CN110383620B - 用于运行模块化电池组存储器系统的方法、模块化电池组存储器系统和用于其的电池组管理系统 - Google Patents

用于运行模块化电池组存储器系统的方法、模块化电池组存储器系统和用于其的电池组管理系统 Download PDF

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Abstract

模块化电池组存储器系统包括由n个储能模块构成的组。n个储能模块中的每个单独的储能模块都被分配一个开关，经由该开关可以激活和停用相应的储能模块。在此，n个储能模块可以经由开关彼此接线，使得将被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt。在用于运行电池组存储器系统的方法中，针对n个储能模块中的每个储能模块都确定至少一个功率值，所述功率值表征该储能模块的性能。通过来自该组的至少两个储能模块在时间上重叠地但是在不同长度的激活时段期间被激活，产生在时间上变化的总电压UGes（t）。根据所确定的至少一个功率值给至少两个储能模块中的每个储能模块分配不同长度的激活时段之一。为了执行该方法，该电池组存储器系统包括特别为此构成的电池组管理系统。

Description

用于运行模块化电池组存储器系统的方法、模块化电池组存 储器系统和用于其的电池组管理系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行模块化电池组存储器系统的方法以及一种电池组存储器系统和一种用于其的电池组管理系统。
背景技术
模块化电池组存储器系统包括由n个储能模块构成的组，其中n为至少2。储能模块可再充电地构成。一般而言，在电池组存储器系统之内，储能模块通过并联和/或串联接线彼此连接。储能模块可以是各个电化学电池或者可以是由两个或更多这样的电池构成的复合体。在这样的复合体之内，各个电化学电池又可以通过并联和/或串联接线彼此连接。
电池组存储器系统众所周知地是直流电源。但是也可以借助多级变流器将电池组存储器系统连接到交流电网上。在这样的变流器中，在不同长度的时段中时间偏移地将各个储能模块的电压相加。当各个储能模块的电压相比于相加后的总电压足够小时，例如可以以良好的近似产生正弦形的电压变化曲线。
众所周知地，为了电池组存储器系统的安全运行需要关于由电池组存储器系统所包括的储能模块的当前剩余容量(电荷状态，缩写：SOC)和最大可用的容量(健康状态，缩写：SOH)的信息。在此情况下潜在地有问题的是，在电池组存储器系统中的各个储能模块的SOC和SOH例如由于不同快慢的老化而可能发散得很厉害。一般而言，具有最差的功率值的储能模块确定电池组存储器系统的总性能。
为了保证多级变流器的最佳功能，应确保的是，所有借助变流器可切换的储能模块在其功率值方面差别尽可能小。这借助所谓的平衡系统是可能的，所述平衡系统造成在具有不同的电荷和/或电压状态的储能模块之间的电荷/或电压平衡。不过，这样的平衡系统不能成本低地实现，因为与此相联系的硬件和软件耗费是巨大的。
发明内容
本发明所基于的任务是，提供一种技术解决方案，其允许在避免或减少所提及的问题的情况下将电池组存储器系统连接到交流电网上。
为了解决该任务，本发明提出具有在下文中所描述的特征的方法。根据本发明的方法的特别优选的实施方式是权利要求1的主题。
根据本发明的方法的目的在于运行模块化电池组存储器系统，其包括由n个可再充电的储能模块构成的组。在此情况下适用的是：
·n个储能模块中的每个单独的储能模块都被分配一个开关，经由该开关可以激活和停用相应的储能模块，以及
·n个储能模块被彼此接线，使得可以将被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt。
在开头描述了模块化电池组存储器系统的储能模块的可能的配置。在根据本发明的方法的范围内，所描述的配置也是优选的。
特别优选地，根据本发明可使用的储能模块包括电化学电池，尤其基于锂离子技术或基于镍金属氢化物技术。但是在特殊情况下(参见下文)也可以使用电容器。
由电池组存储器系统包括的储能模块都可以具有相同的单电压UEinzel。但是这绝对不必总是如此。相反地，甚至可能优选的是，在相同系统之内安装具有不同的单电压UEinzel的储能模块。即，这增加总电压UGesamt的可表示的变型方案(Varianten)。
所述开关优选地被构成，相应所分配的储能模块也可以以相反的极性激活。由此，尤其在同时将具有不同的单电压UEinzel的储能模块安装在相同系统之内时，也增加总电压UGesamt的可表示的变型方案。即，以相反的极性激活的储能模块的单电压UEinzel对总电压UGesamt作出负贡献。
如果停用n个储能模块之一，则该储能模块对总电压UGesamt没有作出贡献。在特别优选的实施方式中，开关被构成用于在需要时可以跨接分别属于所述开关的储能模块。被跨接的被停用的储能模块不再与该组的其他储能模块电连接。
根据本发明的方法包括如下步骤：
·针对n个储能模块中的每个储能模块确定至少一个功率值。
·通过如下方式产生在时间上变化的总电压UGes(t)：该组中的至少两个储能模块在时间上重叠地但是在不同长度的激活时段期间被激活。
·根据所确定的至少一个功率参数给至少两个储能模块中的每个储能模块分配不同长度的激活时段之一。
换言之，根据至少一个功率参数因此进行如下分配：仅在短的时长(短的激活时段)中激活储能模块中的哪些储能模块并且在较长的时长(较长的激活时段)中激活储能模块中的哪些储能模块。
功率值是如下状态值，该状态值表征储能模块的性能
Figure GDA0004230680290000021
尤其，在此可以涉及相应的储能模块在确定的时刻的当前SOC或当前SOH。但是至少一个功率值也可以是如下值，所述值与相应的储能模块的当前SOC和/或当前SOH相关。
为了确定SOC，存在多种已知的处理方式。例如，在测量放电电压时借助已知的放电曲线可以推断出当前SOC值。然而在本发明的范围内，所选择的用于SOC确定的方法是次要的。重要的仅仅是，所确定的功率值可以彼此比较，即以可比较的方式获得，使得根据所述值可以比较储能模块的性能。
为了确定SOH，也存在多种已知的处理方式。例如储能模块的内阻表征该储能模块的SOH。例如，在储能模块在所限定的条件(温度、充电状态、放电电流、放电持续时间等)下开始运转时可以确定内阻的参考值。根据(在相同的所限定的条件下所测量的)内阻的变化可以推断出SOH。不过，在本发明的范围内，必要时所选择的用于SOC确定的方法是次要的。这里，重要的也仅仅是，储能模块的针对储能模块所确定的功率值可以彼此比较，即以可比较的方式获得，使得储能模块的性能可以根据所获得的值相互比较。
一般而言，储能模块的SOH(除了在开始运转时的形成周期之外)在直接相继的充电周期和放电周期之间并不显著地改变。如果至少一个功率值是当前SOH或者也可以是与当前SOH相关的值，则因此通常足够的是，仅仅不时地、例如以10个充电周期和放电周期的间隔确定功率值。所确定的值然后可以被存储并且直至其更新都在将至少两个储能模块分配给不同长度的激活时段中被使用。
而通常适宜的是，直接在分配之前确定当前SOH或者也可以确定与当前SOH相关的值，因为SOC的确可能很短期地以显著的程度变化。
在时间上变化的总电压UGes(t)可以以基本上任意的电压变化曲线产生。因此，锯齿形电压可以以与三角形电压同样好的近似产生。
特别优选地，UGes(t)尤其是具有正弦形电压变化曲线的电压，如开头已提及的。根据本发明的方法因此在优选的实施方式中可以是放电方法，其中来自直流电压源的电流在从直流电压转换成交流电压的情况下被馈入到交流电网中。
模块化电池组存储器系统可以包括很大数量的储能模块。通常，变量n是在从2到100000的范围中、优选地在从2到10000、特别优选地2到1000的范围中的值。在这些范围之内进一步优选地适用，变量n是从5到100、特别优选地从5到20、尤其从7到10的范围中的值。
在优选的实施方式中，根据本发明的方法具有如下附加步骤中的至少一个步骤，特别优选地具有所有三个如下附加步骤：
·在数据存储器中存放针对n个储能模块中的每个储能模块所确定的功率值，使得所述n个储能模块根据其性能的分类是可能的。
·借助存放在所述数据存储器中的功率值将储能模块分配给不同长度的激活时段。
·与具有比较低的性能的储能模块相比，具有比较高的性能的储能模块被分配较长的激活时段。
通常，激活时段与各个模块的所确定的性能相关。如果例如至少一个功率值是当前SOH，则储能模块可以根据升高的SOH分类。最大的SOH值于是表示最高的性能，最小的SOH值表示最低的性能。根据本发明，优选的是，具有最大的SOH的储能模块被分配最长的激活时段，而具有最小的SOH的储能模块被分配最短的激活时段。
这导致，性能更高的储能模块在运行中比性能不太高的储能模块承受更大负荷。通过不同地承受负荷，储能模块的性能长期地又彼此适应，因为承受更大负荷的模块平均比承受更小负荷的模块更快地老化。根据本发明的方法因此间接地引起储能模块的对称化并且因此具有与开头所提及的平衡系统相似的效果。
电动汽车
Figure GDA0004230680290000041
中的老化的储能模块具有最大的容量变化。这样老化的储能模块也可以根据当前所描述的方法没有问题地一起在电池组存储器系统中运行，而不必预先选择所述储能模块。如果一个储能模块已达到其寿命终点，则可以通过替代模块容易地替代该储能模块，而在此不需要成本过高的准备措施(匹配等)。像新的一样的储能模块也可以不管其初始容量和可能的生产方差在没有准备措施的情况下被接线和运行。
总之，在根据本发明运行的电池组存储器系统中使用的储能模块的使用持续时间延长，这不仅带来生态学优点而且带来经济优点。
在特别优选的实施方式中，根据本发明的方法具有如下附加步骤中的至少一个步骤，特别优选地具有在下文中所解释的附加步骤中的所有五个步骤：
·确定：为了产生UGes(t)的峰值电压需要哪个数量m的储能模块。
·从可用的n个储能模块中选择m个储能模块。
·为了产生UGes(t)的所期望的电压变化曲线，确定：以哪些时间间隔以及在哪个激活时段期间应激活m个储能模块。
·将所选择的m个储能模块在考虑到分类标准“性能”和“被分配给所述储能模块的激活时段的长度”的情况下按如下顺序转接(überführt)，按该顺序，这两个分类标准在相同的方向上要么两者都上升要么两者都下降。
m个储能模块可以根据其性能分类，激活时段可以根据其长度分类。激活时段被分配给m个储能模块。在此进行分配，使得在分配之后储能模块根据其性能和根据被分配给其的激活时段的长度的分类导致相同的结果。在根据升高的性能分类时，因此得出如下顺序，按该顺序，最长的激活时段被分配给性能最高的模块，第二长的激活时段被分配给性能第二高的模块，第三长的激活时段被分配给性能第三高的模块等。
·按该顺序并且以所确定的时间间隔激活m个储能模块。
峰值电压是周期性变化的电压的瞬时值的最大数值。在正弦形电压变化曲线的情况下，峰值电压对应于正弦振荡的幅值。
在最简单的情况下(当模块化电池组存储器系统的所有储能模块具有相同的单电压UEinzel时)通过如下方式进行m的确定：峰值电压的值除以单独的储能模块提供的单电压UEinzel的值。
在特别优选的实施方式中，模块化电池组存储器系统包括比为了产生峰值电压所需要的储能模块更多的储能模块。简言之，优选地适用n>m。m个储能模块的选择例如可以借助可用的关于模块的性能的数据来进行。例如可以总是选择m个性能最高的模块。
特别有利地也可以规定，有缺陷的储能模块在选择时不予考虑。为此，例如可以针对n个储能模块中的每个储能模块限定功率阈值，在低于该功率阈值时停用储能模块。
必要时可以规定，由于低于的停用触发信号或通知，该信号指示停用和/或指示替换的必要性。有缺陷的储能模块原则上可以在连续运行中被调换。根据本发明的方法不必为此被停止。为此目的，被分配给所述储能模块的开关具有上面所提及的用于跨接的可能性，其中储能模块不再与其他储能模块电连接。
在其他特别优选的实施方式中，根据本发明的方法具有如下附加特征中的至少一个特征和/或如下附加步骤之一：
·所期望的电压变化曲线是正弦形的。
·具有最高性能的储能模块首先被激活并且具有最低性能的储能模块最后被激活。
·具有最高性能的储能模块在最长的激活时段期间被激活并且具有最低性能的储能模块在最短的激活时段期间被激活。
为了产生正弦半波，被分配了最长的激活时段的储能模块必须首先被激活并且最后被停用。而被分配了最短的激活时段的储能模块必须最后被激活并且首先被停用。根据本发明，被分配了最长的激活时段的储能模块具有比较高的性能。而被分配了最短的激活时段的储能模块可以具有比较低的性能。
在其他特别优选的实施方式中，根据本发明的方法具有如下附加特征中的至少一个特征：
·由n个储能模块构成的组仅仅包括锂离子类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组仅仅包括镍金属氢化物类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括不同类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于LFP(磷酸铁锂)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于NMC(锂镍锰钴氧化物)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于LTO(钛酸锂)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于NCA(锂镍钴铝氧化物)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个Pb/PbO2类型的储能模块。
根据所描述的方法也可以容易地将不同类型的储能模块在电池组存储器系统中彼此接线。在此情况下可以有目的地利用各个类型的长处。不同储能模块可以根据需求来操控。例如，具有基于LTO的阴极的储能模块适合于捕获高负载峰值。
原则上根据所描述的方法甚至可能的是，将镍金属氢化物类型的储能模块和锂离子类型的储能模块在电池组存储器系统中彼此接线。
Pb/PbO2类型的储能模块与硫酸电解质一起传统地作为铅蓄电池的单电池使用。在本发明的范围内，可能特别优选的是，至少一个Pb/PbO2类型的储能模块与锂离子类型的储能模块在电池组存储器系统中彼此接线。Pb/PbO2类型的储能模块特别好地适合于在峰值点(Scheitelspitzen)中的使用。
与这些实施方案一致地，根据本发明的方法具有如下特征中的至少一个特征：
·不同类型的储能模块优选地具有不同的单电压UEinzel。
因此，由n个储能模块构成的组例如可以包括与具有2V的额定电压的储能模块(例如Pb/PbO2类型的储能模块)或与例如具有4V的额定电压的电容器组合的、具有1.2V的额定电压的储能模块(如其例如具有镍金属氢化物类型的储能模块那样)。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述储能模块是电容器。
·不同类型的储能模块优选地包括至少两个具有不同的额定电压的储能模块，所述储能模块分别是电容器。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，其基于电化学存储电能。
·不同类型的储能模块优选地包括至少两个储能模块，其基于电化学存储电能并且在其额定电压方面彼此不同。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个为电容器的储能模块和至少一个基于电化学存储电能的储能模块，其中至少一个电容器和至少一个基于电化学存储电能的储能模块具有不同的额定电压。
·不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的储能模块。
·不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的至少两个储能模块。
因此由n个储能模块构成的组例如包括与至少一个Pb/PbO2类型的具有2V的额定电压的储能模块组合的或与至少一个锂离子类型的储能模块组合的、至少一个镍金属氢化物类型的具有1.2V的额定电压的储能模块。替代地，由n个储能模块构成的组也可以具有至少一个三种所提到的类型中的任一类型的储能模块或者也可以具有与至少一个锂离子类型的储能模块组合的至少一个Pb/PbO2类型的储能模块。
·不同类型的储能模块包括来自如下组的至少一个储能模块，所述组具有：具有基于LFP的阴极的储能模块，具有基于NMC的阴极的储能模块，具有基于LTO的阴极的储能模块和具有基于NCA的阴极的储能模块。
在其他特别优选的实施方式中，根据本发明的方法具有如下附加特征中的至少一个特征和/或如下附加步骤之一：
·被分配给n个储能模块的开关中的至少一个开关被构成用于能够产生脉冲波调制(PWM)。
·被分配该开关的储能模块是电容器或锂离子类型的电池。
·在激活和/或停用储能模块时，借助被构成用于PWM产生的开关产生PWM，以便缓冲各个电压级之间的过渡。
对于该实施方式中的电池组存储器系统可以更简单地实现电磁兼容性(EMV)。
根据本发明，被分配给n个储能模块的开关中的两个或更多开关被构成用于能够产生脉冲波调制(PWM)。但是为了实现所描述的实施方式，原则上仅仅需要一个被构成用于PWM产生的开关。这是有利的，因为所有其他开关可以被设计为更缓慢并且成本更低的。于是可能的是，在将比较缓慢的共同的总线系统用于操控其余开关期间经由比较快的总线系统单独地操控被构成用于PWM产生的开关。电池组存储器系统的操控和构建因此可以非常简单地保持。
本发明也包括具有在下文中所描述的特征的电池组管理系统以及具有在下文中所描述的特征的模块化电池组存储器系统。在一个特别优选的实施方式中，电池组管理系统具有权利要求7的特征。在一个特别优选的实施方式中，模块化电池组存储器系统具有权利要求11的特征。
根据本发明的电池组管理系统被设置用于模块化电池组存储器系统，该模块化电池组存储器系统包括由n个可再充电的储能模块构成的组。特别优选地，电池组管理系统是电池组存储器系统的一部分，如在根据本发明的方法的上述解释的范围内所描述的那样。电池组管理系统的特色在于如下特征：
·电池组管理系统针对n个储能模块中的每个单独的储能模块都包括一个开关，经由该开关可以激活和停用相应的储能模块。
·所述开关被构成并且彼此连接，使得可以将被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt。
·电池组管理系统包括检验装置，借助该检验装置可以针对n个储能模块中的每个储能模块都确定至少一个功率值，所述功率值表征该储能模块的性能。
·电池组管理系统包括控制装置，借助该控制装置可以经由分别所分配的开关在时间上重叠地但是在不同长度的激活时段期间激活由n个可再充电的储能模块构成的组中的储能模块中的至少两个储能模块，以便产生在时间上变化的总电压UGes(t)。
·控制装置被构成用于根据所确定的至少一个功率值给至少两个储能模块中的每个储能模块分配不同长度的激活时段之一。
与关于根据本发明的方法的上述实施方案一致地，根据本发明的电池组管理系统优选地具有如下附加特征中的至少一个：
·该电池组管理系统包括数据存储器，在该数据存储器中可以存放针对n个储能模块中的每个储能模块所确定的功率值，使得所述n个储能模块根据其性能的分类是可能的。
·控制装置被构成用于借助在数据存储器中所存放的功率值将储能模块分配给不同长度的激活时段。
同样与关于根据本发明的方法的上述实施方案一致地，根据本发明的电池组管理系统特别优选地具有如下附加特征中的至少一个：
·控制装置被构成用于自动化地确定：为了产生UGes(t)的峰值电压需要哪个数量m的储能模块。
·控制装置被构成用于自动化地从可用的n个储能模块中选择m个储能模块。
·电池组管理系统包括数据存储器，在该数据存储器中可以存放：以哪些时间间隔以及在哪个激活时段期间应激活m个储能模块。
·控制装置被构成用于将所选择的m个储能模块在考虑到分类标准“性能”和“被分配给所述储能模块的激活时段的长度”的情况下按如下顺序转接，按该顺序，这两个分类标准在相同的方向上要么两者都上升要么两者都下降。
·控制装置被构成用于按该顺序并且以所确定的时间间隔激活m个储能模块。
特别优选地，电池组管理系统的特色附加地在于如下特征中的至少一个：
·被分配给n个储能模块的开关中的至少一个开关被构成用于能够产生脉冲波调制(PWM)。
·控制装置被构成用于在激活和/或停用储能模块时借助被构成用于PWM产生的开关产生PWM，以便缓冲各个电压级之间的过渡。
电池组管理系统的其他可能的优选的实施方式可以从关于根据本发明的方法的上述实施方案中获悉。
根据本发明的模块化电池组存储器系统始终包括如下部件：
·由n个可再充电的储能模块构成的组。
·电池组管理系统。
储能模块优选地是已经结合根据本发明的方法所描述的储能模块。电池组管理系统是直接在前所描述的系统。
·电池组存储器系统优选地被构成用于根据上面所描述的根据本发明的方法来运行。
·特别优选地，根据本发明的电池组存储器系统具有如下附加特征中的至少一个：
·由n个储能模块构成的组仅仅包括锂离子类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组仅仅包括镍金属氢化物类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括不同类型的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于LFP(磷酸铁锂)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于NMC(锂镍锰钴氧化物)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于LTO(钛酸锂)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个具有基于NCA(锂镍钴铝氧化物)的阴极的储能模块。
·由n个储能模块构成的组包括至少一个Pb/PbO2类型的储能模块。
与这些实施方案一致地，根据本发明的模块化电池组存储器系统特别优选地具有如下特征中的至少一个特征：
·不同类型的储能模块优选地具有不同的单电压UEinzel。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述储能模块是电容器。
·不同类型的储能模块优选地包括至少两个具有不同的额定电压的储能模块，所述储能模块分别是电容器。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，其基于电化学存储电能。
·不同类型的储能模块优选地包括至少两个储能模块，其基于电化学存储电能并且在其额定电压方面彼此不同。
·不同类型的储能模块优选地包括至少一个为电容器的储能模块和至少一个基于电化学存储电能的储能模块，其中至少一个电容器和至少一个基于电化学存储电能的储能模块具有不同的额定电压。
·不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的储能模块。
·不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的至少两个储能模块。
·不同类型的储能模块包括来自如下组的至少一个储能模块，所述组具有：具有基于LFP的阴极的储能模块，具有基于NMC的阴极的储能模块，具有基于LTO的阴极的储能模块和具有基于NCA的阴极的储能模块。
电池组存储器系统的其他可能的优选的实施方式可以从关于根据本发明的方法和关于根据本发明的电池组管理系统的上述实施方案中获悉。
附图说明
本发明的其他的特征、细节和优点由本发明的权利要求和摘要、优选实施方式的随后的描述以及借助附图得出，所述权利要求和摘要两者的措辞通过参考说明书的内容来进行。在此情况下：
图1为了图解说明示出一种电路配置，所述电路配置包括n个分别与一个开关连接的储能模块(示意图)；
图2示出通过重叠地激活根据图1接线的储能模块所产生的正弦半波(示意图)；
图3示出与本发明结合的脉宽调制的使用。
具体实施方式
图1示出根据本发明的电池组存储器系统的简化的实例，所述电池组存储器系统包括n个可再充电的储能模块B1至Bn和n个开关S1至Sn。所述开关中的每个恰好被分配给所述储能模块之一，反之亦然(S1对B1、S2对B2、S3对B3、S4对B4并且Sn对Bn)。借助开关可以激活和停用相应的储能模块。所述开关中的每个可以具有多个开关位置。在第一开关位置中，被分配给该开关的储能模块被激活并且其单电压UEinzel可用。在第二开关位置中，被分配给该开关的储能模块被停用并且其单电压UEinzel不可用。在第三开关位置中，被分配给该开关的储能模块以相反的极性被激活。所有开关被构成用于在停用情况下(在第二开关位置中)可以跨接分别属于其的储能模块。被停用的储能模块因此可以在连续运行中被替换。
所述开关就此而言串联连接。经由所述开关可以将n个储能模块彼此接线，使得被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt。如果所述开关之一处于第二开关位置中，则该开关将被分配给其的被停用的储能模块跨接。如果所述开关之一处于第三开关位置中，则被分配给其的储能模块的单电压UEinzel对总电压UGesamt作出负贡献。
通过接连地将n个储能模块串联接线可以逐级地提高总电压UGesamt。如下表格示出借助四个具有不同单电压UEinzel的储能模块和相关的开关1至4产生一系列总电压UGesamt的可能性。储能模块的跨接的状态在该表格中用数字0说明，以正常的极性激活的储能模块用数字1说明：
Figure GDA0004230680290000111
借助图2来解释由本发明提出的方法的运行方式。示出了通过重叠地激活根据图1接线的储能模块所产生的近似正弦的半波。简化地认为，所述储能模块中的每个提供相同的单电压UEinzel，其中这如上面澄清的那样绝对不必是强制性的。为了产生半波，将9个储能模块B1至B9彼此串联接线，其中
·B1在激活时段t1期间提供单电压U1，
·B2在激活时段t2期间提供单电压U2，
·B3在激活时段t3期间提供单电压U3，
·B4在激活时段t4期间提供单电压U4，
·B5在激活时段t5期间提供单电压U5，
·B6在激活时段t6期间提供单电压U6，
·B7在激活时段t7期间提供单电压U7，
·B8在激活时段t8期间提供单电压U8，
·B9在激活时段t9期间提供单电压U9，以及
U1＝U2＝U3＝U4＝U5＝U6＝U7＝U8＝U9，并且
t1>t2并且t2>t3并且t3>t4并且t4>t5并且t5>t6并且t6>t7并且t7>t8并且t8>t9。
储能模块B1至B9时间偏移地按其编号的顺序被激活并且按相反的顺序时间偏移地被停用。在激活时，总电压UGesamt逐级地被提高，直至达到所期望的峰值，此后总电压逐级地被降低。正弦曲线的形状除了峰值之外由如下时间间隔并且由相应的激活时段(在储能模块的激活与停用之间的时段)得出，在所述时间间隔中激活和停用储能模块。为了产生所期望的正弦形状，因此确定：以哪些时间间隔以及在哪个激活时段期间应激活m个储能模块。
根据本发明的优选的实施方式，针对9个储能模块中的每个储能模块确定表征其性能的功率值、例如内阻，从所述内阻可以推断出相应的储能模块的SOH。9个储能模块然后可以根据其性能来分类，所确定的激活时段可以根据其长度来分类。激活时段然后被分配给9个储能模块。在此进行分配，使得在分配之后储能模块根据其性能和根据被分配给其的激活时段的长度的分类导致相同的结果。在根据升高的性能分类的情况下，因此得出如下顺序，按所述顺序将最长的激活时段分配给性能最高的模块，将第二长的激活时段分配给性能第二高的模块，将第三长的激活时段分配给性能第三高的模块。
当前这意味着，储能模块B1已被识别为具有最高性能的储能模块并且因此被分配了最长的激活时段。B9被识别为了具有最低性能的储能模块并且被分配了最短的激活时段。
在根据本发明产生电压曲线的情况下，在通过接通或关断储能模块所产生的电压水平之间过渡时使用脉宽控制，以便更平滑地构成过渡，这在图3中被解释，参见在左侧处的箭头，所述箭头指示脉宽过程。

Claims (13)

1.一种用于运行模块化电池组存储器系统的方法，所述模块化电池组存储器系统包括由n个可再充电的储能模块构成的组，其中
·n个储能模块中的每个单独的储能模块都被分配一个开关，经由该开关能够激活和停用相应的储能模块，以及
·n个储能模块能够经由开关彼此接线，使得能够将被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt，以及
·由n个储能模块构成的组包括不同类型的储能模块，
以及所述方法包括如下步骤：
a.针对n个储能模块中的每个储能模块确定至少一个功率值，所述功率值表征该储能模块的性能，
b.通过如下方式产生在时间上变化的总电压UGes(t)：该组中的至少两个储能模块在时间上重叠地但是在不同长度的激活时段期间被激活，以及
c.根据所确定的至少一个功率值给至少两个储能模块中的每个储能模块分配不同长度的激活时段之一。
2.根据权利要求1所述的方法，具有如下附加步骤：
a.在数据存储器中存放针对n个储能模块中的每个储能模块所确定的功率值，使得所述n个储能模块根据其性能的分类是可能的，
b.借助存放在所述数据存储器中的功率值将储能模块分配给不同长度的激活时段，
c.与具有比较低的性能的储能模块相比，具有比较高的性能的储能模块被分配较长的激活时段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，具有如下附加步骤：
a.确定：为了产生UGes(t)的峰值电压需要哪个数量m的储能模块，
b.从可用的n个储能模块中选择m个储能模块，
c.为了产生UGes(t)的所期望的电压变化曲线，确定：以哪些时间间隔以及在哪个激活时段期间应激活m个储能模块，
d.将所选择的m个储能模块在考虑到分类标准“性能”和“被分配给所述储能模块的激活时段的长度”的情况下按如下顺序转接，按该顺序，这两个分类标准在相同的方向上要么两者都上升要么两者都下降，
e.按该顺序并且以所确定的时间间隔激活m个储能模块。
4.根据权利要求3所述的方法，具有如下附加特征和/或附加步骤中的至少一个：
a.所期望的电压变化曲线是正弦形的，
b.具有最高性能的储能模块首先被激活并且具有最低性能的储能模块最后被激活，
c.具有最高性能的储能模块在最长的激活时段期间被激活并且具有最低性能的储能模块在最短的激活时段期间被激活。
5.根据权利要求4所述的方法，具有如下附加特征中的至少一个：
a.不同类型的储能模块优选地具有不同的单电压UEinzel，
b.不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述至少一个储能模块是电容器，
c.不同类型的储能模块优选地包括至少两个具有不同的额定电压的储能模块，所述至少两个储能模块分别是电容器，
d.不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述至少一个储能模块基于电化学存储电能，
e.不同类型的储能模块优选地包括至少两个储能模块，所述至少两个储能模块基于电化学存储电能并且在其额定电压方面彼此不同，
f.不同类型的储能模块优选地包括至少一个为电容器的储能模块和至少一个基于电化学存储电能的储能模块，其中至少一个电容器和至少一个基于电化学存储电能的储能模块具有不同的额定电压，
g.不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的储能模块，
h.不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的至少两个储能模块，
i.不同类型的储能模块包括来自如下组的至少一个储能模块，所述组具有：具有基于LFP的阴极的储能模块，具有基于NMC的阴极的储能模块，具有基于LTO的阴极的储能模块和具有基于NCA的阴极的储能模块。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，具有如下附加特征和/或附加步骤中的至少一个：
a.被分配给n个储能模块的开关之一被构成用于能够产生脉宽调制(PWM)，
b.被分配该开关的储能模块是电容器，
c.在激活和/或停用储能模块时，借助被构成用于PWM产生的开关产生PWM，以便缓冲各个电压级之间的过渡。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，具有如下附加特征和/或附加步骤中的至少一个：
a.针对n个储能模块中的每个储能模块限定功率阈值，在低于该功率阈值时停用储能模块，
b.在低于该功率阈值时触发信号或通知，所述信号或所述通知指示停用，
c.被停用的储能模块被跨接，使得该储能模块不再与其他储能模块电连接，
d.替换被停用的储能模块。
8.一种用于模块化电池组存储器系统的电池组管理系统，所述模块化电池组存储器系统包括由n个可再充电的储能模块构成的组，所述电池组管理系统具有如下特征：
a.所述电池组管理系统针对n个储能模块中的每个单独的储能模块都包括一个开关，经由该开关能够激活和停用相应的储能模块，
b.所述开关被构成并且彼此连接，使得能够将被激活的储能模块的单电压UEinzel相加成总电压UGesamt，
c.所述电池组管理系统包括检验装置，借助该检验装置能够针对n个储能模块中的每个储能模块都确定至少一个功率值，所述功率值表征该储能模块的性能，
d.所述电池组管理系统包括控制装置，借助所述控制装置能够经由分别所分配的开关在时间上重叠地但是在不同长度的激活时段期间激活所述组中的所述储能模块中的至少两个储能模块，以便产生在时间上变化的总电压UGes(t)，
e.所述控制装置被构成用于根据所确定的至少一个功率值给至少两个储能模块中的每个储能模块分配不同长度的激活时段之一，
其中由n个储能模块构成的组包括不同类型的储能模块。
9.根据权利要求8所述的电池组管理系统，具有如下附加特征中的至少一个：
a.所述电池组管理系统包括数据存储器，在所述数据存储器中能够存放针对n个储能模块中的每个储能模块所确定的的功率值，使得所述n个储能模块根据其性能的分类是可能的，b.所述控制装置被构成用于借助在所述数据存储器中所存放的功率值将储能模块分配给不同长度的激活时段。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的电池组管理系统，具有如下附加步骤中的至少一个：
a.所述控制装置被构成用于自动化地确定：为了产生UGes(t)的峰值电压需要哪个数量m的储能模块，
b.所述控制装置被构成用于自动化地从可用的n个储能模块中选择m个储能模块，
c.所述电池组管理系统包括数据存储器，在所述数据存储器中能够存放：以哪些时间间隔以及在哪个激活时段期间应激活m个储能模块，
d.所述控制装置被构成用于自动化地将所选择的m个储能模块通过按照分类标准“性能”和“被分配给所述储能模块的激活时段的长度”分类来按如下顺序转接，按该顺序，这两个分类标准在相同的方向上要么两者都上升要么两者都下降，
e.所述控制装置被构成用于按该顺序并且以所确定的时间间隔激活m个储能模块。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电池组管理系统，具有如下附加特征和/或附加步骤中的至少一个：
a.被分配给n个储能模块的开关之一被构成用于能够产生脉宽调制(PWM)，
b.被分配该开关的储能模块是电容器，
c.所述控制装置被构成用于在激活和/或停用储能模块时借助被构成用于PWM产生的开关产生PWM，以便缓冲各个电压级之间的过渡。
12.一种模块化电池组存储器系统，所述电池组存储器系统包括由n个可再充电的储能模块构成的组，所述电池组存储器系统具有如下特征中的至少一个：
a.由n个储能模块构成的组包括不同类型的储能模块，
b.所述电池组存储器系统包括根据权利要求8至11中任一项所述的电池组管理系统，
c.所述电池组存储器系统被构成用于按照根据权利要求1至7中任一项所述的方法来运行。
13.根据权利要求12所述的电池组存储器系统，具有如下附加特征中的至少一个：
a.不同类型的储能模块优选地具有不同的单电压UEinzel，
b.不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述至少一个储能模块是电容器，
c.不同类型的储能模块优选地包括至少两个具有不同的额定电压的储能模块，所述至少两个储能模块分别是电容器，
d.不同类型的储能模块优选地包括至少一个储能模块，所述至少一个储能模块基于电化学存储电能，
e.不同类型的储能模块优选地包括至少两个储能模块，所述至少两个储能模块基于电化学存储电能并且在其额定电压方面彼此不同，
f.不同类型的储能模块优选地包括至少一个为电容器的储能模块和至少一个基于电化学存储电能的储能模块，其中至少一个电容器和至少一个基于电化学存储电能的储能模块具有不同的额定电压，
g.不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的储能模块，
h.不同类型的储能模块优选地包括来自具有锂离子类型的储能模块、镍金属氢化物类型的储能模块和Pb/PbO2类型的储能模块的组的至少两个储能模块，
i.不同类型的储能模块包括来自如下组的至少一个储能模块，所述组具有：具有基于LFP的阴极的储能模块，具有基于NMC的阴极的储能模块，具有基于LTO的阴极的储能模块和具有基于NCA的阴极的储能模块。
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