DE102013201909A1 - Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure - Google Patents

Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure Download PDF

Info

Publication number
DE102013201909A1
DE102013201909A1 DE201310201909 DE102013201909A DE102013201909A1 DE 102013201909 A1 DE102013201909 A1 DE 102013201909A1 DE 201310201909 DE201310201909 DE 201310201909 DE 102013201909 A DE102013201909 A DE 102013201909A DE 102013201909 A1 DE102013201909 A1 DE 102013201909A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy storage
module
communication failure
storage modules
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201310201909
Other languages
German (de)
Inventor
Roland Schleser
Michael Ritter
Matthias Heil
Ivan Radev
Peter Eitner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201310201909 priority Critical patent/DE102013201909A1/en
Publication of DE102013201909A1 publication Critical patent/DE102013201909A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0084—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to control modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

The device (10) has power supply lines (10a,10b) having series switched energy store modules (3) having energy store cell module with energy store cells and switch with coupling elements. Thr module controllers (13) control switch of associated energy store module to detect charge state of energy store module. A control device (11) coupled via a communication bus (12) with module controllers receives states of charge and drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure. An independent claim is included for method for actuating energy store device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung bei einem Kommunikationsausfall, insbesondere bei modular aufgebauten Energiespeichereinrichtungen in elektrischen Antriebssystemen.The invention relates to an energy storage device and a method for controlling an energy storage device in the event of a communication failure, in particular in the case of modular energy storage devices in electric drive systems.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or electric vehicles, increasingly electronic systems are used that combine new energy storage technologies with electric drive technology.

Zur Einspeisung von Drehstrom in eine elektrische Maschine wird herkömmlicherweise über einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet. Der Gleichspannungszwischenkreis wird von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen gespeist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule in einer Traktionsbatterie in Serie geschaltet. Ein derartiges Energiespeichersystem findet beispielsweise häufig Verwendung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen.To feed three-phase current into an electrical machine, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit is conventionally converted into a three-phase AC voltage via a converter in the form of a pulse-controlled inverter. The DC link is powered by a string of serially connected battery modules. In order to meet the power and energy requirements of a particular application, multiple battery modules are often connected in series in a traction battery. For example, such an energy storage system is often used in electrically powered vehicles.

Die Serienschaltung mehrerer Batteriemodule bringt das Problem mit sich, dass der gesamte Strang ausfällt, wenn ein einziges Batteriemodul ausfällt. Ein solcher Ausfall des Energieversorgungsstrangs kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Weiterhin können temporär oder permanent auftretende Leistungsminderungen eines einzelnen Batteriemoduls zu Leistungsminderungen im gesamten Energieversorgungsstrang führen.The series connection of several battery modules involves the problem that the entire string fails if a single battery module fails. Such a failure of the power supply string can lead to a failure of the entire system. Furthermore, temporarily or permanently occurring power reductions of a single battery module can lead to power reductions in the entire power supply line.

Die Druckschriften DE 10 2010 027 857 A1 und DE 10 2010 027 861 A1 offenbaren daher modular verschaltete Batteriezellen in Energiespeichereinrichtungen, die über eine geeignete Ansteuerung von Koppeleinheiten selektiv in den Strang aus seriell verschalteten Batteriezellen zu- oder abgekoppelt werden können. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Battery Direct Converter (Batteriedirektwandler, BDC) bekannt. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in einem Energiespeichermodulstrang, welche an einen Gleichspannungszwischenkreis zur elektrischen Energieversorgung einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Netzes über einen Pulswechselrichter anschließbar sind.The pamphlets DE 10 2010 027 857 A1 and DE 10 2010 027 861 A1 Therefore, modularly interconnected battery cells are disclosed in energy storage devices, which can be selectively connected or disconnected via a suitable control of coupling units in the train of serially connected battery cells. Systems of this type are known as the Battery Direct Converter (BDC). Such systems include DC sources in an energy storage module string, which can be connected to a DC voltage intermediate circuit for the electrical power supply of an electrical machine or an electrical network via a pulse inverter.

BDCs weisen in bestimmten Betriebsbereichen einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Ausfallsicherheit gegenüber herkömmlichen Systemen auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Überbrückungsansteuerung der Koppeleinheiten aus den Energieversorgungssträngen herausgeschaltet werden können. Die Gesamtausgangsspannung von BDCs wird durch den Ansteuerzustand der Koppeleinheiten bestimmt und kann stufig eingestellt werden, wobei die Stufung der Gesamtausgangsspannung von den Einzelspannungen der Energiespeichermodule abhängig ist.BDCs have a higher efficiency and higher reliability in certain operating ranges compared to conventional systems. The reliability is ensured, inter alia, that defective, failed or not fully efficient battery cells can be switched out by suitable bridging control of the coupling units from the power supply lines. The total output voltage of BDCs is determined by the driving state of the coupling units and can be set in stages, wherein the gradation of the total output voltage of the individual voltages of the energy storage modules is dependent.

Für die optimale Ansteuerung der einzelnen Energiespeichermodule ist es notwendig, die Betriebsparameter der Energiespeichermodule laufend zu überwachen. Dazu können Überwachungseinrichtungen mit Mikroprozessoren und entsprechenden Strom- oder Spannungssensoren für jedes der Energiespeichermodule eingesetzt werden, die an eine zentrale Betriebssteuerung berichten können. Bei einem Kommunikationsausfall der Überwachungseinrichtungen untereinander oder mit der zentralen Betriebssteuerung kann es zu einer Zwangsabschaltung des gesamten Systems kommen, da steuerrelevante Parameter nicht mehr bekannt sind.For optimal control of the individual energy storage modules, it is necessary to continuously monitor the operating parameters of the energy storage modules. For this purpose, monitoring devices with microprocessors and corresponding current or voltage sensors can be used for each of the energy storage modules, which can report to a central operating control. In the case of a communication failure of the monitoring devices with one another or with the central operating control, a forced shutdown of the entire system may occur, since control-relevant parameters are no longer known.

Bei Kommunikationsausfällen einzelner Energiespeichermodule können diese Energiespeichermodule in BDCs von der Gesamtansteuerstrategie ausgenommen werden, indem die Energiespeichermodule dauerhaft in den Überbrückungszustand bzw. Umgehungszustand geschaltet werden. Der aktuelle Energieinhalt der ausgenommenen Energiespeichermodule zum Zeitpunkt des Kommunikationsausfalls kann in diesem Fall jedoch nicht mehr genutzt werden. Es besteht daher ein Bedarf an Lösungen für modular aufgebaute Energiespeichereinrichtungen, welche im Falle eines Kommunikationsausfalls einzelner Module der Energiespeichereinrichtungen den weiteren Betrieb des Gesamtsystems ermöglichen, so dass zum einen die Betriebssicherheit gewährleistet bleibt, zum anderen aber die Verfügbarkeit der gesamten Energiespeichereinrichtung so lang wie möglich erhalten bleibt.In the event of communication failures of individual energy storage modules, these energy storage modules in BDCs can be excluded from the overall drive strategy by permanently switching the energy storage modules to the bypass state. However, the current energy content of the excluded energy storage modules at the time of the communication failure can not be used in this case. There is therefore a need for solutions for modular energy storage devices which, in the event of a communication failure of individual modules of the energy storage devices allow further operation of the overall system, so on the one hand the reliability remains guaranteed, on the other hand, the availability of the entire energy storage device as long as possible remains.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung an Ausgangsanschlüssen der Energiespeichereinrichtung, mit mindestens einem parallel geschalteten Energieversorgungsstrang mit jeweils einem oder mehreren in dem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul mit mindestens einer Energiespeicherzelle und eine Koppeleinrichtung mit einer Vielzahl von Koppelelementen aufweisen, wobei die Koppeleinrichtung dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder in dem jeweiligen Energieversorgungsstrang zu umgehen, einer Vielzahl von Modulsteuereinrichtungen, welche mit jeweils einem der Energiespeichermodulen gekoppelt und dazu ausgelegt sind, die Koppeleinrichtung des jeweils zugeordneten Energiespeichermoduls anzusteuern und den Ladungszustand und gegebenenfalls die Ausgangsspannung des Energiespeichermoduls zu erfassen, und einer Steuereinrichtung, welche über einen Kommunikationsbus mit den Modulsteuereinrichtungen gekoppelt und dazu ausgelegt ist, den Ladungszustand und gegebenenfalls die Ausgangsspannung der Energiespeichermodule von den Modulsteuereinrichtungen zu empfangen und in Abhängigkeit von den empfangenen Ladungszuständen und gegebenenfalls der Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule Ansteuersignale für die Energiespeichermodule an die Modulsteuereinrichtungen auszugeben, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung mit einem oder mehreren der Modulsteuereinrichtungen die Modulsteuereinrichtungen zum Ansteuern der jeweiligen Energiespeichermodule gemäß den vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen und gegebenenfalls Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule anzusteuern.The present invention provides according to one aspect of an energy storage device for generating a supply voltage to output terminals of the energy storage device, with at least one parallel-connected power supply line each having one or more in the power supply line in series energy storage modules, each having an energy storage cell module with at least one energy storage cell and a coupling device with a plurality of coupling elements, wherein the coupling device is adapted to selectively switch the energy storage cell module in the respective power supply strand or in the respective power supply line, a plurality of module control devices which are each coupled to one of the energy storage modules and adapted to the coupling device of to control each associated energy storage module and to detect the state of charge and optionally the output voltage of the energy storage module, and a control device which is coupled via a communication bus with the module control devices and adapted to receive the charge state and optionally the output voltage of the energy storage modules of the module control devices and in dependence the received charge states and optionally the output voltages of the energy storage modules drive signals for the energy storage module e output to the module control devices, wherein the control device is adapted to control in a communication failure or a communication failure with one or more of the module control devices, the module control means for driving the respective energy storage modules according to the detected before the communication failure or the communication load charge states and, where appropriate, output voltages of the energy storage modules.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung, mit den Schritten des Erfassens eines Ladungszustands und gegebenenfalls der Ausgangsspannung jedes der Energiespeichermodule durch jeweils eine dem Energiespeichermodul zugeordnete Modulsteuereinrichtung, des Kommunizierens der Ladungszustände und gegebenenfalls der erfassten Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule über den Kommunikationsbus an die jeweils übrigen Modulsteuereinrichtungen, des Überwachens, ob ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung zwischen mindestens einer der Modulsteuereinrichtungen und der Steuereinrichtung auftritt, und des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule in Abhängigkeit von den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen und gegebenenfalls Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule nach Auftreten eines Kommunikationsausfalls oder einer Kommunikationsstörung durch die Modulsteuereinrichtungen.According to a further aspect, the present invention provides a method for activating an energy storage device according to the invention, comprising the steps of detecting a charge state and optionally the output voltage of each of the energy storage modules by a module control device associated with the energy storage module, communicating the charge states and optionally the detected output voltages of the energy storage modules the communication bus to the respective remaining module control devices, monitoring whether a communication failure or a communication fault between at least one of the module control devices and the control device occurs, and the driving of the coupling devices of the respective energy storage modules depending on the respectively detected before the communication failure or the communication load charge states and possibly output voltages of the energy storage modules according to Occurrence of a communication failure or a communication failure by the module controllers.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energiespeichereinrichtung mit einem oder mehreren modular aufgebauten Energieversorgungssträngen aus einer Serienschaltung von Energiespeichermodulen bei einem Auftreten eines Kommunikationsausfalls oder einer Kommunikationsstörung zwischen der zentralen Ansteuerung der Energiespeichereinrichtung und den den jeweiligen Energiespeichermodulen zugeordneten Modulansteuerungen die Verfügbarkeit der Energiespeichereinrichtung dadurch zu erhöhen, dass auf den letzten bekannten Stand der Verteilung der Ladungszustände der einzelnen Energiespeichermodule zurückgegriffen wird, um lokal in den Modulansteuerungen die Energiespeichermodule zum Bereitstellen einer anteiligen Leistung an der gesamten erforderlichen Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung anzusteuern. Dadurch kann der Energiegehalt der einzelnen Energiespeichermodule optimal ausgenutzt werden, ohne dass die lokalen Modulansteuerungen mit den übrigen Modulansteuerungen oder der zentralen Ansteuerung kommunizieren müssen.One idea of the present invention is to increase the availability of the energy storage device by an energy storage device having one or more modular power supply strings from a series connection of energy storage modules in the event of a communication failure or a communication failure between the central control of the energy storage device and the module drives assigned to the respective energy storage modules in that recourse is made to the last known state of the distribution of the charge states of the individual energy storage modules in order to locally control the energy storage modules in the module drives for providing a proportionate power to the total required output voltage of the energy storage device. As a result, the energy content of the individual energy storage modules can be optimally utilized without the local module controls having to communicate with the other module controls or the central control.

Vorteilhafterweise macht der modulare Aufbau der Energieversorgungsstränge eine gleichmäßige Entladung der Energiespeichermodule gemäß ihrer Restladung möglich, ohne dass dies Einfluss auf die nach außen bereitgestellte Gesamtspannung der Energiespeichereinrichtung hätte.Advantageously, the modular design of the power supply strands makes it possible to uniformly discharge the energy storage modules according to their residual charge, without this having any influence on the total voltage of the energy storage device provided to the outside.

Zudem können in derartigen modularen Systemen die lokalen Steuereinrichtungen die kritischen Betriebsparameter eigenständig überwachen und ihr jeweils zugeordnetes Energiespeichermodul innerhalb zulässiger Betriebsgrenzen betreiben. Dadurch, dass jede der Modulspeichereinrichtungen beim Auftreten eines Kommunikationsausfalls bereits durch die Festlegung einer gemeinsamen Betriebsstrategie aller Modulspeichereinrichtungen Kenntnis darüber hat, wie die anderen Modulspeichereinrichtungen reagieren, kann der Energiegehalt der zugeordneten Energiespeichermodule unter Berücksichtigung der lokalen Betriebsstrategie der anderen Modulspeichereinrichtungen optimal ausgenutzt werden, ohne dass eine weitere Kommunikation mit den anderen Modulspeichereinrichtungen notwendig wird.In addition, in such modular systems, the local control devices can independently monitor the critical operating parameters and operate their respective assigned energy storage module within permissible operating limits. By virtue of the fact that each of the module memory devices already has knowledge of how the other module memory devices react in the event of a communication failure, the energy content of the associated energy memory modules can be optimally utilized, taking into account the local operating strategy of the other module memory devices Further communication with the other module storage devices is necessary.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung können die Modulsteuereinrichtungen dazu ausgelegt sein, die Koppeleinrichtungen der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule in einem Pulsbreitenmodulationsverfahren derart anzusteuern, dass die eingestellten Pulsbreiten von dem vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszustand des jeweiligen Energiespeichermoduls abhängig sind. Die Verwendung einer Pulsbreitenmodulation macht die Aufteilung der Beiträge der einzelnen Energiespeichermodule zur Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung besonders einfach und flexibel.According to one embodiment of the energy storage device according to the invention, the module control devices can be designed to control the coupling devices of the respectively associated energy storage modules in a pulse width modulation method such that the set pulse widths are dependent on the state of charge of the respective energy storage module detected before the communication failure or the communication failure. The use of a pulse width modulation makes the division of contributions the individual energy storage modules to the total output voltage of the energy storage device particularly simple and flexible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung können die Modulsteuereinrichtungen dazu ausgelegt sein, den Ladungszustand und gegebenenfalls die Ausgangsspannung des jeweils zugeordneten Energiespeichermoduls an die übrigen Modulsteuereinrichtungen über den Kommunikationsbus zu übermitteln.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the module control devices can be designed to transmit the state of charge and optionally the output voltage of the respectively assigned energy storage module to the other module control devices via the communication bus.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung das Erzeugen von Ansteuersignalen für die Energiespeichermodule an die Modulsteuereinrichtungen einzustellen. Zusätzlich kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgelegt sein, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung an diejenigen Modulsteuereinrichtungen welche von dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung nicht betroffen sind, ein Steuersignal auszugeben, welches die Modulsteuereinrichtungen anweist, die Koppeleinrichtungen der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule gemäß den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen der Energiespeichermodule anzusteuern. Dies stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass alle Modulsteuereinrichtungen gleichermaßen an der Betriebsfehlerstrategie teilnehmen, insbesondere wenn nur ein Teil der Modulsteuereinrichtungen Kommunikationsstörungen erfährt.According to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the control device can be designed to set the generation of drive signals for the energy storage modules to the module control devices in the event of a communication failure or a communication failure. In addition, according to a further embodiment of the energy storage device according to the invention, the control device can further be designed to output a control signal instructing the module control devices in the event of a communication failure or a communication fault to those module control devices which are not affected by the communication failure or the communication fault, the coupling devices of the respective associated ones To control energy storage modules according to the respectively detected before the communication failure or the communication failure charge states of the energy storage modules. This advantageously ensures that all module control devices equally participate in the operating fault strategy, in particular if only a part of the module control devices experiences communication faults.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of an energy storage device according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of an embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiespeichermoduls einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 a schematic representation of another embodiment of an energy storage module of an energy storage device according to another embodiment of the present invention;

4 eine schematische Darstellung von beispielhaften Ansteuerzustandsdiagrammen von Energiespeichermodulen einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic representation of exemplary Ansteuerzustandsdiagrammen of energy storage modules of an energy storage device according to another embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung von beispielhaften Ansteuerzustandsdiagrammen von Energiespeichermodulen einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 5 a schematic representation of exemplary Ansteuerzustandsdiagrammen of energy storage modules of an energy storage device according to another embodiment of the present invention; and

6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung bei einem Kommunikationsausfall gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 a schematic representation of a method for driving an energy storage device in a communication failure according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 10 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch parallel schaltbare Energieversorgungsstränge 10a, 10b zwischen zwei Ausgangsanschlüssen 4a und 4b der Energiespeichereinrichtung 10 umfasst. Die Energieversorgungsstränge 10a, 10b weisen jeweils Stranganschlüsse 1a und 1b auf. Die Energiespeichereinrichtung 1 weist mindestens zwei parallel geschaltete Energieversorgungsstränge 10a, 10b auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energieversorgungsstränge 10a, 10b in 1 zwei, wobei jedoch jede andere größere Anzahl von Energieversorgungsstränge 10a, 10b ebenso möglich ist. Es kann dabei gleichermaßen auch möglich sein, nur einen Energieversorgungsstrang 10a zwischen die Stranganschlüsse 1a und 1b zu schalten, die in diesem Fall die Ausgangsanschlüsse 4a, 4b der Energiespeichereinrichtung 10 bilden können. 1 shows an energy storage device 10 for providing a supply voltage by parallel switchable power supply lines 10a . 10b between two output terminals 4a and 4b the energy storage device 10 includes. The power supply lines 10a . 10b each have strand connections 1a and 1b on. The energy storage device 1 has at least two power supply lines connected in parallel 10a . 10b on. By way of example, the number of power supply lines 10a . 10b in 1 two, but with each other having a larger number of power supply strings 10a . 10b is also possible. It may equally be possible, but only one power supply line 10a between the strand connections 1a and 1b to switch, in this case, the output terminals 4a . 4b the energy storage device 10 can form.

Die Energieversorgungsstränge 10a, 10b können dabei jeweils über Speicherinduktivitäten 2a, 2b mit dem Ausgangsanschluss 4a der Energiespeichereinrichtung 10 gekoppelt sein. Die Speicherinduktivitäten 2a, 2b können beispielsweise konzentrierte oder verteilte Bauelemente sein. Alternativ können auch parasitäre Induktivitäten der Energieversorgungsstränge 10a, 10b als Speicherinduktivitäten 2a, 2b eingesetzt werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Energieversorgungsstränge 10a, 10b kann der Stromfluss beispielsweise in einen an die Ausgangsanschlüsse 4a, 4b angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis gesteuert werden. Der maximale Strom wird dabei durch die Speicherinduktivitäten 2a, 2b im Zusammenspiel mit dem Gleichspannungszwischenkreis begrenzt.The power supply lines 10a . 10b can each have storage inductances 2a . 2 B with the output connector 4a the energy storage device 10 be coupled. The storage inductances 2a . 2 B For example, they may be concentrated or distributed components. Alternatively, parasitic inductances of the power supply lines 10a . 10b as storage inductances 2a . 2 B be used. By appropriate control of the power supply lines 10a . 10b For example, the current flow may be into one of the output terminals 4a . 4b controlled DC voltage intermediate circuit can be controlled. The maximum current is thereby through the storage inductances 2a . 2 B limited in interaction with the DC link.

Es kann weiterhin eine Strangkoppeleinrichtung 2c vorgesehen sein, die zwischen die Speicherinduktivitäten 2a, 2b und den Ausgangsanschluss 4a der Energiespeichereinrichtung 10 gekoppelt sein kann. Die Strangkoppeleinrichtung 2c kann beispielsweise Schütze oder Leistungsschalter aufweisen, mit Hilfe derer die Energieversorgungsstränge 10a, 10b selektiv von dem Ausgangsanschluss 4a der Energiespeichereinrichtung 10 abgekoppelt werden können. Im Falle eines einzelnen Energieversorgungsstrangs 10a kann auf die Speicherinduktivitäten 2a bzw. 2b sowie die Strangkoppeleinrichtung 2c auch verzichtet werden, so dass der Energieversorgungsstrang 10a direkt zwischen die Ausgangsanschlüsse 4a, 4b der Energiespeichereinrichtung 10 gekoppelt ist.It can also be a strand coupling device 2c be provided between the memory inductances 2a . 2 B and the output terminal 4a the energy storage device 10 can be coupled. The strand coupling device 2c may include, for example, contactors or circuit breakers, by means of which the power supply lines 10a . 10b selectively from the output terminal 4a the energy storage device 10 can be disconnected. In the case of a single power supply string 10a can on the memory inductances 2a respectively. 2 B as well as the strand coupling device 2c also be dispensed with, so that the power supply line 10a directly between the output terminals 4a . 4b the energy storage device 10 is coupled.

Jeder der Energieversorgungsstränge 10a, 10b weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 3 auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 3 pro Energieversorgungsstrang in 1 zwei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeichermodulen 3 ebenso möglich ist. Vorzugsweise umfasst dabei jeder der Energieversorgungsstränge 10a, 10b die gleiche Anzahl an Energiespeichermodulen 3, wobei es jedoch auch möglich ist, für jeden Energieversorgungsstrang 10a, 10b eine unterschiedliche Anzahl an Energiespeichermodulen 3 vorzusehen. Die Energiespeichermodule 3 weisen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 3a und 3b auf, über welche eine Ausgangsspannung der Energiespeichermodule 3 bereitgestellt werden kann.Each of the power supply lines 10a . 10b has at least two energy storage modules connected in series 3 on. By way of example, the number of energy storage modules 3 per power supply line in 1 two, but any other number of energy storage modules 3 is also possible. Preferably, each of the power supply lines comprises 10a . 10b the same number of energy storage modules 3 However, it is also possible for each power supply line 10a . 10b a different number of energy storage modules 3 provided. The energy storage modules 3 each have two output terminals 3a and 3b on, over which an output voltage of the energy storage modules 3 can be provided.

Beispielhafte Aufbauformen der Energiespeichermodule 3 sind in den 2 und 3 in größerem Detail gezeigt. Die Energiespeichermodule 3 umfassen jeweils eine Koppeleinrichtung 7 mit mehreren Koppelelementen 7a und 7c sowie gegebenenfalls 7b und 7d. Die Energiespeichermodule 3 umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 5a, 5k.Exemplary construction forms of the energy storage modules 3 are in the 2 and 3 shown in greater detail. The energy storage modules 3 each comprise a coupling device 7 with several coupling elements 7a and 7c and optionally 7b and 7d , The energy storage modules 3 each further comprise an energy storage cell module 5 with one or more energy storage cells connected in series 5a . 5k ,

Das Energiespeicherzellenmodul 5 kann dabei beispielsweise in Reihe geschaltete Batterien 5a bis 5k, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder -Akkumulatoren aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen 5a bis 5k in dem in 2 gezeigten Energiespeichermodul 3 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen 5a bis 5k ebenso möglich ist.The energy storage cell module 5 can, for example, in series batteries 5a to 5k , For example, lithium-ion batteries or accumulators have. The number of energy storage cells is 5a to 5k in the 2 shown energy storage module 3 two by way of example, but with every other number of energy storage cells 5a to 5k is also possible.

Die Energiespeicherzellenmodule 5 sind mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtung 7 verbunden. Die Koppeleinrichtung 7 ist in 2 beispielhaft als Vollbrückenschaltung mit je zwei Koppelelementen 7a, 7c und zwei Koppelelementen 7b, 7d ausgebildet. Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d können dabei jeweils ein aktives Schaltelement, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode aufweisen. Die Halbleiterschalter können beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen. In diesem Fall können die Freilaufdioden auch jeweils in die Halbleiterschalter integriert sein.The energy storage cell modules 5 are with input terminals of the associated coupling device 7 connected. The coupling device 7 is in 2 by way of example as a full bridge circuit with two coupling elements each 7a . 7c and two coupling elements 7b . 7d educated. The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can each have an active switching element, such as a semiconductor switch, and a parallel-connected freewheeling diode. The semiconductor switches may comprise field effect transistors (FETs), for example. In this case, the freewheeling diodes can also be integrated in each case in the semiconductor switches.

Die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d in 2 können derart angesteuert werden, beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung 11 in 1, dass das Energiespeicherzellenmodul 5 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet wird oder dass das Energiespeicherzellenmodul 5 überbrückt oder umgangen wird. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 können daher einzelne Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichermodule 3 gezielt in die Reihenschaltung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b integriert werden.The coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d in 2 can be controlled in such a way, for example by means of the control device 11 in 1 in that the energy storage cell module 5 selectively between the output terminals 3a and 3b is switched or that the energy storage cell module 5 bridged or bypassed. By suitable activation of the coupling devices 7 can therefore individual energy storage cell modules 5 the energy storage modules 3 specifically in the series connection of a power supply line 10a . 10b to get integrated.

Mit Bezug auf 2 kann das Energiespeicherzellenmodul 5 beispielsweise in Vorwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b geschaltet werden, indem das aktive Schaltelement des Koppelelements 7d und das aktive Schaltelement des Koppelelements 7a in einen geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden übrigen aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in einen offenen Zustand versetzt werden. Ein erster Überbrückungszustand oder Umgehungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die beiden aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7c und 7d in offenem Zustand gehalten werden. Ein zweiter Überbrückungszustand oder Umgehungszustand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die beiden aktiven Schalter der Koppelelemente 7c und 7d in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7b in offenem Zustand gehalten werden. In beiden Umgehungszuständen liegt zwischen den beiden Ausgangsklemmen 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 die Spannung 0 an. Ebenso kann das Energiespeicherzellenmodul 5 in Rückwärtsrichtung zwischen die Ausgangsanschlüsse 3a und 3b der Koppeleinrichtung 7 geschaltet werden, indem die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7b und 7c in geschlossenen Zustand versetzt werden, während die aktiven Schaltelemente der Koppelelemente 7a und 7d in offenen Zustand versetzt werden.Regarding 2 can the energy storage cell module 5 for example, in the forward direction between the output terminals 3a and 3b be switched by the active switching element of the coupling element 7d and the active switching element of the coupling element 7a be placed in a closed state, while the two remaining active switching elements of the coupling elements 7b and 7c be put in an open state. A first bypass state or bypass state can be set, for example, by virtue of the fact that the two active switching elements of the coupling elements 7a and 7b be placed in the closed state, while the two active switching elements of the coupling elements 7c and 7d kept open. A second bypass state or bypass state can be set, for example, by virtue of the fact that the two active switches of the coupling elements 7c and 7d be placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7b kept open. In both bypass states lies between the two output terminals 3a and 3b the coupling device 7 the voltage 0. Likewise, the energy storage cell module 5 in the reverse direction between the output terminals 3a and 3b the coupling device 7 be switched by the active switching elements of the coupling elements 7b and 7c be placed in the closed state, while the active switching elements of the coupling elements 7a and 7d be put in the open state.

Die Gesamtausgangsspannung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b kann dabei jeweils in Stufen eingestellt werden, wobei die Anzahl der Stufen mit der Anzahl der Energiespeichermodule 3 skaliert. Zwischenstufen der Ausgangsspannung eines Energiespeichermoduls 3 können beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass die Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d der Koppeleinrichtung 7 in einem Pulsbreitenmodulationsverfahren angesteuert werden. Dabei skaliert die Ausgangsspannung mit der gewählten Pulsbreite der Ansteuerung. Auf diese Weise können jeweils eine Anzahl von Energiespeichermodulen 3 in einem Dauerbetrieb angesteuert werden, um eine Grobabstufung der Gesamtausgangsspannung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b einzustellen. Die Feinabstufung der Gesamtausgangsspannung eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b kann wiederum über ein Energiespeichermodul 3 eingestellt werden, welches pulsbreitenmoduliert angesteuert wird.The total output voltage of a power supply string 10a . 10b can be set in each case in stages, the number of stages with the number of energy storage modules 3 scaled. Intermediate stages of the output voltage of an energy storage module 3 For example, can be adjusted by the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d the coupling device 7 in a pulse width modulation method be controlled. The output voltage scales with the selected pulse width of the drive. In this way, in each case a number of energy storage modules 3 be driven in a continuous operation to a coarse gradation of the total output voltage of a power supply line 10a . 10b adjust. The fine grading of the total output voltage of a power supply string 10a . 10b in turn, via an energy storage module 3 can be set, which is controlled pulse width modulated.

Die Ansteuerung der Koppelelemente 7a, 7b, 7c, 7d kann dabei beispielsweise eine Modulsteuereinrichtung, wie die Modulsteuereinrichtung 13 in 1, vornehmen, welche dazu ausgelegt ist, zum Beispiel eine Stromregelung mit einer untergelagerten Spannungssteuerung durchzuführen, so dass ein stufiges Zu- oder Abschalten von einzelnen Energiespeichermodulen 3 erfolgen kann. Jede der Modulsteuereinrichtung 13 in 1 ist dabei einem der Energiespeichermodule 3 in dem Energieversorgungsstrang zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 jeweils nur für den Energieversorgungsstrang 10a den Energiespeichermodulen 3 zugeordnete Modulsteuereinrichtungen 13 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass auch der Energieversorgungsstrang 10b über entsprechende den darin umfassten Energiespeichermodulen 3 zugeordnete Modulsteuereinrichtungen 13 verfügen kann.The control of the coupling elements 7a . 7b . 7c . 7d can, for example, a module control device, such as the module control device 13 in 1 , Which is designed to perform, for example, a current control with a lower voltage control, so that a gradual connection or disconnection of individual energy storage modules 3 can be done. Each of the module controllers 13 in 1 is one of the energy storage modules 3 assigned in the power supply line. For clarity, in 1 in each case only for the power supply line 10a the energy storage modules 3 associated module control devices 13 shown. It is understood, however, that the power supply line 10b via corresponding energy storage modules included therein 3 associated module control devices 13 can dispose of.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Energiespeichermoduls 3. Das in 3 gezeigte Energiespeichermodul 3 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Energiespeichermodul 3 nur dadurch, dass die Koppeleinrichtung 7 zwei statt vier Koppelelemente aufweist, die in Halbbrückenschaltung statt in Vollbrückenschaltung verschaltet sind. 3 shows a further exemplary embodiment of an energy storage module 3 , This in 3 shown energy storage module 3 is different from the one in 2 shown energy storage module 3 only in that the coupling device 7 having two instead of four coupling elements, which are connected in half-bridge circuit instead of full-bridge circuit.

In den dargestellten Ausführungsvarianten können die aktiven Schaltelemente als Leistungshalbleiterschalter, zum Beispiel in Form von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Field-Effect Transistors) oder als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), ausgeführt sein.In the illustrated embodiments, the active switching elements as a power semiconductor switch, for example in the form of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (junction field-effect transistor) or as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), be executed.

Die Energiespeichereinrichtung 10 mit den Energieversorgungssträngen 10a, 10b kann beispielsweise zur Speisung einer einphasigen elektrischen Maschine eingesetzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 10 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz verwendet wird. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung 10 eine Synchron- oder Asynchronmaschine, eine Reluktanzmaschine oder einen bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC, „brushless DC motor“) speisen. Es kann dabei auch möglich sein, die Energiespeichereinrichtung 10 in stationären Systemen einzusetzen, beispielsweise in Kraftwerken, in elektrischen Energiegewinnungsanlagen wie zum Beispiel Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen oder Kraftwärmekopplungsanlagen, in Energiespeicheranlagen wie zum Beispiel Druckluftspeicherkraftwerken, Batteriespeicherkraftwerken, Schwungradspeichern, Pumpspeichern oder ähnlichen Systemen.The energy storage device 10 with the power supply lines 10a . 10b can be used for example for feeding a single-phase electric machine. However, it can also be provided that the energy storage device 10 is used to generate electricity for a power grid. For example, the energy storage device 10 a synchronous or asynchronous machine, a reluctance machine or a brushless DC motor (BLDC, "brushless DC motor"). It may also be possible, the energy storage device 10 Use in stationary systems, for example in power plants, in electrical energy plants such as wind turbines, photovoltaic systems or combined heat and power plants, in energy storage systems such as compressed air storage plants, battery storage plants, flywheel storage, pumped storage or similar systems.

Die Energiespeichereinrichtung 10 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 11 umfassen, welche mit dem Modulsteuereinrichtungen 13 über einen Kommunikationsbus 12 verbunden ist, und mithilfe derer die Modulsteuereinrichtungen 13 zentral gesteuert werden können, um die gewünschte Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 10 an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 4a, 4b bereitzustellen. Zudem kann die Steuereinrichtung 11 dazu ausgelegt sein, bei einem Laden der Energiespeicherzellenmodule 5 der Energiespeichereinrichtung 10 die jeweiligen Koppelelemente bzw. aktiven Schaltelemente der Energiespeichermodule 3 der Energieversorgungsstränge 10a, 10b anzusteuern.The energy storage device 10 can continue a control device 11 comprising, which with the module control devices 13 via a communication bus 12 and by means of which the module controllers 13 can be centrally controlled to the desired total output voltage of the energy storage device 10 at the respective output connections 4a . 4b provide. In addition, the control device 11 be configured to charge the energy storage cell modules 5 the energy storage device 10 the respective coupling elements or active switching elements of the energy storage modules 3 the power supply lines 10a . 10b head for.

4 zeigt schematische Diagramme beispielhafter Ansteuerzustände von vier Energiespeichermodulen 3 eines Energieversorgungsstrangs 10a, 10b einer Energiespeichereinrichtung 10, wie im Zusammenhang mit 1 bis 3 erläutert. Die Ansteuerzustände in 4 können den Ansteuerzuständen im Normalzustand der Energiespeichereinrichtung 10 entsprechen, das heißt, wenn kein Kommunikationsausfall oder Kommunikationsstörung vorliegt. Dementsprechend zeigt 5 schematische Diagramme beispielhafter Ansteuerzustände der vier Energiespeichermodule 3 in 4, nachdem eine Kommunikationsausfall oder Kommunikationsstörung erfasst worden ist. Die Situation in 5 entspricht daher einer Notlaufstrategie für die Energiespeichereinrichtung 10. Die Anzahl der dargestellten Energiespeichermodule 3 in 4 und 5 beträgt nur beispielhaft vier, und es ist klar, dass jede andere Anzahl unter Berücksichtigung der entsprechenden Anpassungen möglich sein kann. 4 shows schematic diagrams of exemplary drive states of four energy storage modules 3 a power supply line 10a . 10b an energy storage device 10 as related to 1 to 3 explained. The activation states in 4 can the drive states in the normal state of the energy storage device 10 correspond, that is, when there is no communication failure or communication failure. Accordingly shows 5 schematic diagrams of exemplary drive states of the four energy storage modules 3 in 4 after a communication failure or communication failure has been detected. The situation in 5 therefore corresponds to an emergency running strategy for the energy storage device 10 , The number of illustrated energy storage modules 3 in 4 and 5 is only four by way of example, and it is clear that any other number may be possible considering the appropriate adjustments.

Im Normalzustand der 4 befinden sich die Energiespeichermodule (b) und (c) in einem dauerhaft zugeschalteten Zustand, wie durch die logisch hohen Steuersignale P2 und P3 dargestellt. Das Energiespeichermodul (b) sei im Normalzustand aus dem Energieversorgungsstrang dauerhaft ausgekoppelt, wie durch das logisch niedrige Steuersignal P4 dargestellt. Um eine Feinabstufung der gewünschten Gesamtausgangsspannung des Energieversorgungsstrangs zu erreichen, kann das Energiespeichermodul (a) in einem getakteten, beispielsweise pulsbreitenmodulierten, Betriebszustand angesteuert werden, wie durch das beispielhafte PWM-Steuersignal P1 dargestellt. Im Beispiel der 4 sei der Ansteuergrad des PWM-Steuersignals P1 0,4, so dass die gesamte Ausgangsspannung U des Energieversorgungsstrangs in der in 4 dargestellten Betriebssituation 2,4/4 = 60% der maximal möglichen Gesamtausgangsspannung Umax beträgt.In the normal state of 4 the energy storage modules (b) and (c) are in a permanently switched state, as represented by the logic high control signals P2 and P3. The energy storage module (b) is permanently decoupled from the power supply line in the normal state, as shown by the logic low control signal P4. In order to achieve a fine grading of the desired total output voltage of the power supply train, the energy storage module (a) can be driven in a pulsed, for example pulse width modulated, operating state, as represented by the exemplary PWM control signal P1. In the example of 4 be the drive level of the PWM control signal P1 0.4, so that the entire output voltage U of the power supply line in the in 4 shown operating situation 2.4 / 4 = 60% of the maximum possible total output voltage U max .

Es ist dabei möglich, alternativ zu einem Pulsbreitenmodulationsverfahren andere Ansteuerverfahren einzusetzen, welche eine variable effektive Spannung durch Bereitstellen eines Ansteuersignalmusters erzeugen können.It is possible, as an alternative to a pulse width modulation method, to use other drive methods which can generate a variable effective voltage by providing a drive signal pattern.

Falls nun ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung zwischen den Modulsteuereinrichtungen 13 untereinander oder mit der Steuereinrichtung 11 vorliegt bzw. erfasst wird, kann in allen Modulsteuereinrichtungen 13 ein Notlaufprogramm aktiviert werden. Dazu haben alle Modulsteuereinrichtungen 13 über die aktuellen Ladungszustände aller Energiespeichermodule 3 Kenntnis. Beispielhaft sei angenommen, dass der Ladungszustand des Energiespeichermoduls (a) bei 80%, der Ladungszustand des Energiespeichermoduls (b) bei 20%, Ladungszustand des Energiespeichermoduls (c) bei 40% und der Ladungszustand des Energiespeichermoduls (d) bei 60% liege. Dadurch ergibt sich ein mittlerer Ladungszustand von 50% gemittelt über alle Energiespeichermodule (a) bis (d).If now a communication failure or a communication failure between the module control devices 13 with each other or with the control device 11 is present or can be detected in all module control devices 13 an emergency program will be activated. All module control units have to do this 13 about the current charge states of all energy storage modules 3 Knowledge. By way of example, it is assumed that the charge state of the energy storage module (a) at 80%, the charge state of the energy storage module (b) at 20%, the charge state of the energy storage module (c) at 40% and the state of charge of the energy storage module (d) at 60%. This results in a mean charge state of 50% averaged over all energy storage modules (a) to (d).

Bei einem erfassten Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung kann statt der Ansteuerstrategie in 4 die Ansteuerstrategie in 5 gewählt werden. Dazu können alle Modulsteuereinrichtungen 13 ihr jeweils zugeordnetes Energiespeichermodul 3 so ansteuern, dass jedes der Energiespeichermodule (a) bis (d) einem pulsbreitenmodulierten Betriebszustand betrieben wird. Dies kann zum einen in Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtausgangsspannung U bzw. dem Verhältnis der gewünschten Gesamtausgangsspannung U zur maximal möglichen Spannung Umax in dem Energieversorgungsstrang erfolgen. Im Beispiel in 4 sei dieses Verhältnis U/Umax = 2,4/4 = 60%. Zum anderen können die Pulsbreiten der Ansteuersignale Q1 bis Q4 für die Energiespeichermodule (a) bis (d) so gewählt werden, dass sie den relativen Ladungszustand bzw. Energiegehalt E der Energiespeichermodule (a) bis (d) im Vergleich zum mittleren Ladungszustand bzw. Energiegehalt Emittel über alle Energiespeichermodule (a) bis (d) widerspiegeln. Dazu können die Pulsbreiten der Ansteuersignale Q1 bis Q4 für die Energiespeichermodule (a) bis (d) mit einem Faktor E/Emittel gewichtet werden.In the case of a detected communication failure or a communication fault, instead of the control strategy in 4 the driving strategy in 5 to get voted. For this purpose, all module control devices 13 their respective assigned energy storage module 3 so that each of the energy storage modules (a) to (d) is operated in a pulse width modulated operating state. This can be done on the one hand depending on the desired total output voltage U or the ratio of the desired total output voltage U to the maximum possible voltage U max in the power supply line. In the example in 4 let this ratio U / U max = 2.4 / 4 = 60%. On the other hand, the pulse widths of the drive signals Q1 to Q4 for the energy storage modules (a) to (d) can be selected such that they show the relative charge state or energy content E of the energy storage modules (a) to (d) compared to the average charge state or energy content E medium over all energy storage modules (a) to (d) reflect. For this purpose, the pulse widths of the drive signals Q1 to Q4 for the energy storage modules (a) to (d) can be weighted by a factor E / E average .

Im Beispiel der 5 ergibt sich damit als Ansteuergrad für das Ansteuersignal Q1 ein Wert von U/Umax·E/Emittel = 60%·80%/50% = 96%. Dementsprechend ergibt sich für das Ansteuersignal Q2 ein Wert von 24%, für das Ansteuersignal Q3 ein Wert von 48% und für das Ansteuersignal Q4 ein Wert von 72%. Diese Werte können durch den maximalen Ansteuergrad von 100% nach oben begrenzt sein, d.h. statt einer Pulsbreitenmodulation wird eine kontinuierliche Aktivierung des Energiespeichermoduls eingesetzt. In diesem Fall kann das jeweilige Energiespeichermodul dauerhaft betrieben werden, und die Pulsbreiten der übrigen Energiespeichermodule gemäß ihrem Restladungszustand angesteuert werden. Sollten weitere Energiespeichermodul mit maximalem Ansteuergrad von 100% angesteuert werden, kann das Einstellverfahren für die Pulsbreiten für die jeweils übrigen Energiespeichermodule iterativ durchgeführt werden.In the example of 5 This results in a value of U / U max · E / E medium = 60% · 80% / 50% = 96% as the drive rate for the drive signal Q1. Accordingly, a value of 24% results for the drive signal Q2, a value of 48% for the drive signal Q3 and a value of 72% for the drive signal Q4. These values can be limited by the maximum drive level of 100% upwards, ie, instead of a pulse width modulation, a continuous activation of the energy storage module is used. In this case, the respective energy storage module can be operated permanently, and the pulse widths of the other energy storage modules can be controlled according to their residual charge state. If additional energy storage module with maximum drive level of 100% are controlled, the adjustment procedure for the pulse widths for the remaining energy storage modules can be iteratively performed.

Mit einer derartigen Einstellung der Pulsbreiten kann der gesamte Energieversorgungsstrang mit maximaler Restlaufzeit genutzt werden, ohne dass Einbußen in der Einstellung der maximalen Gesamtspannung hingenommen werden müssen. With such an adjustment of the pulse widths of the entire power supply line can be used with maximum remaining time without any loss in the setting of the maximum total voltage must be accepted.

Falls die Steuereinrichtung 11 nach einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung noch zumindest mit einigen der Modulsteuereinrichtungen 13 kommunizieren kann, kann die Steuereinrichtung 11 dazu ausgelegt sein, mit dem Erzeugen von Ansteuersignalen für die Energiespeichermodule 3 an die Modulsteuereinrichtungen 13 aufzuhören, um den Modulsteuereinrichtungen 13 eine ungestörte Notlaufstrategie zu ermöglichen. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 11 auch an diejenigen Modulsteuereinrichtungen 13, welche von dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung nicht betroffen sind, ein Steuersignal ausgeben, welches die Modulsteuereinrichtungen 13 anweist, die Koppeleinrichtungen 7 der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule 3 gemäß den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen der Energiespeichermodule 3 anzusteuern.If the controller 11 after a communication failure or a communication failure at least with some of the module control devices 13 can communicate, the control device 11 be designed to generate driving signals for the energy storage modules 3 to the module control devices 13 stop to the module controllers 13 to enable an undisturbed emergency running strategy. Furthermore, the control device 11 also to those module control devices 13 , which are not affected by the communication failure or the communication disturbance, output a control signal representing the module control devices 13 instructs the coupling devices 7 the respectively associated energy storage modules 3 in accordance with the charge states of the energy storage modules respectively detected before the communication failure or the communication failure 3 head for.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens 20 zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung 10, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert. Mit dem Verfahren 20 kann in einer Variante eine Energiespeichereinrichtung 10 bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung zwischen den Modulsteuereinrichtungen 13 und der Steuereinrichtung 11 angesteuert werden, um die Verfügbarkeit der Energiespeichereinrichtung 10 durch eine Notlaufstrategie zu erhöhen. Das Verfahren 20 kann dazu beispielsweise die im Zusammenhang mit den 4 und 5 erläuterte Notlaufstrategie implementieren. 6 shows a schematic representation of an exemplary method 20 for driving an energy storage device, in particular an energy storage device 10 , as related to the 1 to 3 explained. With the procedure 20 In one variant, an energy storage device 10 in case of a communication failure or a communication failure between the module controllers 13 and the controller 11 be controlled to the availability of the energy storage device 10 through an emergency running strategy. The procedure 20 can do this, for example, in connection with the 4 and 5 implement explained emergency running strategy.

In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Erfassen eines Ladungszustands und gegebenenfalls der Ausgangsspannung jedes der Energiespeichermodule 3 durch jeweils eine dem Energiespeichermodul 3 zugeordnete Modulsteuereinrichtung 13. Dies kann beispielsweise durch Erfassen von Betriebsparametern des Energiespeichermoduls 3 bzw. der Energiespeicherzellen 5a bis 5k erfolgen, woraus sich der Ladungszustand der Energiespeicherzellen 5a bis 5k errechnen oder zumindest schätzen lässt. Beispielsweise können als Betriebsparameter die Ausgangsspannung der Energiespeicherzellen 5a bis 5k, der Ausgangsstrom der Energiespeicherzellen 5a bis 5k, die Temperatur der Energiespeicherzellen 5a bis 5k oder die Betriebsdauer seit der letzten Ladung erfasst werden.In a first step 21 there is a detection of a state of charge and optionally the output voltage of each of the energy storage modules 3 by one each the energy storage module 3 associated module control device 13 , This can be done, for example, by detecting operating parameters of the energy storage module 3 or the energy storage cells 5a to 5k take place, resulting in the state of charge of the energy storage cells 5a to 5k calculate or at least estimate. For example, as an operating parameter, the output voltage of the energy storage cells 5a to 5k , the output current of the energy storage cells 5a to 5k , the temperature of the energy storage cells 5a to 5k or the operating time since the last charge has been recorded.

In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Kommunizieren der Ladungszustände und gegebenenfalls der Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule 3 über den Kommunikationsbus 12 an die jeweils übrigen Modulsteuereinrichtungen 13 und gegebenenfalls an die Steuereinrichtung 11. Dabei wird in einem dritten Schritt 23 kontinuierlich überwacht, ob ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung zwischen mindestens einer der Modulsteuereinrichtungen 13 und der Steuereinrichtung 11 auftritt. Beispielsweise kann dies eine Störung des Kommunikationsbusses 12, ein Defekt der Steuereinrichtung 11 oder ein Verlust der Verbindung zu den Modulsteuereinrichtungen 13 sein. Ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung kann zwischen einzelnen der Modulsteuereinrichtungen 13 und der Steuereinrichtung 11 oder zwischen allen der genannten Komponenten auftreten.In a second step 22 there is a communication of the charge states and possibly the output voltages of the energy storage modules 3 over the communication bus 12 to the other module control devices 13 and optionally to the controller 11 , This is in a third step 23 continuously monitors whether a communication failure or a communication failure between at least one of the module control devices 13 and the controller 11 occurs. For example, this may be a disturbance of the communication bus 12 , a defect of the control device 11 or a loss of connection to the module controllers 13 be. A communication failure or a communication failure may occur between individual ones of the module controllers 13 and the controller 11 or between all of the named components.

Wenn ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung erfasst worden ist, kann in einem Schritt 24 ein Ansteuern der Koppeleinrichtungen 7 der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule 3 in Abhängigkeit von den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen und gegebenenfalls Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule 3 nach Auftreten eines Kommunikationsausfalls oder einer Kommunikationsstörung durch die Modulsteuereinrichtungen 13 erfolgen. Dabei können beispielsweise Energiespeichermodule 3 zugeschaltet werden, welche zunächst nicht an der Bereitstellung der Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 10 beteiligt waren. Alle Energiespeichermodule 3 können durch ihre jeweiligen Modulsteuereinrichtungen 13 in einem Pulsbreitenmodulationsverfahren betrieben werden, bei dem die eingestellten Pulsbreiten von dem vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszustand und gegebenenfalls der Ausgangsspannung des jeweiligen Energiespeichermoduls 3 abhängig sind. Da alle Modulsteuereinrichtungen 13 zum Zeitpunkt des Kommunikationsausfalls über alle Ladungszustände der Energiespeichermodule 3 informiert waren, kann die eingestellte Pulsbreite dem Verhältnis des aktuellen Ladungszustands des jeweiligen Energiespeichermoduls 3 zu der Summe der aktuellen Ladungszustände aller Energiespeichermodule 3 entsprechen. Dadurch werden alle Energiespeichermodule 3 entsprechend ihres Restenergiegehalts belastet und können im Wesentlichen über den gleichen verbleibenden Restzeitraum Energie bereitstellen. Somit bleibt die Bereitstellung der gewünschten Gesamtausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 10 über einen möglichst langen Zeitraum gewährleistet, ohne dass eine Notabschaltung der Energiespeichereinrichtung 10 bei einem Kommunikationsausfall notwendig wird.If a communication failure or a communication failure has been detected, can in one step 24 a driving of the coupling devices 7 the respectively associated energy storage modules 3 as a function of the charge states respectively detected before the communication failure or the communication fault and, if appropriate, output voltages of the energy storage modules 3 upon occurrence of a communication failure or a communication failure by the module controllers 13 respectively. In this case, for example, energy storage modules 3 which are initially not at the provision of the total output voltage of the energy storage device 10 were involved. All energy storage modules 3 can through their respective module control devices 13 be operated in a pulse width modulation method, wherein the set pulse widths of the detected before the communication failure or communication failure state of charge and optionally the output voltage of the respective energy storage module 3 are dependent. Since all module controllers 13 at the time of communication failure across all charge states of the energy storage modules 3 were informed, the set pulse width the ratio of the current state of charge of the respective energy storage module 3 to the sum of the current charge states of all energy storage modules 3 correspond. This will make all energy storage modules 3 charged according to their residual energy content and can provide energy for substantially the same remaining time remaining. Thus, the provision of the desired total output voltage of the energy storage device remains 10 ensured over as long a period as possible, without an emergency shutdown of the energy storage device 10 becomes necessary during a communication failure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010027857 A1 [0005] DE 102010027857 A1 [0005]
  • DE 102010027861 A1 [0005] DE 102010027861 A1 [0005]

Claims (8)

Energiespeichereinrichtung (10) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung an Ausgangsanschlüssen (4a, 4b) der Energiespeichereinrichtung (10), mit: mindestens einem Energieversorgungsstrang (10a; 10b) mit jeweils einem oder mehreren in dem Energieversorgungsstrang (10a; 10b) in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (3), welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul (5) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (5a, 5k) und eine Koppeleinrichtung (7) mit einer Vielzahl von Koppelelementen (7a, 7b, 7c, 7d) aufweisen, wobei die Koppeleinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul (5) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang (10a; 10b) zu schalten oder in dem jeweiligen Energieversorgungsstrang (10a; 10b) zu umgehen; einer Vielzahl von Modulsteuereinrichtungen (13), welche mit jeweils einem der Energiespeichermodulen (3) gekoppelt und dazu ausgelegt sind, die Koppeleinrichtung (7) des jeweils zugeordneten Energiespeichermoduls (3) anzusteuern und den Ladungszustand des Energiespeichermoduls (3) zu erfassen; und einer Steuereinrichtung (11), welche über einen Kommunikationsbus (12) mit den Modulsteuereinrichtungen (13) gekoppelt und dazu ausgelegt ist, die Ladungszustände der Energiespeichermodule (3) von den Modulsteuereinrichtungen (13) zu empfangen und in Abhängigkeit von den empfangenen Ladungszuständen der Energiespeichermodule (3) Ansteuersignale für die Energiespeichermodule (3) an die Modulsteuereinrichtungen (13) auszugeben, wobei die Modulsteuereinrichtungen (13) dazu ausgelegt sind, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung mit der Steuereinrichtung (11) die Koppeleinrichtungen (7) der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule (3) gemäß den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen der Energiespeichermodule (3) anzusteuern.Energy storage device ( 10 ) for generating a supply voltage at output terminals ( 4a . 4b ) of the energy storage device ( 10 ), comprising: at least one power supply string ( 10a ; 10b ) each having one or more in the power supply line ( 10a ; 10b ) in series energy storage modules ( 3 ), each of which is an energy storage cell module ( 5 ) with at least one energy storage cell ( 5a . 5k ) and a coupling device ( 7 ) with a plurality of coupling elements ( 7a . 7b . 7c . 7d ), wherein the coupling device ( 7 ) is adapted to the energy storage cell module ( 5 ) selectively into the respective power supply line ( 10a ; 10b ) or in the respective power supply line ( 10a ; 10b ) to get around; a plurality of module control devices ( 13 ), which in each case with one of the energy storage modules ( 3 ) are coupled and adapted to the coupling device ( 7 ) of the respectively assigned energy storage module ( 3 ) and the state of charge of the energy storage module ( 3 ) capture; and a control device ( 11 ), which via a communication bus ( 12 ) with the module control devices ( 13 ) and is adapted to the charge states of the energy storage modules ( 3 ) from the module controllers ( 13 ) and depending on the received charge states of the energy storage modules ( 3 ) Control signals for the energy storage modules ( 3 ) to the module controllers ( 13 ), the module control devices ( 13 ) are adapted, in the event of a communication failure or a communication failure with the control device ( 11 ) the coupling devices ( 7 ) of the respectively assigned energy storage modules ( 3 ) according to the state of charge of the energy storage modules detected before the communication failure or the communication disturbance ( 3 ) head for. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Modulsteuereinrichtungen (13) dazu ausgelegt sind, die Koppeleinrichtungen (7) der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule (3) in einem Pulsbreitenmodulationsverfahren derart anzusteuern, dass die eingestellten Pulsbreiten von dem vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszustand des jeweiligen Energiespeichermoduls (3) abhängig sind. Energy storage device ( 10 ) according to claim 1, wherein the module control devices ( 13 ) are designed to connect the coupling devices ( 7 ) of the respectively assigned energy storage modules ( 3 ) in a pulse width modulation method such that the set pulse widths of the detected before the communication failure or the communication failure state of charge of the respective energy storage module ( 3 ) are dependent. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Modulsteuereinrichtungen (13) dazu ausgelegt sind, die Koppeleinrichtungen (7) der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule (3) mit einer einstellbaren Ansteuersignalmuster zum Bereitstellen einer effektiven Spannung anzusteuern, wobei das Ansteuersignalmuster von dem vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszustand des jeweiligen Energiespeichermoduls (3) abhängig ist.Energy storage device ( 10 ) according to claim 1, wherein the module control devices ( 13 ) are designed to connect the coupling devices ( 7 ) of the respectively assigned energy storage modules ( 3 ) with an adjustable drive signal pattern for providing an effective voltage, wherein the drive signal pattern of the detected before the communication failure or communication failure state of charge of the respective energy storage module ( 3 ) is dependent. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Modulsteuereinrichtungen (13) dazu ausgelegt sind, den Ladungszustand des jeweils zugeordneten Energiespeichermoduls (3) an die übrigen Modulsteuereinrichtungen (13) über den Kommunikationsbus (12) zu übermitteln.Energy storage device ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the module control devices ( 13 ) are adapted to the state of charge of the respectively associated energy storage module ( 3 ) to the other module controllers ( 13 ) via the communication bus ( 12 ). Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung das Erzeugen von Ansteuersignalen für die Energiespeichermodule (3) an die Modulsteuereinrichtungen (13) einzustellen.Energy storage device ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the control device ( 11 ) is designed, in the case of a communication failure or a communication disturbance, to generate drive signals for the energy storage modules ( 3 ) to the module controllers ( 13 ). Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (11) weiterhin dazu ausgelegt ist, bei einem Kommunikationsausfall oder einer Kommunikationsstörung an diejenigen Modulsteuereinrichtungen (13), welche von dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung nicht betroffen sind, ein Steuersignal auszugeben, welches die Modulsteuereinrichtungen (13) anweist, die Koppeleinrichtungen (7) der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule (3) gemäß den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen der Energiespeichermodule (3) anzusteuern.Energy storage device ( 10 ) according to claim 5, wherein the control device ( 11 ) is further adapted, in the event of a communication failure or a communication fault, to those module control devices ( 13 ), which are not affected by the communication failure or the communication disturbance, to output a control signal which the module control devices ( 13 ), the coupling devices ( 7 ) of the respectively assigned energy storage modules ( 3 ) according to the state of charge of the energy storage modules detected before the communication failure or the communication disturbance ( 3 ) head for. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Modulsteuereinrichtungen (13) dazu ausgelegt sind, die Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule (3) zu erfassen, und wobei die Steuereinrichtung (11) weiterhin dazu ausgelegt ist, die Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule (3) von den Modulsteuereinrichtungen (13) zu empfangen und die Ansteuersignale für die Energiespeichermodule (3) in Abhängigkeit von den empfangenen Ausgangsspannungen der Energiespeichermodule (3) an die Modulsteuereinrichtungen (13) auszugeben. Energy storage device ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the module control devices ( 13 ) are adapted to the output voltages of the energy storage modules ( 3 ), and wherein the control device ( 11 ) is further adapted to control the output voltages of the energy storage modules ( 3 ) from the module controllers ( 13 ) and the drive signals for the energy storage modules ( 3 ) in dependence on the received output voltages of the energy storage modules ( 3 ) to the module controllers ( 13 ). Verfahren (20) zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: Erfassen (21) eines Ladungszustands jedes der Energiespeichermodule (3) durch jeweils eine dem Energiespeichermodul (3) zugeordnete Modulsteuereinrichtung (13); Kommunizieren (22) der Ladungszustände der Energiespeichermodule (3) über den Kommunikationsbus (12) an die jeweils übrigen Modulsteuereinrichtungen (13); Überwachen (23), ob ein Kommunikationsausfall oder eine Kommunikationsstörung zwischen mindestens einer der Modulsteuereinrichtungen (13) und der Steuereinrichtung (11) auftritt; und Ansteuern (24) der Koppeleinrichtungen (7) der jeweils zugeordneten Energiespeichermodule (3) in Abhängigkeit von den jeweils vor dem Kommunikationsausfall oder der Kommunikationsstörung erfassten Ladungszuständen der Energiespeichermodule (3) nach Auftreten eines Kommunikationsausfalls oder einer Kommunikationsstörung durch die Modulsteuereinrichtungen (13).Procedure ( 20 ) for driving an energy storage device ( 10 ) according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps of: detecting ( 21 ) a state of charge of each of the energy storage modules ( 3 ) by one each the energy storage module ( 3 ) module control device ( 13 ); Communicate ( 22 ) the charge states of the energy storage modules ( 3 ) via the communication bus ( 12 ) to the other module control units ( 13 ); Monitor ( 23 ), whether a communication failure or a communication failure between at least one of the module control devices ( 13 ) and the control device ( 11 ) occurs; and Drive ( 24 ) of the coupling devices ( 7 ) of the respectively assigned energy storage modules ( 3 ) as a function of the charge states of the energy storage modules detected before the communication failure or the communication fault ( 3 ) after the occurrence of a communication failure or a communication fault by the module control devices ( 13 ).
DE201310201909 2013-02-06 2013-02-06 Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure Pending DE102013201909A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201909 DE102013201909A1 (en) 2013-02-06 2013-02-06 Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201909 DE102013201909A1 (en) 2013-02-06 2013-02-06 Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013201909A1 true DE102013201909A1 (en) 2014-08-21

Family

ID=51263800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310201909 Pending DE102013201909A1 (en) 2013-02-06 2013-02-06 Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013201909A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564275B2 (en) 2012-03-09 2017-02-07 The Paper Battery Co. Supercapacitor structures
US9583277B2 (en) 2013-09-30 2017-02-28 The Paper Battery Company, Inc. Ultra-capacitor structures and electronic systems with ultra-capacitor structures
US9831533B2 (en) 2013-03-15 2017-11-28 The Paper Battery Co. Energy storage structures and fabrication methods thereof
DE102018203980A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Robert Bosch Gmbh Method for operating a battery system and battery system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027861A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and exchangeable cell modules
DE102010027857A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and increased reliability

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027861A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and exchangeable cell modules
DE102010027857A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Coupling unit and battery module with integrated pulse inverter and increased reliability

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564275B2 (en) 2012-03-09 2017-02-07 The Paper Battery Co. Supercapacitor structures
US10153094B2 (en) 2012-03-09 2018-12-11 The Paper Battery Co. Supercapacitor structures
US9831533B2 (en) 2013-03-15 2017-11-28 The Paper Battery Co. Energy storage structures and fabrication methods thereof
US9583277B2 (en) 2013-09-30 2017-02-28 The Paper Battery Company, Inc. Ultra-capacitor structures and electronic systems with ultra-capacitor structures
DE102018203980A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Robert Bosch Gmbh Method for operating a battery system and battery system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2795784B1 (en) Energy storage device, system having an energy storage device, and method for controlling an energy storage device
DE102011089297B4 (en) Energy storage device, system with energy storage device and method for controlling an energy storage device
EP2831946B1 (en) Method for heating energy storage cells of an energy storage system, and heatable energy storage system
DE102012205109B4 (en) Method for operating an energy storage device, energy storage device for generating a supply voltage for an electrical machine, and system with an energy storage device
DE102011089312A1 (en) System and method for charging the energy storage cells of an energy storage device
EP2842214B1 (en) Method for charging the energy storage cells of an energy storage device, and rechargeable energy storage device
WO2013185992A2 (en) Attenuation circuit for an energy storage device and method for attenuating oscillations of the output current of an energy storage device
DE102010064325A1 (en) System with an electric machine
DE102011076515A1 (en) Energy storage device and system with energy storage device
DE102012222337A1 (en) Photovoltaic system and method for operating a photovoltaic system
DE102013202652A1 (en) Charging circuit for an energy storage device and method for charging an energy storage device
WO2013124079A1 (en) System and method for actuating an energy storage device
DE102013221830A1 (en) Charging circuit for an energy storage device and method for charging an energy storage device
DE102012202853A1 (en) Charging circuit for energy storage device of e.g. electric drive system in wind-power plant, has transducer throttle coupled between supply node and supply circuit, and semiconductor switch coupled between supply node and supply circuit
WO2014037157A1 (en) Control device and method for determining the charge state of energy storage cells of an energy storage device
WO2014040787A2 (en) Energy supply system and method for actuating coupling devices of an energy storage device
DE102013201909A1 (en) Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure
WO2014127871A2 (en) Internal energy supply of energy storage modules for an energy storage device, and energy storage device with such an internal energy supply
DE102012209179A1 (en) Energy storage device i.e. lithium-ion battery for producing power supply voltage for electric machine that is utilized e.g. electric car, has switch switching cell modules in power supply lines to provide supply voltage to output terminal
DE102012202856A1 (en) Circuit for charging lithium ion battery of electrical propulsion system of e.g. electric car, has supply circuit coupled with input terminals of buck converter, and temporarily providing charging direct voltage for buck converter
DE102013212692A1 (en) Energy storage device with DC power supply circuit
DE102012202855A1 (en) Direct voltage tap assembly for energy storage device for electrical propulsion system, has boost converter located between half-bridge circuits based on potential difference between circuits and direct current voltage
WO2013072107A1 (en) Energy storage device, system with energy storage device and method for actuating an energy storage device
DE102014201711A1 (en) Energy storage device, system with energy storage device and method for driving an energy storage device
DE102012202868A1 (en) Direct voltage tapping arrangement for battery direct inverter for electrically operated vehicle, has step-up-chopper providing direct voltage to tapping terminals based on potential between half bridge circuit and reference terminal

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed