AT528335A1 - Verfahren und Energie-Management-System zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung - Google Patents

Verfahren und Energie-Management-System zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung

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AT528335A1
AT528335A1 ATA83/2024A AT832024A AT528335A1 AT 528335 A1 AT528335 A1 AT 528335A1 AT 832024 A AT832024 A AT 832024A AT 528335 A1 AT528335 A1 AT 528335A1
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Xoiox Martin Trebichavsky Kg
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Elektroenergie­ speichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung (1), beispiels­ weise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl., wobei die Vorrichtung (1) von dem Elektroenergiespeicher (3) mit elektrischer Energie versorgt wird, sowie einem zugehörigen Energie-Management-System sind folgende Schritte vorgesehen: Bereitstellen (Sl) einer Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschließbaren Batteriemodulen (4) in dem Elektroenergiespeicher (3), - Versorgen (S2) der Vorrichtung mit elektrischer Energie aus einem Batteriemodul (Y), - Überprüfen (S3) des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls (Y) und Umschalten (S4) auf ein weiteres, im Elektroenergie­ speicher (3) befindliches Batteriemodul zur Versorgung der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge des zur Versorgung der Vorrichtung einge­ setzten Batteriemoduls (Y).

Description

A ‚hes AT 528 335 A1 2025-12-15
Ss N
Beschreibung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batterie-betriebene Vorrichtung, beispielsweise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl., wobei die Vorrichtung von dem Elektroenergiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Erfindung bezieht sich weiters auf ein Energie-Management-System zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung, beispielsweise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl., zur Versorgung der Vorrichtung durch den Elektroenergiespeicher mit elektrischer Energie durch den Elektroenergiespeicher.
[0002] Zum Betrieb einer derartigen batteriebetriebenen Vor-richtung, beispielsweise eines Elektrogeräts, eines Elektro-fahrzeugs, z.B. E-Bikes oder dgl. wird gegenwärtig überwiegend bzw. nahezu ausschließlich eine einzige Batterie verwendet, die gegebenenfalls mehrere Batterie- bzw. Akkumodule umfasst. Bei einem Entladen einer derartigen Batterie zum Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung bzw. einer entsprechenden Energieabgabe aus der Batterie wird elektrische Energie von allen in der Batterie befindlichen Batteriemodulen im Wesentlichen gleichmäßig entnommen und ein gegebenenfalls vorhandenes Energie- Management-System einer derartigen Batterie bzw. eines derartigen Elektroenergiespeichers wird üblicherweise derart überwacht und gesteuert, dass im Wesentlichen alle Batteriemodule einen gleichmäßigen Energie- bzw. Ladezustand aufweisen.
[0003] Ähnliches gilt auch bei einem Aufladen einer derartigen Batterie bzw. eines derartigen Elektroenergiespeichers, so dass bei einem Betrieb einer derartigen batteriebetriebenen Vorrichtung bzw. bei einem Einsatz eines Elektroenergiespeichers im Wesentlichen sämtliche in dem Elektroenergiespeicher enthaltenen Batteriemodule gleichmäßig entladen werden und derart nachfolgend wiederum alle Batteriemodule im Wesentlichen gleichzeitig und gleichmäßig aufgeladen werden müssen.
[0004] Für derartige Batterien bzw. Elektroenergiespeicher ist jedoch allgemein bekannt, dass diese Einrichtungen üblicherweise für eine begrenzte Anzahl von Lade- und Entladevorgängen aus-gelegt sind bzw. nach einer entsprechend hohen Anzahl von Lade- und Entladevorgängen die Kapazität eines derartigen Elektroenergiespeichers abnimmt.
[0005] Weiters ist nachteilig, dass derartige Batterien bzw. Elektroenergiespeicher üblicherweise ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweisen, so dass beispielsweise die Handhabung der damit zu betreibenden Vorrichtung gegebenenfalls erschwert bzw. eingeschränkt wird. Weiters ist davon auszugehen, dass selbst gegebenenfalls in Kenntnis davon, dass die batteriebetriebene Vorrichtung beispielsweise lediglich für einen kurzen Zeitraum Verwendung finden soll, die gesamte Batterie zum Einsatz gelangen muss, während jedoch davon auszugehen ist, dass lediglich ein gegebenenfalls geringer Anteil der gesamten Ladekapazität des Elektroenergiespeichers Verwendung finden soll. Derart ist bei einer potentiell lediglich teilweisen Nutzung der Kapazität des Elektroenergiespeichers nach einer Beendigung des Betriebs der batteriebetriebenen Vorrichtung eine Entscheidung zu treffen, ob ein nachfolgender Ladevorgang unmittelbar vorgenommen werden soll, wobei jedoch auch derartige, lediglich teilweise Ladevorgänge, wie dies oben angedeutet wurde, bei gegebenenfalls oftmaliger Durchführung zu einer zunehmenden Verschlechterung der Kapazität des Elektroenergiespeichers führen können.
[0006] Neben einer derartigen Verschlechterung der Kapazität des gesamten Elektroenergiespeichers bei oftmaligen, lediglich auch teilweisen Lade- und Entladevorgängen gibt es bei bekannten Aus-bildungen auch keine Möglichkeit, gegebenenfalls kleinere bzw. ein geringes Gewicht aufweisende Elektroenergiespeicher zum Betrieb einer derartigen batteriebetriebenen Vorrichtung einzusetzen, falls bereits vorher bekannt sein sollte, dass lediglich eine teilweise Nutzung der im Elektroenergiespeicher vorhandenen Kapazität bzw. Lademenge zum Einsatz gelangen wird.
[0007] Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung sowie ein Energie-Management- System eines derartigen Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung dahinge-
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hend weiterzubilden, dass insbesondere die oben erwähnten Nachteile vermieden bzw. zumindest reduziert werden können. Insbesondere wird darauf abgezielt, ein derartiges Verfahren sowie Energie-Management- System zur Verfügung zu stellen, dass insbesondere in Anpassung an zu erwartende Erfordernisse bei einem Einsatz einer derartigen batteriebetriebenen Vorrichtung lediglich teilweise Entladevorgänge einer Batterie bzw. eines Elektroenergiespeichers, welche(r) gegebenenfalls ein entsprechend großes Volumen und Gewicht aufweist, vermieden werden können und insbesondere teilweise Entlade- und Ladevorgänge von Batteriezellen in den Batteriemodulen einer Batterie bzw. eines derartigen Elektroenergiespeichers vermieden bzw. reduziert werden können, um derart die Lebensdauer derartiger Batteriemodule eines Elektroenergiespeichers zu verlängern.
[0008] Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschlieRbaren Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher,
- Versorgen der Vorrichtung mit elektrischer Energie aus einem Batteriemodul,
- Überprüfen des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls und
- Umschalten auf ein weiteres, im Elektroenergiespeicher befindliches Batteriemodul zur Versorgung der Vorrichtung mit elektrischer Energie bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge des zur Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls .
[0009] Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Bereitstellung einer Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschließbaren Batteriemodulen in dem Speicher bzw. Elektroenergiespeicher und ein Versorgen der batteriebetriebenen Vorrichtung mit elektrischer Energie aus einem Batteriemodul, wobei sich dies von derzeit bekannten Verfahren, wie sie oben erwähnt wurden, insbesondere dahingehend unterscheidet, dass nicht eine gegebenenfalls vorhandene Vielzahl von Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher jeweils gleichmäßig entladen wird. Erfindungsgemäß ist weiters ein Überprüfen des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls vorgesehen, so dass ermöglicht wird, dass bei entsprechend geringer Lademenge bzw. einem Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge in einem Batteriemodul des Elektroenergiespeichers ein Umschalten auf ein weiteres bzw. anderes Batteriemodul vorgenommen wird. Es wird somit ein für einen Betrieb derartiger Batteriemodule eines Elektroenergiespeichers üblicherweise günstiges, zumindest weitestgehendes Entladen des jeweiligen Batteriemoduls für den Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung durchgeführt, so dass nachfolgend das ursprünglich zum Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung eingesetzte Batteriemodul wiederum vollständig aufgeladen werden kann bzw. wird.
[0010] Unter einem Batteriemodul wird eine Einheit verstanden, in der mehrere Batteriezellen gruppiert und in einem Gehäuse angeordnet werden, welches diese Zellen vor äußeren Einwirkungen schützt. Eine derartige Batteriezelle besteht hierbei aus einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten, die zusammen eine Energiespeicherung und -abgabe ermöglichen. Mehrere Batteriemodule bilden hierbei einen Elektroenergie- bzw. Energiespeicher bzw. eine Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung.
[0011] Durch ein entsprechendes Umschalten zwischen der Mehrzahl von getrennten Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher wird somit ein für eine potentielle Verlängerung der Lebensdauer der einzelnen Batteriemodule günstiges Einsatzverhalten durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, da insbesondere gegebenen-falls mehrfache, im Wesentlichen lediglich teilweise Entlade- und Ladevorgänge von sämtlichen Batteriemodulen in einem Elektroenergiespeicher, wie dies derzeit bekannten Verfahren entspricht, vermieden werden können.
[0012] Durch die Möglichkeit eines Vorsehens bzw. Bereitstellens einer Mehrzahl von getrennten Batteriemodulen bei einem Einsatz des Elektroenergiespeichers für einen Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung wird es darüber hinaus möglich, insbesondere in Kenntnis von einer gegebenenfalls lediglich kurzen Einsatzdauer oder eines zu erwartenden entsprechend geringeren
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Energieaufwands eine entsprechend verringerte Anzahl von getrennten Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher aufzunehmen bzw. vorzusehen, so dass dieser bei einem derart beschränkten Einsatz der batteriebetriebenen Vorrichtung ein entsprechend geringeres Gewicht aufweist und somit die Handhabung bzw. der Einsatz der batteriebetriebenen Vorrichtung entsprechend erleichtert werden kann.
[0013] Falls beim Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung gegebenenfalls über einen insbesondere kurzen Zeitraum ein erhöhter Energie- bzw. Leistungsbedarf erforderlich sein sollte, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass bei erhöhtem Energiebedarf ein weiteres Batteriemodul zur Versorgung der Vorrichtung zugeschaltet wird. Eine derartige Zuschaltung wenigstens eines weiteren Batteriemoduls lässt sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise durchführen.
[0014] Zur Überprüfung des Ladezustands der einzelnen Batterie-module wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Ladezustand der einzelnen Batteriemodule im Elektroenergiespeicher durch entsprechende Anzeigen, bei-spielsweise Displays, LEDs, oder dgl. angezeigt wird.
[0015] Wie oben bereits ausgeführt, wird erfindungsgemäß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge eines zur Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls ein Umschalten zu einem anderen bzw. weiteren Batteriemodul in dem Elektroenergie-speicher vorgenommen, wobei gemäß einer konstruktiv einfachen Lösung vorgeschlagen wird, dass die Umschaltung zwischen einzelnen Batteriemodulen und/oder Zuschaltung zur Versorgung der Vorrichtung manuell vorgenommen wird, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.
[0016] Für eine weitestgehende Automatisierung des Einsatzes unterschiedlicher getrennter Batteriemodule in dem Elektroenergiespeicher wird gemäß einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass die Um-schaltung zwischen einzelnen Batteriemodulen und/oder Zuschaltung zur Versorgung der Vorrichtung automatisch gesteuert bzw. durchgeführt wird (werden).
[0017] Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es somit möglich, die Lebens- bzw. Einsatzdauer einzelner Batteriemodule des Elektroenergiespeichers durch ein im Wesentlichen jeweils vollständiges Entladen und nachfolgendes Laden zu erhöhen, wobei durch derartige, jeweils im Wesentlichen vollständige Entlade- und Ladevorgänge der einzelnen Batteriemodule diese insgesamt einer geringeren Anzahl von Entlade- und Ladevorgängen im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen unterworfen werden, bei welchen im Wesentlichen eine Vielzahl von in einem Elektroenergiespeicher bzw. einer Batterie vorhandenen Batteriemodulen jeweils weitestgehend gleichmäßig und insbesondere lediglich teilweise entladen und beladen wird.
[0018] Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus ein Energie-Management-System der eingangs genannten Art im Wesentlichen gekennzeichnet durch die folgenden Elemente:
- eine Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschlieRbaren Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher zur Versorgung der Vorrichtung mit elektrischer Energie aus jeweils einem Batteriemodul,
- eine Vorrichtung zur Überprüfung des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls und
- eine Umschalteinrichtung für ein Umschalten auf ein weiteres, im Elektroenergiespeicher befindliches Batteriemodul zur Versorgung der Vorrichtung mit elektrischer Energie bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge des zur Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls.
[0019] Wie bereits oben ausgeführt, ist eine Mehrzahl von getrennten Batteriemodulen in dem Elektroenergiespeicher vorgesehen, wobei die batteriebetriebene Vorrichtung jeweils mit einem Batteriemodul des Elektroenergiespeichers betrieben bzw. angetrieben werden kann. Es erfolgt wiederum eine Überprüfung des Ladezustands des jeweils eingesetzten Batteriemoduls zum Be-
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trieb der batteriebetriebenen Vorrichtung und durch eine Umschalteinrichtung ein Umschalten auf ein weiteres im Speicher bzw. Elektroenergiespeicher befindliches Batteriemodul bei Unterschreitung einer vorgegebenen Lademenge des zum Betrieb der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls.
[0020] Bei einem gegebenenfalls kurzfristig erhöhten Energie- bzw. Leistungsbedarf der batteriebetriebenen Vorrichtung ist wiederum bevorzugt vorgesehen, dass bei erhöhtem Energiebedarf ein weiteres Batteriemodul zur Versorgung der Vorrichtung zuschaltbar ist.
[0021] Für eine einfache und zuverlässige Überwachung des Ladezustands einzelner Batteriemodule ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass Anzeigen, beispielsweise Displays, LEDs, oder dgl. für eine Anzeige des Ladezustands der einzelnen Batteriemodule im Speicher vorgesehen sind.
[0022] Für ein einfaches Umschalten zwischen den einzelnen Batteriemodulen, insbesondere nach einem Unterschreiten der Lademenge eines für den Betrieb der Vorrichtung herangezogenen Batteriemoduls wird darüber hinaus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass ein Schieber oder dgl. für ein mechanisches Umschalten zwischen einzelnen Batteriemodulen und/oder Zuschalten derselben zur Versorgung der Vorrichtung vorgesehen ist.
[0023] Für eine insbesondere automatische Umschaltung zwischen einzelnen Batteriemodulen wird gemäß einer abgewandelten Aus-führungsform vorgeschlagen, dass eine elektronische Steuereinheit für ein automatisches Umschalten zwischen einzelnen Batteriemodulen und/oder Zuschalten derselben zur Versorgung der Vorrichtung vorgesehen ist.
[0024] Insbesondere bei Vorsehen einer entsprechenden elektronischen Steuereinheit ist darüber hinaus möglich, dass über die elektronische Steuereinheit zusätzlich Ladevorgänge der einzelnen Batteriemodule steuerbar sind, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energie-Management-Systems entspricht.
[0025] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
[0026] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer batteriebetriebenen Vorrichtung, beispielsweise eines Elektrogeräts, eines Elektrofahrzeugs oder dgl., wobei ein Elektroenergiespeicher entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und EnergieManagement-System angedeutet ist;
[0027] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mechanischen bzw. manuellen Umschalteinrichtung des erfindungsgemäßen Energie-Management-Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
[0028] Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer mechanischen bzw. manuellen Umschaltvorrichtung ähnlich zu der Darstellung gemäß Fig. 2;
[0029] Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Umschalt-vorrichtung unter Verwendung einer automatischen bzw. elektronischen Steuereinheit; und
[0030] Fig. 5 einen schematischen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz einer elektronischen Steuereinheit sowohl zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch zur Durchführung von Ladevorgängen der Batteriemodule.
[0031] In Fig. 1 ist schematisch mit 1 eine batteriebetriebene Vorrichtung, beispielsweise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl. angedeutet, welches über schematisch mit 2 angedeutete Räder fahrbar ist. Weiters ist in Fig. 1 schematisch mit 3 eine Batterie bzw. ein Elektroenergiespeicher als Bestandteil der batteriebetriebenen Vorrichtung 1 (nachfolgend auch kurz als Vorrichtung 1 bezeichnet) angedeutet, wobei in der zusätzlichen schematischen Detailansicht des Elektroenergiespeichers 3 (nachfolgend auch kurz als Speicher 3 bezeichnet) erkennbar ist, dass in diesem eine Mehrzahl von jeweils mit 4 bezeichneten Batteriemodulen aufnehmbar ist, wie dies nachfolgend im Detail erörtert werden wird.
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[0032] Weitere, an sich bekannte Bestandteile der batterie-betriebenen Vorrichtung 1, wie beispielsweise ein Motor zum Antreiben der Räder 2, entsprechende Zusatzaggregate oder dgl. sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht näher gezeigt.
[0033] Abgewandelte Ausführungen einer derartigen batterie-betriebenen Vorrichtung 1 können beispielsweise ein elektrisch betriebenes Werkzeug, ein E-Bike oder dgl. sein.
[0034] Bereits aus der schematischen Darstellung von Fig. 1 ist ersichtlich, dass durch das Vorsehen von getrennten bzw. einzelnen Batteriemodulen 4 beispielsweise in Anpassung an durchzuführende Arbeiten mit der batteriebetriebenen Vorrichtung 1 oder einem zu erwartenden Einsatz derselben eine entsprechende Anzahl von Batteriemodulen 4 in dem Elektroenergiespeicher 3 aufgenommen bzw. angeordnet werden kann. Derart kann bei einem zu erwartenden Einsatz kurzer Dauer eine entsprechend geringere Anzahl von Batteriemodulen 4 in dem Elektroenergiespeicher 3 aufgenommen werden und es sind durch ein beispielsweise derart verringertes Gewicht des Elektroenergiespeichers 3 und damit verbunden der gesamten batteriebetriebenen Vorrichtung 1 auch entsprechende Erleichterungen bei deren Einsatz erzielbar.
[0035] Jedes Batteriemodul 4 ist in an sich bekannter Weise mit einem Batterie-ManagementSystem für eine Synchronisation der Spannungen der einzelnen Batteriezellen im Modul bzw. Batteriemodul 4 versehen, wodurch das Batteriemodul 4 eine bestmögliche Speicherleistung erbringt. Zusätzlich überwacht ein derartiges Batterie-Management-System das Laden und Entladen der Batteriemodule 4 und schützt diese vor einer Über- und Unterspannung.
[0036] In den schematischen Darstellungen von Fig. 2 und 3 ist jeweils eine Mehrzahl von allgemein mit 4 bezeichneten Batteriemodulen vorgesehen, welche ergänzend mit A, B, C, ... bezeichnet werden. Aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, dass jeweils ein einzelnes Batteriemodul 4 für einen Betrieb der nicht näher dargestellten Vorrichtung 1 ausreichend ist, wobei bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 durch einen manuell bzw. mechanisch betätigbaren, schematisch angedeuteten Schieber 5 eine Kontaktierung bzw. Auswahl eines der Batteriemodule 4 bzw. A, B, C, ... erfolgt. In Fig. 2 ist der Schieber 5 hierbei in der Null- Stellung angedeutet.
[0037] Weiters ist für eines der Batteriemodule in Fig. 2 zusätzlich eine Anzeige 6 betreffend den Ladezustand eines dieser Batteriemodule 4 angedeutet, wobei diese Anzeige 6 jeweils dem im Einsatz befindlichen Batteriemodul 4 zugeordnet sein kann oder jedes der Batteriemodule über eine getrennte Anzeige 6 verfügen kann.
[0038] Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist wiederum eine Mehrzahl von Batteriemodulen 4 vorgesehen, welche ergänzend mit A, B, C, ... bezeichnet sind. Bei dieser in Fig. 3 dargestellten Ausbildung findet ein zu einer Drehbewegung antreibbarer bzw. verstellbarer Schieber 7 Verwendung, wobei dieser Schieber 7 in Fig. 3 wiederum in der Ausgangsposition bzw. Null-Stellung dargestellt ist.
[0039] Zusätzlich lässt sich bei dieser Ausführungsform über den zweiten Arm des Drehschiebers 7 bei erhöhtem Energiebedarf ein weiteres Batteriemodul 4 (z.B. E) manuell zuschalten.
[0040] Bei der Ausbildung gemäß Fig. 4 erfolgt eine Auswahl von einem der Batteriemodule 4, welche wiederum mit A, B, C, ... zusätzlich bezeichnet sind, über eine schematisch mit 8 angedeutete elektronische Steuereinheit, deren Betrieb im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 5 erörtert werden wird. Entsprechend der durch die Steuereinheit 8 vorzunehmenden Auswahl von einem der Batteriemodule 4 erfolgt eine Versorgung der wiederum im Detail nicht näher dargestellten batteriebetriebenen Vorrichtung 1. Ergänzend ist in Fig. 4 zusätzlich eine weitere Anzeige 9 angedeutet.
[0041] Der Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung 1 unter Einsatz einer Mehrzahl von getrennten Batteriemodulen 4 zur Auswahl von einem dieser Batteriemodul 4 bzw. A, B, C, ... und eines Umschaltens der Batteriemodule 4 bei Feststellung eines entsprechend niedrigen Ladezustands wird unter Bezugnahme auf das schematische Verfahrensdiagramm von Fig. 5 unter Einsatz der elektronischen Steuereinheit 8 gemäß Fig. 4 im Detail erörtert werden.
[0042] Wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, sind für die Steuereinheit 8 im Wesentlichen drei Be-
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triebszustände EIN, AUS und LADEN vorgesehen.
[0043] In eingeschaltetem Zustand (EIN) erfolgt in einem Schritt S1 eine Analyse sämtlicher in dem Speicher bzw. Elektroenergie-speicher 3 vorgesehener Batteriemodule 4. Nachfolgend wählt in einem Schritt S2 die Steuereinheit SE insbesondere zufällig ein Batteriemodul Y für einen Betrieb der Vorrichtung 1 aus.
[0044] In einem Schritt S3 wird überprüft, ob das ausgewählte bzw. im Einsatz befindliche Batteriemodul Y leer ist. Falls JA, erfolgt in einem Schritt S4 eine Auswahl eines weiteren Batteriemoduls als neues, im Einsatz befindliches Batteriemodul Y und es erfolgt eine Rückkehr vor den Schritt S3.
[0045] Falls im Schritt S3 festgestellt wird, dass das ausgewählte Batteriemodul Y nicht leer ist (NEIN in S3) erfolgt in einem Schritt S5 eine Überprüfung, ob die Belastung des im Betrieb bzw. im Einsatz befindlichen Batteriemoduls Y zu hoch ist. Falls JA in Schritt S5 erfolgt in einem Schritt S6 eine insbesondere kurzfristige Zuschaltung eines weiteren bzw. zweiten Batteriemoduls, um einem gegebenenfalls kurzfristig auftretenden Energie- bzw. Leistungsbedarf der batteriebetriebenen Vorrichtung 1 Rechnung zu tragen. Nach dieser Zuschaltung des weiteren bzw. zweiten Batteriemoduls in dem Schritt S6 erfolgt eine Rückkehr vor den Schritt S5, so dass nachfolgend wiederum eine gegebenenfalls vorliegende erhöhte Belastung überprüft wird.
[0046] Falls im Schritt S5 ein Vorliegen bzw. Weiterbestehen einer erhöhten Belastung nicht festgestellt wird (NEIN im Schritt $5) erfolgt eine Rückkehr vor den Schritt S3.
[0047] Derart ist aus dem Flussdiagramm von Fig. 5 ersichtlich, dass in dem Verfahren zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers 3 für eine batteriebetriebene Vorrichtung 1 (Zustand EIN der Steuereinheit) sowie dem zugehörigen Energie-Management-System der Betrieb der batteriebetriebenen Vorrichtung 1 jeweils durch Einsatz eines getrennten Batteriemoduls 4 bzw. A, B, C, ... erfolgt, wobei beispielsweise für einen kurzfristig erhöhten Energie- bzw. Leistungsbedarf eine Zuschaltung eines weiteren Batteriemoduls 4 vorgenommen wird.
[0048] Nach Feststellung eines Unterschreitens einer vorgegebenen Lademenge des im Einsatz befindlichen Batteriemoduls Y entsprechend dem Schritt S3 erfolgt eine Auswahl eines weiteren Batteriemoduls, so dass die einzelnen Batteriemodule 4 bzw. A, B, C, ... des Elektroenergiespeichers 3 jeweils im Wesentlichen vollständig entladen werden, wobei derartige im Wesentlichen vollständige Entladevorgänge und nachfolgende im Wesentlichen vollständige Ladevorgänge üblicherweise eine erhöhte Lebensdauer derartiger Batteriemodule 4 im Vergleich zu einer gegebenenfalls erhöhten Anzahl von jeweils lediglich teilweisen Entlade- und Ladevorgängen ermöglichen.
[0049] Nach Beendigung des Einsatzes der batteriebetriebenen Vorrichtung erfolgt in einem Schritt S8 ein Ausschalten sämtlicher Elemente bzw. insbesondere Batteriemodule 4.
[0050] Ähnlich wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Verfahrensablauf unter Verwendung bzw. Einsatz der elektronischen Steuereinheit 8 kann eine derartige Auswahl und Umschaltung einzelner Batteriemodule 4 auch manuell bzw. mechanisch erfolgen, wie dies bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 angedeutet ist.
[0051] Mit der in Fig. 5 angedeuteten elektronischen Steuereinheit 8 lässt sich darüber hinaus auch ein Ladevorgang (LADEN in Fig. 5) durchführen.
[0052] In einem Schritt S11 erfolgt ähnlich zu dem Schritt S1 eine Analyse sämtlicher Batteriemodule durch die Steuereinheit 8. Nachfolgend erfolgt ein Laden der einzelnen Batteriemodule 4 in einem Schritt S12. In einem Schritt S$13 wird überprüft, ob alle Batteriemodule 4 geladen sind. Falls JA in Schritt S13, erfolgt ein Ausschalten der gesamten Einheit, wie dies durch 20 angedeutet ist.
[0053] Falls NEIN in Schritt S13, wird der Ladevorgang einzelner Batteriemodule weitergeführt bzw. fortgesetzt.
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Claims (11)

A ‚hes AT 528 335 A1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung, beispielsweise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl., wobei die Vorrichtung von dem Elektroenergiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschließbaren Batteriemodulen (4, A, B, C, ..., Y) in dem Elektroenergiespeicher (3),
- Versorgen der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie aus einem Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y),
- Überprüfen des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung eingesetzten Batteriemoduls (4, A, B, C, ..., Y) und
- Umschalten auf ein weiteres, im Elektroenergiespeicher (3) befindliches Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y) zur Versorgung der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge des zur Versorgung der Vorrichtung (1) eingesetzten Batteriemoduls (4, A, B, C, ..., Y).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei erhöhtem Energiebedarf ein weiteres Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y) zur Versorgung der Vorrichtung (1) zugeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand der einzelnen Batteriemodule (4, A, B, C, ..., Y) im Elektroenergiespeicher (3) durch entsprechende Anzeigen (6, 9), beispielsweise Displays, LEDs, oder dgl. angezeigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen einzelnen Batteriemodulen (4, A, B, C, . .., Y) und/oder Zuschaltung zur Versorgung der Vorrichtung (1) manuell vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen einzelnen Batteriemodulen (4, A, B, C, ..., Y) und/oder Zuschaltung zur Versorgung der Vorrichtung (1) automatisch gesteuert bzw. durchgeführt wird (werden).
6. Energie-Management-System zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung, beispielsweise ein Elektrogerät, ein Elektrofahrzeug oder dgl., zur Versorgung der Vorrichtung durch den Elektroenergiespeicher mit elektrischer Energie durch den Elektroenergiespeicher, gekennzeichnet durch die folgenden Elemente:
- eine Mehrzahl von getrennten, insbesondere parallel angeschlossenen bzw. anschließbaren Batteriemodulen (4, A, B, C, ..., Y) in dem Elektroenergiespeicher (3) zur Versorgung der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie aus jeweils einem Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y):
- eine Vorrichtung (1) zur Überprüfung des Ladezustands des für die Versorgung der Vorrichtung (1) eingesetzten Batteriemoduls (4, A, B, C, ..., Y) und
- eine Umschalteinrichtung für ein Umschalten auf ein weiteres, im Elektroenergiespeicher (3) befindliches Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y) zur Versorgung der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge des zur Versorgung der Vorrichtung (1) eingesetzten Batteriemoduls (4, A, B, C, ..., Y).
7. Energie-Management-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei erhöhtem Energiebedarf ein weiteres Batteriemodul (4, A, B, C, ..., Y) zur Versorgung der Vorrichtung (1) zuschaltbar ist.
8. Energie-Management-System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigen (6, 9), beispielsweise Displays, LEDs, oder dgl. für eine Anzeige des Ladezustands des einzelnen Batteriemoduls (4, A, B, C, ..., Y) im Speicher (3) vorgesehen sind.
9. Energie-Management-System nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schieber (5, 7) oder dgl. für ein mechanisches Umschalten zwischen einzelnen Batteriemodulen (4, A, B, C, ..., Y) und/oder Zuschalten derselben zur Versorgung der Vorrichtung (1) vorgesehen ist.
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10. Energie-Management-System nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit (8, SE) für ein automatisches Umschalten zwischen einzelnen Batteriemodulen (4, A, B, C, ..., Y) und/oder Zuschalten derselben zur Versorgung der Vorrichtung (1) vorgesehen ist.
11. Energie-Management-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die elektronische Steuereinheit (8, SE) zusätzlich Ladevorgänge der einzelnen Batteriemodule (4, A, B, C, ..., Y) steuerbar sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ATA83/2024A 2024-06-03 2024-06-03 Verfahren und Energie-Management-System zum Betreiben eines Elektroenergiespeichers für eine batteriebetriebene Vorrichtung AT528335A1 (de)

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