Titel

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb- Wirkungsgrades von Batteriemodulen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades von Batteriemodulen einer wiederauf- ladbaren Batterie.

Stand der Technik

Fahrzeuge mit Elektro- oder Hybridantrieb benötigen zum Betrieb ihrer elektrischen Antriebsmaschine wiederaufladbare Batterien (Traktionsbatterien), die in der Regel modular aufgebaut sind. Bei vielen Anwendungen werden derartige wiederaufladbare Batterien abweichend auch als Akkumulatoren (kurz Akku) bezeichnet. Um nun die elektrische Antriebsmaschine des Elektro- oder Hybridantriebs mit elektrischer Energie der Batterien zu versorgen, ist eine Schaltungsanordnung zwischen die Batteriemodule und die Antriebsmaschine zwischengeschaltet.

Die bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendeten wiederaufladbaren Batterien, meist auf Lithium-Basis, haben aufgrund von parasitären chemischen Prozessen in ihrem Inneren nur eine begrenzte Lebensdauer. Ihre Kapazität verringert sich mit jedem Lade-/Entladezyklus so lange bis die einzelnen Batteriezellen oder die aus solchen Zellen bestehenden Batteriemodule aufgrund mangelnder Leistungsfähigkeit und Kapazität ausgetauscht werden müssen. Deswegen ist es wichtig den Alterungsprozess der Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule genau zu beobachten. Aus dem Stand der Technik sind diverse Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung des Alterungszustands bekannt.

In dem wissenschaftlichen Artikel »Smith, A.J. et al., J. Electrochem. Soc. 157, A196 (2010)« wird ein Verfahren beschrieben, mit dem aus dem sogenannten _Λ

Coulomb-Wirkungsgrad (Coulombschen Wirkungsgrades) auf Änderungen im Alterungszustand (Änderung des SOH: State of Health) von Lithium-Ionen- Batteriezellen geschlossen werden kann. Zur Durchführung eines solchen Verfahrens wird jedoch eine entsprechende zusätzliche Leistungselektronische Meß- und Regeleinrichtung benötigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass keine zusätzliche Leistungselektronik benötigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Coulomb- Wirkungsgrades C _E von Batteriemodulen einer wiederaufladbaren Batterie ist vorgesehen, dass diese Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades mittels einer an die Batteriemodule angeschlossenen Schaltungsanordnung erfolgt, die mehrere Schaltmodule zum wahlweisen Verschalten jedes einzelnen der Batteriemodule in einem gemeinsamen Strompfad oder zum alternativen Heraustrennen jedes einzelnen der Batteriemodule aus diesem Strompfad sowie mindestens ein im Linearbetrieb betreibbares Leistungshalbleiterelement zur Stromregelung des durch den Strompfad fließenden Stroms aufweist. Dabei wird (i) mittels der Schaltmodule mindestens eines der Batteriemodule ausgewählt und im Strompfad verschaltet während alle anderen Batteriemodule mittels der Schaltmodule aus dem Strompfad herausgetrennt werden, und (ii) das ausgewählte Batteriemodul über den Strompfad mindestens einem Entladevorgang und mindestens einem Ladevorgang unterzogen, wobei der entsprechende Strom beim Laden und beim Entladen dieses Batteriemoduls im Strompfad mittels des im Linearbetrieb betriebenen Leistungshalbleiterelements genau eingestellt wird und die entsprechenden Ladungsmengen Q _ab , Q _zu beim Laden und beim Entladen beziehungsweise zu diesen Ladungsmengen proportionale Größen durch Integration des Stroms über die Zeit ermittelt werden. Anschließend kann der als C _E = definierte Coulomb-Wirkungsgrad C _E aus den Ladungsmengen Q _ab , Q _zu oder dazu proportionalen Größen bestimmt werden. Im einfachsten Fall besteht jedes der Batteriemodule aus einer einzelnen Batteriezelle. Alternativ besteht jedes der Batteriemodule aus einer Serienschaltung mehrerer Batteriezellen. „

Die Schaltungsanordnung ist zwischen die Batteriemodule der wiederaufladbaren Batterie und einen von der Batterie beziehungsweise den Batterien zu versorgenden Verbraucher zwischengeschaltet, wobei jedes Batteriemodul an ein Schaltmodul der Schaltungsanordnung angeschlossen ist. Im normalen Betrieb werden die Schaltmodule genutzt, um einzelne Batteriemodule für diese Spannungsversorgung auszuwählen und miteinander in einem Strompfad zu verschalten. Eine derartige Schaltungsanordnung ist als Batteriedirektkonverter bekannt. Der Batteriedirektkonverter ist direkt, also ohne weitere Zwischenelemente, zwischen die Batteriemodule einerseits und den von den Batteriemodulen zu ver- sorgenden elektrischen Verbraucher zwischenschaltbar.

Kern der Erfindung ist es, ein Leistungshalbleiterelement im Strompfad der Schaltungsanordnung so anzusteuern, dass sich dieses zumindest teilweise im Linearbetrieb befindet und dass der Strom durch die Batteriezellen des entsprechenden Batteriemoduls mit Hilfe dieses linear betriebenen Leistungshalbleiterelements in Abstimmung mit einer Stromregelung im Ladegerät sehr genau geregelt wird. Ein derartig betreibbares Leistungshalbleiterelement ist bei Batteriedirektkonverter in der Regel sowieso vorhanden. Damit kann die für die Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades C _E erforderliche sehr genaue Einstellung des Lade- bzw. Entladestroms einfach ohne zusätzliche Leistungselektronik realisiert werden. Lediglich die Ansteuerung besagten Leistungshalbleiterelements müsste zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergänzt werden. Eine solche Ansteuerung kann jedoch ohne leistungselektronische Bauteile auskommen.

Der von den Batteriemodulen zu versorgende Verbraucher ist bevorzugt ein mehrphasiger elektrischer Verbraucher, insbesondere eine mehrphasige elektrische Maschine. Der Batteriedirektkonverter ist dabei ein mehrphasiger Direktkonverter, der direkt zwischen die Batteriemodule der Batterien einerseits und den von den Batteriemodulen zu versorgenden mehrphasigen elektrischen Verbraucher zwischenschaltbar ist. Dabei sind die Batteriemodule in einer der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Strompfaden verschaltbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet eines der Leis- tungshalbleiterelemente der Schaltmodule das Leistungshalbleiterelement zur

Stromregelung des durch den Strompfad fließenden Stroms. Die Leistungshalbleiterelemente der Schaltmodule werden bei dieser Ausführungsform mittels ei- ner Ansteuereinrichtung angesteuert und im Linearbetrieb betrieben um den elektrischen Strom bei dem Lade- und bei dem Entladevorgang einzustellen.

Mit Vorteil weist jedes der Schaltmodule zwei als Halbleiterventile fungierende Leistungshalbleiterelemente und zwei Freilaufdioden auf. Diese sind in einer als Halbbrücke ausgebildeten Brückenschaltungsanordnung verschaltet. Je eines der beiden Halbleiterventile ist dabei zu einer der beiden Freilaufdioden parallel geschaltet. Die beiden Parallelschaltungen mit dem je einen Halbleiterventil und der je einen Freilaufdiode sind in einer Serienschaltung verschaltet, wodurch die Halbbrücke entsteht. Diese Serienschaltung ist an das entsprechende Batteriemodul angeschlossen. Derartige Schaltmodule sind beispielsweise aus Direktkonvertern bekannt und werden dort für das sogenannte„Cell-Balancing", den Ausgleich des Ladungszustandes zwischen den einzelnen Batteriezellen oder Batteriemodulen, genutzt. Dazu werden mittels der Schaltmodule bevorzugt die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule im Strompfad verschaltet, deren Ladezustand verhältnismäßig hoch ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung weiterhin einen Wechselrichter (Inverter) zum Anschluss an einen elektrischen Verbraucher auf, der Wechselspannung beziehungsweise Wechselstrom benötigt.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass ein Leistungshalbleiterelement des Wechselrichters das Leistungshalbleiterelement zur Stromregelung des durch den Strompfad fließenden Stroms bildet. Dieses Leistungshalbleiterelement des Wechselrichters wird bei dieser Ausführungsform also mittels einer Ansteuereinrichtung angesteuert und im Linearbetrieb betrieben um den elektrischen Strom beim Lade- und bei dem Entladevorgang einzustellen.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Wechselrichter einen Gleichspannungszwischenkreis auf. In diesem Gleichspannungszwischenkreis ist ein Zwischenkreiskondensator verschaltet.

Das Entladen des ausgewählten Batteriemoduls erfolgt vorzugsweise über

- den an den Wechselrichter angeschlossenen elektrischen Verbraucher oder

- einen zuschaltbaren Lastwiderstand der Schaltungsanordnung, oder

- einen Kurzschluss im Wechselrichter. Mit Vorteil ist der zuschaltbare Lastwider- stand im Zwischenkreis angeordnet und wird mittels einer ansteuerbaren Schalteinrichtung (einem Schütz) wahlweise zugeschaltet oder getrennt.

Das Laden des ausgewählten Batteriemoduls erfolgt bevorzugt über ein an den Strompfad angeschlossenes Ladegerät.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades von Batteriemodulen einer wiederaufladbaren Batterie. Die Schaltungsanordnung umfasst mehrere Schaltmodule zum wahlweisen Verschalten jedes einzelnen der Batteriemodule in einem gemeinsamen Strompfad oder zum alternativen Heraustrennen jedes einzelnen der Batteriemodule aus dem Strompfad und mindestens ein im Linearbetrieb betreibbares Leistungshalbleiterelement zur Stromregelung des durch den Strompfad fließenden Stroms. Die Schaltmodule sind dazu eingerichtet, mindestens eines der Batteriemodule auszuwählen und im Strompfad zu verschalten und alle anderen Module aus dem Strompfad herauszutrennen. Die Schaltungsanordnung ist eingerichtet, das ausgewählte Batteriemodul über den Strompfad mindestens einem

Entladevorgang und mindestens einem Ladevorgang zu unterziehen, wobei der ensprechende Strom im Strompfad beim Laden und beim Entladen dieses Batteriemoduls mittels des im Linearbetrieb betriebenen Leistungshalbleiterelements genau einstellbar ist und wobei die Schaltungsanordnung Mittel zur Ermittlung der entsprechenden Ladungsmengen durch Integration des Stroms über der Zeit beim Ladevorgang und beim Entladevorgang aufweist. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine einer Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterelements im Linearbetrieb um den elektrischen Strom beim Lade- und bei dem Entladevorgang einzustellen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine mehrere Batteriemodule aufweisende wiederaufladbare

Batterie und einen ersten Teil einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades der Batteriemodule gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 einen zweiten Teil der Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter, an den ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist,

Figur 3 eine konkrete Ausführungsform des Wechselrichters aus Fig. 2 und

Figur 4 den Stromverlauf beim Entladen eines ersten Batteriemoduls der Batterie innerhalb des in Fig. 1 gezeigten Teils der Schaltungsanordnung und

Figur 5 den Stromverlauf beim Laden eines ersten Batteriemoduls der

Batterie innerhalb des in Fig. 1 gezeigten ersten Teils der Schaltungsanordnung.

Die Figur 1 zeigt einen ersten Teil einer Schaltungsanordnung 10 mit einer darin verschalteten wiederaufladbaren Batterie 12 (einem Akkumulator), die modular aufgebaut ist und in der mehrere Batteriemodule 14 in Serie verschaltbar sind. Jedes dieser Batteriemodule 14 weist seinerseits im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen 16 auf. Alternativ kann jedes dieser Batteriemodule jedoch auch nur eine Batteriezelle aufweisen.

Die an die Batteriemodule 14 angeschlossene Schaltungsanordnung 10 umfasst mehrere Schaltmodule 18. Dabei ist an jedes der Batteriemodule 14 je ein Schaltmodul 18 angeschlossen. Die Schaltmodule 18 dienen zum wahlweisen Verschalten jedes einzelnen der Batteriemodule 14 in einem gemeinsamen Strompfad 20 der Schaltungsanordnung 10 oder zum alternativen Heraustrennen jedes einzelnen der Batteriemodule 14 aus diesem Strompfad 20. Der Strompfad 20 ist dabei der Leistungsstrompfad der Schaltungsanordnung 10. Über diesen Strompfad 20 wird die wiederaufladbare Batterie 12 mit einem (in Fig. 2 gezeigten) elektrischen Verbraucher 22 oder einem (nicht gezeigten) Ladegerät verbunden. Figur 1 zeigt -wie gesagt- nur einen ersten Teil der Schaltungsanordnung 10, während Fig.2 den zweiten Teil dieser Schaltungsanordnung 10 zeigt. Die beiden Teile der Schaltungsanordnung 10 sind über Anschlüsse 24, 26 miteinander verbunden. Zum Anschluss des Strompfades 20 an den Verbraucher 22 in dem zweiten Teil der Schaltungsanordnung 10 müssen entsprechende erste Schütze 28, 30 geschlossen werden. Zum alternativen Anschluss des Strompfa- des 20 an das (nicht gezeigte) Ladegerät sind die Anschlüsse 32, 34 vorgesehen, wobei diese beiden Anschlüsse 32, 34 über je einen zweiten Schütze 36, 38 mit dem Strompfad 20 verbindbar sind. Im gezeigten Beispiel der Fig. 1 ist je ein Batteriemodul 14 zusammen mit dem jeweiligen Schaltmodul 18, welches dieses Batteriemodul 14 wahlweise in einen Abschnitt des Strompfades 20 verschaltet oder das Batteriemodul aus diesem Abschnitt heraustrennt und den Abschnitt stattdessen kurzschließt, zu einer jeweiligen Einheit 40 zusammengefasst. Jedes der Schaltmodule 18 weist dabei eine Brückenschaltung (Halbrücken-Schaltung) mit einem zwei Freilaufdioden

42, 44 aufweisenden Spannungsteiler und mit einem zwei Leistungshalbleiterelemente 46, 48 aufweisenden weiteren Spannungsteiler auf, wobei die Leistungshalbleiterelemente 46, 48 als Halbleiterventile fungieren. Fig. 2 zeigt -wie gesagt- den zweiten Teil der Schaltungsanordnung 10 sowie den an diese Schaltungsanordnung 10 angeschlossenen Verbraucher 22. Dazu ist zwischen den Anschlüssen 24, 26 und den Anschlüssen 50, 52, 54 des als Drehstrommotor 56 ausgebildeten Verbrauchers 22 ein Wechselrichter (Inverter) 58 zwischengeschaltet. Dabei ist der Gleichspannungsteil des Wechselrichters 58 der Batterie 12 und der Wechselspannungsteil dem Verbraucher 22 zugewandt.

Die Schaltungsanordnung 10 ist als ein Batteriedirektkonverter 60 ausgebildet, der die Batteriemodule 14 einer Batterie 12 an einen elektrischen Verbraucher 22 zu dessen Versorgung mit elektrischer Energie direkt anschließt.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Wechselrichters 58 im Detail. Der Gleichspannungsteil des Wechselrichters 58 wird von einem Gleichspannungszwischenkreis 62 und der Wechselspannungsteil von einer Schalteinrichtung 64 zum Generieren einer Wechselspannung beziehungsweise eines Wechselstroms für den Verbraucher 22 gebildet. Der Wechselrichters 58 weist zwei Stromschienen 66, 68 auf, auf denen die elektrischen Potentiale des Gleichspannungszwischenkreises 62 liegen und die innerhalb der Schaltungsanordnung 10 an die Anschlüsse 24, 26 angeschlossen sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 62 weist weiterhin einen die Stromschienen 66, 68 verbindenden ersten Strompfad 70 mit einem Zwischenkreiskondensator 72 und einen die Stromschienen 66, 68 verbindenden zweiten Strompfad 74 mit einem Schütz 76 und einem mittels des Schützes 76 zuschaltbaren Lastwiderstand 78 auf. Die Schalteinrichtung 64 weist pro Phase beziehungsweise Anschluss 50, 52, 54 je eine Brückenschaltung (H-Schaltung) mit einem zwei Freilaufdioden 80, 82 aufweisenden Spannungsteiler und mit einem zwei Leistungshalbleiterelemente 84, 86 aufweisenden weiteren Spannungsteiler zwischen den Stromschienen 66, 68 auf. Mittels dieser Schalteinrichtung 64 wird die Wechselspannung beziehungsweise der Wechselstrom für den Verbraucher 22 generiert.

Die Leistungshalbleiterelemente 46, 48 der Schaltmodule 18 und/oder die Leistungshalbleiterelemente 84, 86 der Schalteinrichtung 64 des Wechselrichters 58 sind im Linearbetrieb betreibbare Leistungshalbleitereinrichtungen 68.

Es ergibt sich folgende Funktion:

Zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades der einzelnen Batteriemodule 14 mittels der Schaltungsanordnung 10 wird über eines der Schaltmodule 18 mindestens eines der Batteriemodule 14 ausgewählt und im Strompfad 20 verschaltet, während alle anderen Batteriemodule 14 über die anderen Schaltmodule 18 aus dem Strompfad 20 herausgetrennt werden. Anschließend wird das ausgewählte Batteriemodul 14 über den Strompfad 20 mindestens einem

Entladevorgang und mindestens einem Ladevorgang unterzogen, wobei der entsprechende Strom beim Laden und beim Entladen dieses Batteriemoduls 14 im Strompfad 20 mittels der im Linearbetrieb betriebenen Leistungshalbleitereinrichtung 46, 48, 84, 86 genau eingestellt wird und die entsprechenden Ladungsmengen Q _ab , Q _zu beim Laden und beim Entladen durch Integration des jeweiligen Stroms durch entsprechende (nicht gezeigte) Mittel über die Zeit ermittelt werden. Anschließend wird der als

definierte Coulomb-Wirkungsgrad C _E aus den Ladungsmengen Q _ab , Q _zu oder dazu proportionalen Größen bestimmt. Der fließende Strom wird beispielsweise mittels des in den Figuren 1 , 4 und 5 eingezeichneten Stromsensors 88 gemessen (wobei jedes Schaltmodul 18 zusätzlich noch einen Stromsensor enthalten kann), die Zellspannungen wird in den einzelnen Modulen durch nicht gezeigte Messchips ermittelt. _Λ

Fig. 4 zeigt einen Entlademodus. Durch dementsprechende Schaltungen der Leistungshalbleiterelemente 46, 48 wird der Strom in der entsprechenden Einheit 40 gesteuert. Sind beide Leistungshalbleiterelemente 46, 48 gesperrt

(Bypassmodus) so fließt im Entlademodus (die übrigen Zellen 16 werden entla- den) der Strom in das Modul 18, dann durch die Freilaufdiode 44 wieder aus dem der Einheit 40 hinaus. Die Zellen 16 im entsprechenden Batteriemodul 14 sind effektiv aus dem Strompfad 20 herausgelöst. Wird Leistungshalbleiterelement 46 auf Durchläse geschaltet, so befinden sich die Zellen 16 des entsprechenden Batteriemoduls 14 im Strompfad 20 und es ergibt sich ein Stromverlauf, der von der Seite des Batteriemoduls 14 mit dem niedrigeren Potential kommend durch die Zellen 16 des Batteriemoduls 14, das Leistungshalbleiterelement 46 hindurch und beim Knoten zwischen den Freilaufdioden 42, 44 aus dem Schaltmodul 18 heraus zur nächsten Einheit 40 oder zum Endpunkt verläuft. Dies ist der aktive Modus.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ladevorgang sind die Leistungshalbleiterelemente 46, 48 bei einer der Einheiten 40 gesperrt, wodurch der Strom durch das entsprechende Batteriemodul 14 dieser Einheit 40 fließt, während bei den anderen Einheiten 40 das eine Leistungshalbleiterelement 48 auf Durchläse geschaltet ist, wodurch der Strom nur durch die jeweiligen Schaltmodule fließt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann gestartet, wenn sich die Batterie 12 im Ruhezustand befindet und an ein Ladegerät angeschlossen ist (z.B. nächtliches Aufladen eines Elektrofahrzeugs). Es wird ein einzelnes Batteriemodul 14 der Batterie 12 ausgewählt für deren Batteriezellen der Coulomb-Wirkungsgrad

C _E bestimmt werden soll, ohne Einschränkung der Allgemeinheit beispielsweise das unterste Batteriemodul 14. Die Schaltmodule 18 der Schaltungsanordnung werden nun so betrieben, dass sich beim Entladen der Batteriezellen 16 der in Fig. 4 dargestellte Stromverlauf ergibt. Das unterste Batteriemodul 14 ist im akti- ven Modus, alle anderen im Bypassmodus. Die Schütze 28 und 30 sind geschlossen, sodass die Zellen 16 über den Wechselrichter (Inverter) 58 und den angeschlossenen Motor 56 entladen werden (siehe Fig. 2). In der untersten Einheit 40 wird mit Hilfe des nun im Linearbetrieb arbeitenden Leistungshalbleiterelements 46 der Strom in den Zellen 16 des Batteriemoduls 14 dieser Einheit 40 sehr genau geregelt. Dies ist möglich, da der zur Bestimmung des Coulomb-

Wirkungsgrades erforderliche Entladestrom sehr klein im Vergleich zum im Nor- malbetrieb fließenden Strom sein kann. Somit bleiben auch die Verluste im Leistungshalbleiterelement 46 gering.

In der ersten Ausführungsform wird der bei Batteriedirektkonvertern in der Regel 5 vorhandene Widerstand 74 zur Entladung des Gleichspannungszwischenkreises als Lastwiderstand genutzt. Dieser Widerstand 74 wird optional über das separate Schütz 76 geschaltet, welches nun zur Entladung geschlossen wird.

In der zweiten Ausführungsform werden die beiden Leistungshalbleiterelemente 10 84, 86 im Wechselrichter (Inverter) 58, die auf dessen Ausgangsseite die 3- phasige Wechselspannung erzeugen, voll eingeschaltet. Diese Betriebsart ist im normalen Betrieb verboten da sie einen Kurzschluss im Inverter erzeugt. In diesem Falle liegt jedoch nur die Spannung des im Strompfad 20 verschalteten Batteriemoduls 14 am Inverter 58, und das Leistungshalbleiterelement 46 im Lineari s betrieb regelt den fließenden Entladestrom.

In der dritten Ausführungsform werden zwei Leistungshalbleiterelemente 84, 86 Transistoren in unterschiedlichen Phasen durchgeschaltet, sodass beispielsweise ein Strom durch den Motor 56 von Anschluss 52 zu Anschluss 54 fließen

20 kann. Somit entsteht ein geschlossener Stromkreis und der erforderliche

Entladestrom kann fließen, wiederum geregelt durch das Leistungshalbleiterelement 46. Da die Wicklungen für den Wechselfeldbetrieb ausgelegt sind wirken sie in dieser Ausführung quasi als Kurzschluss bzw. kleine Last. Da die Ströme die für diesen Entladebetrieb vorgesehen sind recht klein sind im Vergleich zum

25 Normalbetrieb sind keine besonderen Maßnahmen beispielsweise zur Kühlung oder zum Festbremsen des Motors 56 notwendig.

In der vierten Ausführungsform regelt nicht das Leistungshalbleiterelement 46 den Strom im Linearbetrieb, sondern eines der Leistungshalbleiterelemente 84, 30 86 im Inverter 58, und das Leistungshalbleiterelement 46 ist durchgeschaltet.

Hierbei sind alle drei vorigen Ausführungsformen als Schaltvariante denkbar, jedoch wird immer jeweils einer oder beide der dort erwähnten Leistungshalbleiterelemente 46 im Linearbetrieb betrieben (nicht durchgeschaltet) um den Strom zu regeln.

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Nachdem die Batteriezellen 16 des unteren Moduls 14 soweit wie gewünscht entladen wurden, werden die Batteriezellen 16 über ein Ladegerät (angeschlossen an die Anschlüsse 32, 34) wieder geladen. In diesem Fall werden die Schütze 36, 38 geschlossen, und die Schütze 28, 30 geöffnet. Die Schaltmodule 18 im Batteriedirektkonverter werden so betrieben, dass sich der in Fig. 5 dargestellte Stromverlauf ergibt. Die Leistungshalbleiterelemente 46, 48 des Schaltmoduls 18, das an Batteriemodul 14 angeschlossen ist, dessen Coulomb-Wirkungsgrad ermittelt werden soll (in Fig. 5 also das unterste), sind in Schaltstellung„offen" geschaltet. In allen anderen Schaltmodulen 18 ist das eine Leistungshalbleiterelemente 46 in die Schaltstellung„offen" und das andere Leistungshalbleiterelement 48 in die Schaltstellung„geschlossen" geschaltet. Eines der Leistungshalbleiterelemente 48 eines der Schaltmodule 18, bei denen der Coulomb- Wirkungsgrad des angeschlossenen Batteriemoduls 14 nicht bestimmt werden soll, (beispielsweise das Leistungshalbleiterelemente 48 des obersten Schaltmoduls 18) wird im Linearbetrieb betrieben, um die Stromregelung im Strompfad 20 zu realisieren. Der Strom im Strompfad 20 wird wiederum mit den im Modul eingebauten Stromsensoren oder einem externen Sensor gemessen. Vorzugsweise werden der Ladestrom und der Entladestrom gleich groß gewählt.

Die Nutzung des obersten Schaltmoduls 18 in Fig. 5 ist lediglich exemplarisch zu sehen. Die beschriebene Stromregelung kann auch mit jedem anderen der Module 18 realisiert werden.

Mit Hilfe der beschriebenen genauen Stromregelung bzw. Strommessung kann die den Batteriezellen 16 zugeführte bzw. entnommene Ladung durch einfache Integration über der Zeit sehr genau bestimmt werden. Der Ladezustand (SOC: State of Charge) der Zellen 16 lässt sich mit Hilfe der nach dem Stand der Technik sowieso vorhandenen genauen Spannungsmessung ebenfalls genau ermitteln. Damit sind die Voraussetzungen zur Ermittlung des Coulomb- Wirkungsgrades C _E erfüllt.