes Batteriemodul eine Trennvorrichtung auf, die ausgelegt ist, die Brückenschaltung und/oder zumindest einen Zwischenkreiskonden sator von der Batterieeinheit zu trennen, wobei der Zwischenkreiskondensator parallel zur Batterieeinheit vorgesehen ist. Weiter bevorzugt weist die Trennvorrichtung zumindest ein Schaltelement auf, wobei dieses zumindest ein Schaltelement im Ruhezustand in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch, vorzugsweise in einen hochohmigen Zustand, gesetzt ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest eines der Schaltelemente als

Transistor ausgebildet. Weiter bevorzugt weist die Batterieeinheit zumindest eine Batteriezelle auf.

Selbstverständlich kann die Batterieeinheit auch mehrere in Serie oder parallel geschalte te Batteriezellen aufweisen. In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Batterieeinheit eine Schaltung zur Messung von Einzelspannungen von in Serie geschalteten Batteriezellen der Batterieeinheit auf, welche im Ruhemodus in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt wird. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst von einem Batteriemodul für ein Energieversorgungssystem, wobei das Batteriemodul aufweist: einen Eingangs und einen Ausgangsanschluss, eine Batterieeinheit, eine Brückenschaltung, die zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss vorgesehen ist und ausgelegt ist, entweder die Batterieeinheit mit dem Eingangs- und Ausgangsanschluss zu verbinden - Batteriemodus-, oder den Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss unter Über brückung der Batterieeinheit zu verbinden -Überbrückungsmodus-, wobei das Batte riemodul ausgelegt ist, in einen Betriebsmodus und einen Ruhemodus gesteuert zu werden, wobei im Betriebsmodus die Brückenschaltung in den Batteriemodus und den Überbrückungsmodus schaltbar ist und im Ruhemodus die Brückenschaltung in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt ist. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mobilen Energieversorgungssystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls des Energieversorgungs systems von Fig. 1 ;

Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Brückenschaltung des Batteriemoduls von

Fig. 2 gemäß einer ersten Alternative;

Fig. 3b eine schematische Darstellung einer Brückenschaltung des Batteriemoduls von

Fig. 2 gemäß einer zweiten Alternative; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Isolationsvorrichtung des Batteriemoduls von Fig. 2;

Fig. 5 zwei unterschiedliche Ausgestaltungen einer Trennvorrichtung des Batteriemo duls von Fig. 2; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit des Batteriemoduls von

Fig. 2..

1036] In Fig. 1 ist ein Energieversorgungssystem als Blockschaltdiagramm dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Dieses Energieversorgungssystem 10 ist als mobile Einheit ausgebildet, d.h. sie hat ein Gewicht und eine Größe, die für eine Person handhabbar ist. Das Gewicht des Energieversorgungssystems liegt unter 25 Kilo und die Größe ist so bemessen, dass das Energieversorgungssystem als Rucksack getragen werden kann.

►037] Das mobile Energieversorgungssystem 10 weist eine Anzahl N von Batteriemodulen 12 auf, die in Reihe geschaltet sind. Die Steuerung der einzelnen Batteriemodule 12 erfolgt über eine Steuereinheit 14.

►038] Die von den in Serie geschalteten Batteriemodulen 12 abgegebene Gesamtspannung wird über eine Glättungsdrossel geglättet und liegt an einer Steckvorrichtung 18 an. Bei der Steckvorrichtung 18 kann es sich um einen normierten Steckanschluss für beispiels weise 220 V Wechselspannungsgeräte handeln.

►039] Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist jedes der N Batteriemodule 12 einen Steueranschluss 20 auf, über den die Steuereinrichtung 14 ein Steuersignal über eine Steuerleitung 21 übermitteln kann.

►040] Ferner weist jedes Batteriemodul 12 einen Moduleingang 22 und einen Modulausgang 24 auf. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass„Eingang“ und„Ausgang“ beliebig benannt sind. Insbesondere bei steuerbarer Polarität des Batteriemoduls können„Ein- gang“ und„Ausgang“ funktional nicht voneinander abgegrenzt werden. So können durch geeignete Ansteuerung auch zwei Eingänge 22 oder Ausgänge 24 in der Serienschaltung miteinander verbunden werden. Die N Batteriemodule sind so angeordnet, dass der Modulausgang 24 eines

Batteriemoduls 12 mit dem Moduleingang 22 des nachfolgenden Batteriemoduls 12 elektrisch verbunden ist. Der Moduleingang 22 des ersten Batteriemoduls 12 ist dann über eine Spannungsleitung 26 mit der Steckvorrichtung 18 elektrisch verbunden, und der Modulausgang 24 des letzten Batteriemoduls ist über die Glättungsdrossel 16 mit der Steckvorrichtung 18 verbunden, sodass die gelieferte Ausgangsspannung des Energie versorgungssystems 10 zwischen Moduleingang 22 des ersten Batteriemoduls und dem Modulausgang 24 des letzten Batteriemoduls 12 liegt. Um nun eine annähernd sinusförmige Wechselspannung am Ausgang zu erreichen, wechseln die einzelnen Batteriemodule gesteuert von der Steuereinheit 14 periodisch von einem Batteriemodus zu einem Überbrückungsmodus und umgekehrt. Im Batteriemodus liegt zwischen dem Moduleingang 22 und dem Modulausgang 24 eines Batteriemoduls die Spannung einer Batterieeinheit des Batteriemoduls 12 an. Im Überbrückungsmodus hingegen sind Moduleingang 22 und Modulausgang 24 elektrisch miteinander verbunden, sodass keine Spannung zwischen diesen Punkten liegt. Durch sukzessives Schalten der Batteriemodule aus dem Überbrückungsmodus in den Batteriemodus lässt sich folglich die Ausgangsspannung stufenweise um die Spannung eines Batteriemoduls erhöhen. In gleichem Maße lässt sich durch sukzessives Zurück schalten in den Überbrückungsmodus die Ausgangsspannung wieder schrittweise redu zieren. Die möglichen Spannungen am Ausgang liegen folglich zwischen 0 V und N mal die Spannung eines Batteriemoduls. Durch Glätten, sofern überhaupt erforderlich, dieses stufenförmigen Spannungsverlaufs lässt sich ein fast sinusförmiger Spannungsverlauf an der Steckvorrichtung 18 erreichen. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, mehrere der N Batteriemodule 12 gleichzeitig zwischen Überbrückungsmodus und Batteriemodus hin und her zu schalten. Darüber hinaus ist anzumerken, dass zuvor die Erzeugung einer Halbwelle beschrieben wurde. Die andere Halbwelle wird in gleicher Weise erzeugt, wobei lediglich eine Umpolung erfolgt. Aus Vereinfachungsgründen ist diese Umpolung in den Figuren nicht dargestellt und auch nicht weiter beschrieben. Nachfolgend wird nun der grundsätzliche Aufbau eines Batteriemoduls 12 unter

Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert. Ein Batteriemodul 12 weist eine Batterieeinheit 30 auf, die ein oder mehrere

Batteriezellen, vorzugsweise wiederaufladbare Batteriezellen sowie eine Batteriezellen überwachungseinheit 31 umfasst. Die Batteriezellen-Überwachungseinheit 31 überwacht die Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen. In Fig. 6 ist die Batterieeinheit 30 beispielhaft im Detail dargestellt. Sie umfasst eine Anzahl von N Batteriezellen Z1 bis ZN, die in Serie verschaltet sind. Ferner ist die Batteriezellen-Überwachungseinheit 31 derart mit den einzelnen Zellen Z1-ZN verbunden, dass die jeweilige Zellenspannung erfasst werden kann. Die Versorgung der Batteriezellen-Überwachungseinheit 31 erfolgt aus der Batterieeinheit 30 selbst, vorzugsweise über die beiden äußeren Abgriffe, d.h. über die Spannung VL+ und VL-. Ferner enthält das Batteriemodul 12 eine Isolationsvorrichtung 32, eine Steuereinrichtung 34, eine Brückenschaltung 36 sowie einen Kondensator 38, die parallel zueinander und zu der Batterieeinheit 30 angeordnet sind und über zwei Versorgungsleitungen VL+, VL- mit der Batterieeinheit 30 elektrisch verbunden sind. In einer oder beiden Versorgungslei tungen VL+, VL- ist zudem eine Trennvorrichtung 40 und eine Sicherung 42 in Reihe geschaltet vorgesehen. Fig. 2 lässt noch erkennen, dass die Isolationsvorrichtung 32 mit einem Eingang an dem Steueranschluss 20 des Batteriemoduls 12 liegt, um so ein Steuersignal empfangen zu können. Ein solches Steuersignal kann dann über eine Steuerleitung S von der Isolations vorrichtung an die Steuereinrichtung 34 weitergeleitet werden. Von der Steuereinrichtung 34 wiederum kann ein Steuersignal über eine Steuerleitung S an die Brückenschaltung 36 übertragen werden.

1050] Wie sich weiter aus Fig. 2 ergibt, ist der Moduleingang 22 und der Modulausgang 24 jeweils mit der Brückenschaltung 36 elektrisch verbunden.

1051] Die Brückenschaltung 36 ist nun so ausgelegt, dass sie im Batteriemodus eine

Verbindung der Spannungsleitung VL+ mit dem Moduleingang und eine Verbindung der Spannungsleitung VL- mit dem Modulausgang 24 vornimmt. Damit liegt an dem Mo duleingang 22 und dem Modulausgang 24, die von der Batterieeinheit zur Verfügung gestellte Spannung, beispielsweise 3,6 V bei einer Lithium-Ionen-Zelle.

1052] Im Überbrückungsmodus hingegen stellt die Brückenschaltung 36 eine elektrische

Verbindung zwischen dem Moduleingang 22 und dem Modulausgang 24 her, sodass die Batterieeinheit 30 abgekoppelt ist und das Batteriemodul 12 selbst keine Spannung zwischen Moduleingang und Modulausgang bereitstellt.

►053] Der Aufbau zweier unterschiedlicher Brückenschaltungen 36 ist beispielhaft in Fig. 3a und

Fig. 3b schematisch dargestellt. Hierbei ist festzuhalten, dass die einzelnen gezeigten Schaltelemente alleine zur Verdeutlichung der Funktionalität der Brückenschaltung dienen..

►054] In Fig. 3a weist die Brückenschaltung 36 eine Schaltsteuerung 50 auf, die insgesamt beispielsweise drei Schaltelemente 52.1 , 52.2 und 54 ansteuern kann. Die beiden Schalt elemente 52.1 und 52.2 stellen jeweils eine Verbindung zwischen der Versorgungsleitung VL+ und dem Moduleingang 22 bzw. der Versorgungsleitung VL- und dem Modulausgang 24 her.

►055] Das Schaltelement 54 ist zwischen dem Moduleingang 22 und dem Modulausgang 24 vorgesehen und kann eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Punkten hersteilen. 1056] Im Batteriemodus sind nun die beiden Schaltelemente 52.1 und 52.2 geschlossen, während das Schaltelement 54 geöffnet sein muss.

►057] Im Überbrückungsmodus ist das Schaltelement 54 geschlossen, während zumindest eines der beiden anderen Schaltelemente 52.1 und 52.2 geöffnet sein muss, um die Überbrückung zu gewährleisten.

►058] Die jeweilige Steuerung dieser Schaltelemente erfolgt über die Schaltsteuerung 50, die ihrerseits über die Steuerleitung S die erforderlichen Steuersignale von der Steuereinrich tung 34 empfängt.

►059] Aus Fig. 3a ist noch ersichtlich, dass die Schaltsteuerung 50 über die beiden

Versorgungsleitungen VL+ und VL- über die Batterieeinheit 30 mit Energie versorgt wird.

►060] Üblicherweise sind die vorgenannten Schaltelemente 52, 54 als Transistoren,

beispielsweise MOSFETs vorgesehen. Andere Schaltelemente sind selbstverständlich auch denkbar.

1061] In Fig. 3b ist eine alternative Brückenschaltung 36 dargestellt, die im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Brückenschaltung insgesamt vier Schaltelemente 52.1 , 52.2, 52.3 und 52.4 aufweist, die jeweils von der Schaltsteuerung 50 ansteuerbar sind. Die beiden Schaltelemente 52.1 und 52.2 sind in Serie geschaltet und liegen in einem ersten Strom pfad zwischen Moduleingang 22 und Modulausgang 24. Die beiden anderen Schaltele mente 52.3 und 52.4 sind ebenfalls in Serie geschaltet und liegen in einem zweiten Strompfad zwischen dem Moduleingang 22 und dem Modulausgang 24, d.h. die beiden Serienschaltungen der Schaltelemente liegen parallel.

►062] Eine elektrische Verbindung besteht zudem zwischen der Versorgungsleitung VL+ und einem Abgriff zwischen den beiden Schaltelementen 51.1 und 52.2. Eine elektrische Verbindung besteht auc zwischen der Versorgungsleitung VL- und einem Abgriff zwischen den beiden Schaltelementen 51.3 und 52.4. Die vier Schaltelemente 52.1 bis 52.4 ermöglichen nun, vier verschiedene Zustände herzustellen, nämlich

a) einen Überbrückungsmodus, bei dem bspw. die Schaltelemente 52.3 und 52.4 geschlossen und die Schaltelemente 52.1 und 52.2 geöffnet sind;

b) einen Batteriemodus mit Polarität 1 , bei dem bspw. die Schaltelemente 52.1 und 52.4 geschlossen und die Schaltelemente 52.2 und 52.3 geöffnet sind;

c) einem Batteriemodus mit Polarität 2, bei dem bspw. die Schaltelemente 52.1 und 52.4 geöffnet und die Schaltelemente 52.2 und 52.3 geschlossen sind; und

d) einem Ruhemodus, bei dem alle Schaltelemente 52.1 bis 52.4 geöffnet sind. Mit Bezug auf die Fig. 4 wird nun die Isolationsvorrichtung 32 näher erläutert. Sie umfasst eine Einrichtung zur galvanischen Trennung 60, die einen ersten Vorrichtungsteil 61 und einen zweiten Vorrichtungsteil 62 aufweist, wobei beide Vorrichtungsteile 61 ,62 galva nisch getrennt sind, was durch die Trennlinie TL angedeutet ist. Zwischen diesen beiden Vorrichtungsteilen 61 , 62, existiert also folglich keine elektrische Verbindung. Die vorge nannte Einrichtung zur galvanischen Trennung kann beispielsweise mittels einer indukti ven Kopplungseinrichtung erfolgen, wobei die beiden Vorrichtungsteile 61 , 62 bspw. als Spulen ausgeführt sind. Denkbar wäre aber auch die Vorrichtung zur galvanischen Trennung als Optokoppler auszuführen. Die Isolationsvorrichtung 32 weist zudem Steuerelemente 64 auf, die jeweils in die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Vorrichtungsteil 62 und der Versorgungs leitung VL+ bzw. der Versorgungsleitung VL- vorgesehen sind. Mithilfe dieser Steuerele mente 64 lässt sich der zweite Vorrichtungsteil 62 von der Versorgungsspannung VL+, VL- gesteuert trennen. Alternativ ist es auch denkbar, nur ein Steuerelement 64 in einer der beiden Verbindungen vorzusehen. Sollte die Isolationsvorrichtung 32 selbst eine sehr geringe bzw. gar keine Ruhestromaufnahme besitzen, kann auf die Steuerelemente 64 gegebenenfalls verzichtet werden. Die Funktion dieser Isolationsvorrichtung 32 besteht nun, im Falle einer galvanischen Trennung mittels eines Optokopplers, darin, ein über den Steueranschluss 20 von der Steuereinheit 14 übermitteltes Steuersignal dem ersten Vorrichtungsteil 61 zuzuführen, der dieses Steuersignal in ein optisches Signal OS umwandelt, das wiederum von dem zweiten Vorrichtungsteil 62 erfasst und in ein elektrisches Steuersignal S umgewandelt wird. Durch die Umwandlung eines elektrischen in ein optisches und dann wieder in ein elektrisches Signal lässt sich diese galvanische Trennung sehr einfach und kostengünstig implementieren.

1067] Wie mit Bezug auf die Fig. 1 erläutert, werden die einzelnen Batteriemodule 12 zwischen einem Batteriemodus und einem Überbrückungsmodus hin und her geschaltet, um am Ausgang die gewünschte Wechselspannung bereitstellen zu können. Bei diesem Um schalten zwischen Batteriemodus und Überbrückungsmodus sind unterschiedliche Steuerelemente in den jeweiligen Batteriemodulen 12 notwendig, die jeweils von der batteriemoduleigenen Batterieeinheit 30 mit Energie versorgt werden.

1068] Wie sich beispielsweise aus den Fig. 3a, b und 4 ergibt, werden die Schaltsteuerung 50 und die Schaltelemente 52, 54, wie auch der zweite Vorrichtungsteil 62 und die Steue relemente 64 über die Batterieeinheit mit Energie versorgt.

►069] Problematisch dabei ist, dass diese Energieversorgung auch dann erfolgt, wenn am

Ausgang keine Last angeschlossen ist. Selbst wenn alle Batteriemodule 12 sich im Überbrückungsmodus befinden, sodass die Ausgangsspannung 0 V beträgt, werden die einzelnen Elemente sowohl in der Isolationsvorrichtung 32 als auch in der Brückenschal tung 36 weiterhin mit Energie versorgt.

►070] Gerade bei einem Energieversorgungssystem für den mobilen Einsatz, das nicht ständig an einer externen Energieversorgung angeschlossen ist, führt dieser Energieverbrauch zu einer Entladung der jeweiligen Batterieeinheiten der Batteriemodule, sodass das Energie versorgungssystem 10 nach einer bestimmten Zeitdauer nicht mehr einsetzbar ist. Unter Umständen führt dieser Energieverbrauch sogar zu einer Tiefenentladung der einzelnen Batterieeinheiten, was deren Lebensdauer deutlich beeinträchtigt.

1071] Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diesen Energieverbrauch in Phasen, in denen bspw. keine Last versorgt werden soll, zu reduzieren. 1072] Die Batteriemodule 12 sind deshalb so ausgelegt, dass sie neben einem üblichen

Betriebsmodus, in dem zwischen Überbrückungsmodus und Batteriemodus hin und her geschaltet wird, ein Ruhemodus vorgesehen ist, bei dem zumindest die Brückenschaltung in einen Zustand mit minimalem Energieverbrauch gesetzt werden kann.

►073] Befindet sich die Brückenschaltung in diesem Ruhemodus, sind die Schaltelemente 52,

54 in den geöffneten Zustand überführt, sodass der Moduleingang weder mit dem Mo dulausgang 24 noch mit der Versorgungsleitung VL+ verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch der Modulausgang 24 nicht mit der Versorgungsleitung VL- verbunden.

►074] In diesem Zustand verbrauchen die Schaltelemente 52, 54, die bevorzugt als Transistoren ausgebildet sind, deutlich weniger Energie, sodass sich der Energieverbrauch der Brü ckenschaltung 36 reduziert.

►075] Zusätzlich ist es möglich, auch die Schaltsteuerung 50 im Ruhemodus von der

Energieversorgung, d.h. beiden Versorgungsleitungen VL+, VL- zu trennen. Allerdings ist es erforderlich, dass die Schaltsteuerung 50 ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 34 oder alternativ direkt von der Isolationsvorrichtung 32 erfassen kann, das die Brücken schaltung aus dem Ruhemodus in den Betriebsmodus zurückführt. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass die Schaltsteuerung 50 periodisch zwischen einem Zustand mit geringem Energieverbrauch und einem Zustand, bei dem ein Steuersignal S erkannt werden kann, hin und her geschaltet wird. Bei entsprechender baulicher Ausgestaltung der Schaltsteuerung 50 wäre es auch denkbar, statt einer Abtrennung von den Versor gungsleitungen lediglich einen Stand-by Modus zu aktivieren, bei dem die Schaltsteue rung einen vernachlässigbar geringen Ruhestrom benötigt. Das empfangene Steuersignal würde in diesem Fall die Schaltsteuerung 50 in den Stand-by Modus versetzen.

►076] Zur weiteren Reduzierung des Energieverbrauchs kann die Isolationsvorrichtung 32

während des Ruhemodus ebenfalls in einen Zustand mit geringerem Energieverbrauch geschaltet werden. Hierzu sind die Schaltelemente 64 vorgesehen, die die Energieversor gung, d.h. die Verbindung des zweiten Vorrichtungsteils 62 mit der jeweiligen Versor gungsleitung VL+ bzw. VL- zumindest zeitweise unterbrechen. Durch dieses beispielswei- se periodische Ein- und Ausschalten des zweiten Vorrichtungsteils 62 bleibt gewährleistet, dass Steuersignale von der Steuereinheit 14 empfangen werden können.

►077] Die beiden Schaltelemente 64 selbst erhalten von der Steuereinheit 14 ein

entsprechendes Steuersignal zum Umschalten zwischen Betriebsmodus und Ruhemodus.

►078] Ein solches Steuerungssignal zur Aktivierung des Ruhemodus oder des Betriebsmodus wird über die Isolationsvorrichtung 32 auch an die Steuereinrichtung 34 sowie die Brü ckenschaltung 36 übertragen.

►079] Obgleich nicht auf die Steuereinrichtung 34 eingegangen werden soll, versteht sich, dass auch hier entsprechende Vorkehrungen getroffen werden können, um bestimmte Elemen te während des Ruhemodus in einen Zustand mit geringem Energieverbrauch zu setzen. Auch hier ist dabei darauf zu achten, dass die Steuereinrichtung 34 in der Lage ist, ein Steuersignal zum Umschalten vom Ruhemodus in den Betriebsmodus erkennen zu können. D.h. mit anderen Worten, dass die zum Empfang eines solchen Steuersignals erforderlichen Elemente zumindest zeitweise aus dem Zustand mit minimalem Energie verbrauch in den für die Erfassung des Signals erforderlichen Zustand gebracht werden. Die Steuereinrichtung 34 selbst ist dafür verantwortlich, dass das Batteriemodul 12 zu den richtigen Zeitpunkten vom Überbrückungsmodus in den Batteriemodus und zurückge schaltet wird. Hierfür wertet die Steuereinrichtung 34 das von der Steuereinheit kommen de Signal entsprechend aus. Dieses von der Steuereinheit 14 kommende Signal kann bspw. zwei Informationen enthalten, nämlich Batteriemodus oder Überbrückungsmodus und Betriebsmodus oder Ruhemodus.

1080] Insgesamt ergibt sich, dass durch die zuvor beschriebenen einzelnen Maßnahmen zur

Reduzierung des Energieverbrauchs insgesamt eine deutliche Reduzierung des gesam ten Energieverbrauchs im Ruhemodus möglich ist.

1081] Eine weitere Verbesserung des Energieverbrauchs kann nun dadurch erzielt werden, dass jedes Batteriemodul 12 immer dann in den Ruhemodus versetzt wird, wenn keine Last angeschlossen an der Steckvorrichtung 18 ist oder beispielsweise die mittlere Stromabgabe unterhalb eines vorgegebenen Werts liegt. Andere Kriterien zur Umschal tung in den Ruhemodus sind selbstverständlich denkbar. Auch ein gestaffeltes Umschal ten von Brückenschaltung 36, Steuereinrichtung 34 und Isolationsvorrichtung 32 in den Ruhemodus, abhängig von unterschiedlichen Kriterien, wäre denkbar. Insgesamt ist jedoch wichtig, dass sich alle Batteriemodule 12 durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 14 aus dem Ruhemodus in den Betriebsmodus zurückversetzen lassen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass zumindest einzelne elektrische Bauelemente weiterhin, zumindest zeitweise, von der Batterieeinheit 30 mit Energie versorgt werden, um dieses Steuersignal von der Steuereinheit 14 empfangen und auswerten zu können. Diese "Empfangsfähigkeit" von Isolationsvorrichtung 32, Steuereinrichtung 34 und Brü ckenschaltung 36 während des Ruhemodus muss aber - wie beschrieben - nicht ununter brochen vorliegen. Es genügt, wenn während des Ruhemodus zumindest zeitweise diese Empfangsfähigkeit bereitgestellt wird. Bei Tests konnte festgestellt werden, dass sich der Energieverbrauch während eines Ruhemodus deutlich um mehr als einen Faktor 10 reduzieren lässt. Werden alle vorge nannten Maßnahmen ergriffen, lässt sich der Faktor der Energieverbrauch-Reduzierung deutlich erhöhen, beispielsweise auf 100 oder mehr. Wie mit Bezug auf Fig. 2 bereits erläutert, liegt in der Versorgungsleitung VL- die

Trennvorrichtung 40 und die Sicherung 42. Die Sicherung 42 ist vorgesehen, um bei einem zu großen Stromfluss eine Trennung der Batterie zu erreichen. Alternativ können die Trennvorrichtung 40 und/oder die Sicherung 42 auch in der Versorgungsleitung VL+ vorgesehen sein. Die Trennvorrichtung 40 ist vorgesehen, um bei Bedarf eine Trennung der Batterieeinheit 30 von einem oder mehreren der übrigen Elemente, wie Isolationsvorrichtung 32, Steuer einrichtung 34, Brückenschaltung 36 und Kondensator 38 vorzunehmen. Diese Trennung kann gesteuert erfolgen, beispielsweise über ein Steuersignal von der Steuereinheit 14.

Im vorliegenden Fall erfolgt die Trennung aller Elemente. Denkbar ist aber auch, bspw. nur die Brückenschaltung 36 von der Batterieeinheit zu trennen. Die Trennvorrichtung 40 selbst weist, wie in Fig. 5a gezeigt, beispielsweise ein

Schaltelement 72 auf, bspw. in Form eines MOSFET-Transistors. Alternativ, wie in Fig. 5B gezeigt, kann die Trennvorrichtung 40 zwei Schaltelement 76.1 , 76.2 aufweisen, die in Serie geschaltet sind. Insgesamt zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem einen deutlich reduzierten Energieverbrauch aufweist, sodass es insbesondere auch als mobile Einheit einsetzbar ist, die auch über einen längeren Zeitraum ohne eine Netzverbindung einsatzbereit bleibt. Ein solcher mobiler Einsatz war mit bisherigen Energieversorgungs systemen, wie sie in dem eingangs genannten Stand der Technik angegeben sind, nicht möglich, da die Batterieeinheiten sehr schnell entladen waren.