Im Stand der Technik werden in Reihe geschaltete Sekundarele- mente (z. B. herkömmliche Bleiakkumulatoren in Kraftfahrzeu- gen) mit einem Ladestrom geladen, der fUr alle Akku-Elemente gleich ist, da die einzelnen Elemente in Reihe geschaltet sind. Gemäß einer Weiterentwicklung dieser üblichen Technik ist es bekannt, parallel zu jedem der Akku-Elemente einen Spannungssensor anzuordnen, der beim Erreichen einer fUr das jeweilige Akku-Element maximalen Ladespannung ein Signal er- zeugt, mit dem ein (elektronischer) Schalter geschlossen wird, der einen ggf. auch elektronisch steuerbaren Wider- stand zu dem jeweiligen Akku-Element parallel schaltet (siehe Fig. 1). Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Wirkungs- grad sehr schlecht ist, da ein erheblicher Teil des Gesamt- Ladestroms in Wärme in den jeweiligen Parallel-Widerstanden (Bypass) umgesetzt wird. Außerdem ist der Sensoraufwand er- heblich.

Eine ahnliche Anordnung ist aus der DE 43 00 097 Al bekannt.

Hier werden ebenfalls samtliche in Reihe geschalteten Zellen mit dem gleichen Ladestrom gespeist. Lediglich zum Schutz vor Uberladung oder zur gezielten Entladung einzelner Zellen ist parallel zu jeder Zelle ein Transistor mit einem entsprechen-

den Kollektorwiderstand geschaltet, der durch ein Signal an der Basis des Transistors leitend geschaltet werden kann. Da- durch kann der Ladestrom an der jeweiligen Zelle vorbei durch den Kollektorwiderstand geleitet werden, der den Strom in entsprechende Warme umsetzt. Bei nicht fließendem Ladestrom kann die Zelle so auch gezielt entladen werden. Der Wirkungs- grad dieser Anordnung ist allerdings sehr ungunstig, wenn zum Beispiel nur einige der Zellen geladen werden sollen, da dann der Ladestrom an den nicht zu ladenden Zellen vorbei durch den jeweiligen Kollektorwiderstand geschickt wird, wo er in Verlust-Wärme ungesetzt wird.

Aus der DE 296 12 870 U1 ist eine Anordnung zum Laden und Te- sten von Akkupacks bekannt. Auch hier werden alle in Reihe geschalteten Zellen des Akkupacks vom gleichen Ladestrom durchflossen.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 195 04 629 A1 bekannt.

Hier sind auch jeweils Zellen oder Zellengruppen mit einem Schaltglied verbunden, das entweder so hochohmig geschaltet werden kann, daß eine Entladung der jeweiligen Zelle oder Zellengruppe durch das Schaltglied vernachlässigbar ist, oder so niederohmig geschaltet werden kann, daß es einen zur La- dung der jeweiligen Zelle oder Zellengruppe geeigneten Stromm fuhren kann.

Aus der DE 195 33 543 A1 ist eine Anordnung zum Ladungsaus- gleich von in Reihe geschalteten Zellen oder Batterien be- kannt. Hier fließt von der am stärksten aufgeladenen Zelle Strom zu einer Zelle oder zu Zellen mit geringerer Ladung, wobei der Ladestrom proportional zu der Differenz in der Spannung zwischen der am starksten aufgeladenen Zelle und je- der der Zellen mit geringerer Ladung ist.

Dies ist ein gegenuber der vorliegenden Erfindung völlig an- deres Konzept und daher mit der Erfindung überhaupt nicht vergleichbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wiederaufladbare elektrische Stromquelle bereitzustellen, die eine schnelle und überspan- nungssichere Aufladung einer aus mehreren, in Reihe geschal- teten Sekundärelementen gebildeten Stromquelle erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung jedem der Sekundarelemente der Stromquelle eine eigene Ladeschaltung zugeordnet, die einen Gleichrichter, dessen Ausgangsanschlus- se mit den Polen eines Sekundarelementes verbunden sind, und eine Wechselspannung übertragende Potentialtrenneinrichtung aufweist, deren Ausgangsanschlüsse mit Eingangsanschlüssen des Gleichrichters verbunden sind, und deren Eingangsan- schlusse mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind.

Diese Anordnung erlaubt eine besonders einfache, schnelle und effiziente Aufladung der Stromquelle, da jedes Sekundarele- ment unabhangig von den anderen mit dem jeweils maximal mög- lichen Ladestrom gespeist werden kann.-Das Vorbeileiten des Ladestroms an bereits vollstandig geladenen Sekundärelementen entfallt hier. Außerdem entfällt die fUr jedes der Sekundäre- lemente erforderliche Spannungsuberwachungsschaltung.

Insbesondere, wenn die Sekundarelemente durch UltraCaps ge- bildet sind, kann die vorliegende Erfindung mit großem Vor- teil eingesetzt werden. Dies liegt daran, daß UltraCaps be- sonders überspannungsempfindlich sind. Da gemäß der vorlie- genden Erfindung jedes Element einzeln geladen wird, kann das Auftreten einer Überspannung wirksam verhindert werden.

Um nennenswerte Spannungsabfälle in der Ladeschaltung zu ver- meiden, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Gleichrichter als Mittelpunkt- (Gleichrichter-) schaltung mit Schottkydioden ausgestaltet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Gleichrichter auch als gesteuerter Synchrongleichrichter mit MOSFETs ausgestaltet sein.

Um die Ansteuerung eines derartigen Gleichrichters besonders einfach zu gestalten, ist dieser vorzugsweise durch Signale aus der Wechselspannung übertragenden Potentialtrenneinrich- tung gesteuert.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dieser Ausfuhrungs- form der Erfindung sieht vor, daß die Wechselspannung tuber- tragende Potentialtrenneinrichtung ein Transformator ist, der zur Ubertragung von mittelfrequenter Wechselspannung (500 Hz bis 500 kHz) eingerichtet ist. Diese Anordnung ermöglicht ei- ne besonders verlustarme Speisung der einzelnen Sekundärele- mente beim Ladevorgang.

Bevorzugt werden die Steuersignale mittels einer Hilfswick- lung (auf der Sekundarseite) des Transformators erzeugt.

Um die Ladeschaltungen der einzelnen Sekundärelemente beson- ders effizient speisen zu können, ist vorzugsweise die Wech- selspannungsquelle ein Wechselrichter, der aus einer Gleich- spannung eine mittelfrequente Wechselspannung erzeugt.

Eine derartige Wechselspannungsquelle kann auch auf besonders einfache Weise dazu eingerichtet werden, eine Wechselspannung mit einer Spannungssignalform zu liefern, die proportional zu dem Integral der erforderlichen Ladestromsignalform ist. Da- mit kann durch eine Vorgabe des Verlaufs der Ausgangsspannung des Wechselrichters der Verlauf des Ladestroms fUr die ein- zelnen Sekundärelemente bestimmt werden, ohne daB eine tuber- ladung (durch Uberspannung) oder Überlastung (durch tuber- strom) einzelner Sekundarelemente auftreten kann, obwohl an den einzelnen Sekundarelementen keine Strom-oder Spannungs- messung oder-uberwachung vorgesehen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die jedem Sekundärelement zugeordneten Ladeschaltungen mit einen Gleichrichter und einer Wechselspannung übertragenden Poten- tialtrenneinrichtung auf wenigstens einer Platine angeordnet, wobei alle Ladeschaltungen mit einer gemeinsamen Wechselspan- nungsquelle verbunden sind. Dies erleichtert die Montage der Sekundärelemente zu einer gemeinsamen Stromquelle erheblich, da die Platine fUr die Ladeschaltungen gleichzeitig als Trä- ger oder mechanische Fixierung fUr die einzelnen Sekundärele- mente dient.

Weitere Vorteile, Merkmale, Abwandlungsmöglichkeiten oder Al- ternativen werden anhand der nachstehenden detaillierten Be- schreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfin- dung deutlich.

Fig. 1 zeigt eine Stromquelle mit Spannungssensoren fUr jedes der Sekundärelemente gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stromquelle ge- mäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Stromquelle gemäß der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung einer Stromquel- le gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 2 gezeigte wiederaufladbare elektrische Strom- quelle weist mehrere, in Reihe geschaltete Sekundärelemente 10,12,14,16 auf. Dabei versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese Anzahl von Sekundärelementen beschränkt ist.

Jedem der Sekundarelemente 10,12,14,16 ist eine Ladeschal- tung 20 zugeordnet, die einen Gleichrichter 22 und eine eine Wechselspannung übertragende Potentialtrenneinrichtung in Form eines Transformators 24 aufweist. Der Gleichrichter 22 weist Ausgangsanschlüsse 26,28 auf, die mit den Polen +,-

eines Sekundärelementes 10 verbunden sind. Weiterhin weist der Gleichrichter 22 Eingangsanschlüsse 32,34,36 auf, die mit Ausgangsanschlüssen des Transformators 24 verbunden sind.

Die Eingangsanschlüsse 38,40 sind mit einer Wechselspan- nungsquelle in Form eines Wechselrichters 42 verbunden.

Die Sekundärelemente sind durch UltraCaps gebildet. Außerdem ist der Gleichrichter 22 als Mittelpunktschaltung mit Schott- kydioden ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, daß die Aus- gangsspannung nur jeweils um den Spannungsabfall an einer Di- odenstrecke vermindert ist, obwohl die Welligkeit der Aus- gangsspannung kleiner ist als bei der Einweg-Gleichrichtung.

Dies setzt allerdings voraus, daß der Transformator 24 auf der Sekundärseite einem Mittelabriff aufweist, der mit dem Eingangsanschluß 36 des Gleichrichters 22 verbunden ist. Al- ternativ dazu kann auch eine Brückenschaltung für den Gleich- richter 22 verwendet werden, wenn der Spannungsabfall keine so grole Rolle spielt.

Der Transformator 24 ist zur Übertragung von mittelfrequenter Wechselspannung (500 Hz bis 500 kHz, vorzugsweise 100 kHz und mehr) eingerichtet. Dies stellt einen hohen Wirkungsgrad si- cher.

Der Wechselrichter liefert eine Wechselspannung mit einer in der Regel rechteckförmigen Spannungssignalform. Dabei ist das Integral der Spannung tuber die Zeit (sog."Spannungszeitfla- chue"), das die Hoche des Sekundar-Gleichspannungsmittelwertes bestimmt, proportional zu dem Integral der erforderlichen La- destromsignalform. Wenn (z. B. für Kapazitäten, also Ultra- Caps) die einzelnen Sekundärelemente mit einem konstanten La- destrom geladen werden sollen, muß der Wechselrichter z. B. tuber die Pulsbreite entsprechend einer sägezahnförmigen Span- nung gesteuert werden. Es sind jedoch auch andere Ladestrom- verlaufe moglich.

In Fig. 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur die Ladeschal- tung 20 gezeigt, welche das Sekundärelement 10 speist. Bei einer vollständig beschalteten Stromquelle wird jedes der Se- kundärelemente durch eine Ladeschaltung 20 gespeist. Der Wechselrichter 42 kann jedoch die Ladeschaltungen 20 aller Sekundärelemente gemeinsam speisen.

Die Ladeschaltungen (und der Wechselrichter) können auf einer einzigen Platine angeordnet sein, wobei alle Ladeschaltungen mit dem gemeinsamen Wechselrichter als Wechselspannungsquelle verbunden sind.

Die in Fig. 3 gezeigte wiederaufladbare elektrische Strom- quelle unterscheidet sich von der nach Fig. 2 insofern, als der Gleichrichter als gesteuerter Synchrongleichrichter mit MOSFETs 50,52 ausgestaltet ist. Zur Ansteuerung dieser Gleichrichterschaltung können Steuersignale aus dem Transfo- mator dienen, der für die Ansteuerung jedes der MOSFETs 50, 52 mit jeweils einer Hilfswicklung 58,60 ausgestattet ist.

Alternativ dazu können die Steuersignale auch aus einer elek- tronischen Ansteuerschaltung geliefert werden.

Um den von dem Synchrongleichrichter gelieferten pulsierenden Gleich-Spannungsverlauf zu glätten ist eine Drosselspule 62 am Ausgang des Synchrongleichrichters vorgesehen.

Im übrigen unterscheiden sich die Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 nicht.

In Fig. 4 ist eine Schaltung gezeigt, mit der auf einfache Weise die Funktionstüchtigkeit und der Ladevorgang aller in Reihe geschalteten Sekundarelemente uberpruft werden kann.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Ladeschaltung (gemäß Fig. 3) weggelassen. Dabei liegt dieser Schaltung der grundlegende Gedanke zugrunde, daß ein Sekundärelement, das gerade überladen wird, oder an dem eine Überspannung anliegt, Warme entwickelt.

Daher ist in thermischem Kontakt mit jedem der Sekundarele- mente ein temperaturempfindliches elektrisches Bauteil ange- ordnet, dessen elektrische Eigenschaften auf Veränderungen hin überwacht werden-Vorzugsweise ist die Anordnung so ge- troffen, daß bei jedem der Sekundärelemente ein Heißleiter angeordnet ist, und alle Heißleiter sind in Reihe geschaltet, um den Überwachungsaufwand so gering wie möglich zu halten.

Wenn einer der Heißleiter anspricht, ändert sich der Wider- stand der gesamten Reihenschaltung, so daß dies ausgewertet und als Abschalt-, Alarm-oder sonstiges Steuersignal heran- gezogen werden kann.

Alternativ dazu ist es auch möglich, daß bei jedem der Sekun- därelemente ein Kaltleiter angeordnet ist, und alle Kaltlei- ter sind parallel geschaltet, um den Überwachungsaufwand so gering wie möglich zu halten. Wenn einer der Kaltleiter an- spricht, andert sich der Widerstand der gesamten Parallel- schaltung, so daß auch dies ausgewertet werden kann.

Anstelle eines thermischen Kontaktes kann auch ein elektri- scher Kontakt zwischen dem Bauteil und dem jeweiligen Sekun- därelement bestehen. Z. B. kann das elektrische Bauteil eine zu dem jeweiligen Sekundärelement parallelgeschaltete Z-Diode sein, die leitend wird, wenn an das Sekundarelement ein Span- nung angelegt wird, die größer ist als die Durchbruchsspan- nung der Z-Diode. Dabei erwarmt sich die Z-Diode und ein (wie oben verschalteter) Hein-odeur Kaltleiter kann dies zur Si- gnalerzeugung erfassen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist die größere Genauigkeit der Überspannungserfassung.

Wenn die Hein-odeur Kaltleiter nicht alle die gleichen Wider- standwerte haben, sondern z. B. zueinander in einem Verdoppe- lungs-Verhaltnis stehen (1 : 2 : 4 : 8 : 16...) oder logarithmisch zunehmen, (100 : 1000 : 10000.....), kann anhand der jeweiligen Widerstandsanderung im Falle eines Ansprechens auch das je- weilige Sekundarelement bestimmt werden, bei dem der Hein- oder Kaltleiter angesprochen hat.