CN113875120A - 用于运行电能量存储器的方法、电能量存储器以及设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行电能量存储器的方法，所述电能量存储器具有至少两个并联地布置的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）和联接装置，其中，首先查询哪些电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）准备运行，其中，而后确定准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的第一电压（U1），所述第一电压大于或者等于所有准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的电压（U），其中，而后选择这样的准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）：所述准备运行的电能量存储模块的电压处在低于所述第一电压（U1）的电压范围（∆U）之内，其中，而后将所选择的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与所述联接装置导电地连接起来。

Description

用于运行电能量存储器的方法、电能量存储器以及设备
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分的用于运行电能量存储器的方法、电能量存储器以及设备、尤其车辆。
背景技术
US 2013/0169038 A1示出了一种用于对由串联联接的电池组成的电气的车辆进行不中断地能量供应的设备，所述设备包括桥接开关。
CN 203103992 U示出了一种用于电池充电管理和电池放电管理的控制系统。
发明内容
在用于运行具有至少两个并联地布置的电能量存储模块和联接装置的电能量存储器的方法中本发明的核心在于，首先查询哪些电能量存储模块准备运行，其中，而后确定准备运行的电能量存储模块的第一电压，所述第一电压大于或者等于所有准备运行的电能量存储模块的电压U，其中，而后选择这样的准备运行的电能量存储模块，所述准备运行的电能量存储模块的电压处在低于所述第一电压的电压范围之内，其中，而后将所选择的电能量存储模块与所述联接装置导电地连接起来。
本发明的背景是，借助于按照本发明的方法能够以不同的充电状态和/或不同的电压和/或准备运行情况的不同的时间点来使电能量存储器的电能量存储模块投入运行。
有利地，所述电能量存储器在此以相比于其最大的功率减小了的功率来被接入，并且所述电能量存储器的功率在所述方法期间逐渐地提高，其方式为：接通另外的电能量存储模块。所述电压范围包括带有所述最大的第一电压的准备运行的电能量存储模块的电压。由此，所接通的电能量存储模块的数目能够在所述方法期间被最大化，因为所述电能量存储模块的电压在放电期间下降。
本发明另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
按照一种有利的设计方案，如果并非所有电能量存储模块与所述电能量存储器的联接装置相连接，则在所述电能量存储器的运行期间在稍后的时间点重新查询哪些电能量存储模块准备运行，并且选择这样的电能量存储模块并且将其与所述联接装置导电地连接：所述电能量存储模块的电压处在低于与所述联接装置导电地连接的电能量存储模块的平均电压的电压范围之内。因此，电能量存储模块——所述电能量存储模块在方法开始时还未准备运行或者所述电能量存储模块的电压过低——能够在稍后的时间点被接通并且于是所述电能量存储器的可用的功率在所述方法期间得以提高。
在此有利的是，重复之前所提及的方法步骤直到所有电能量存储模块与所述联接装置导电地连接或者切断所述电能量存储器，尤其其中在时间上反复地、尤其周期地重复所述方法步骤。由此，能够在所述方法的过程中在所述电能量存储器运行期间接通另外的电能量存储模块。
此外有利的是，如果未准备运行的电能量存储模块的电压大于平均电压并且小于所述平均电压和一半的电压范围的总和，则将与所述联接装置连接的电能量存储模块的数目保持恒定，直到所述电能量存储模块准备运行，随后将所述电能量存储模块与所述联接装置连接起来，或者直到所述电能量存储模块的电压大于所述平均电压和一半的电压范围的总和。因此，电能量存储模块——所述电能量存储模块稍后准备运行并且具有高的电压——也仍然能够投入运行。在此重要的是，未超过电压极限值，以便限制在所述电能量存储模块之间的平衡电流并且由此保护开关装置。
在此有利的是，如果电能量存储模块在所述方法期间、尤其在整个方法期间准备运行，则该电能量存储模块——所述电能量存储模块的电压大于所述平均电压、尤其大于所述平均电压和一半的电压范围的总和——不与所述联接装置导电地连接。由此阻止了所述开关装置在接通所述电能量存储模块时由于所述电能量存储模块之间的过高的平衡电流而过载。
有利地，在切断所述电能量存储器时，将所有电能量存储模块与所述联接装置断开。在此有利的是，所述电能量存储器的联接装置在切断所述电能量存储器之后是无电压的。
此外有利的是，所述电压范围的扩展依赖于所述电能量存储器、尤其依赖于所述电能量存储器的开关装置并且/或者在所述方法期间是恒定的。
有利地，如果电能量存储模块的温度和/或电压低于最大极限值和/或高于最小极限值，则准备运行该电能量存储模块。
在具有联接装置和并联地布置的至少两个电能量存储模块的所述电能量存储器中本发明的核心的在于，所述电能量存储器被设定用于：借助于如之前所描述的或者说根据与所述方法相关的权利要求中任一项所述的方法来运行。
本发明的背景是，所述电能量存储模块能够具有不同的充电状态和准备运行情况的时间点。所述电能量存储器能够利用所述电能量存储模块的部分来投入运行，其中，能够提高所述电能量存储器的可用的功率。
按照一种有利的设计方案，所述电能量存储器具有控制单元，其中，每个电能量存储模块具有至少一个传感器、尤其电压传感器和/或温度传感器以及用于将相应的电能量存储模块与所述电能量存储器的联接装置导电地连接起来的开关装置，其中，所述控制单元被设定用于，分析所述传感器的信号并且操控所述开关装置。在此有利的是，中央的控制单元被设定用于控制所述方法。
有利地，所述电能量存储模块是能更换地来实施。所述电能量存储器能够具有例如不同程度老化的电能量存储模块。
在所述设备、尤其所述车辆中本发明的核心在于，所述设备具有如之前所描述的或者说根据与所述电能量存储器相关的权利要求中任一项所述的电能量存储器。
本发明的背景是，通过单个的电能量存储模块能够被彼此相继地接通并且/或者通过电能量存储模块能够被更换，能够改善所述设备的可用性。
上述的设计方案和改进方案如果有意义能够彼此任意地组合。本发明另外的可行的设计方案、改进方案和实现方式也包括本发明的在上文或下文中关于实施例所描述的特征的未明确地提及的组合。在此，本领域技术人员尤其也将各个方面作为对本发明的相应的基本形式的改善或者补充来进行添加。
附图说明
在下文段落中借助于实施例来阐释本发明，从所述实施例中能够得到另外的有创造性的特征，然而本发明在其范围方面不限于所述特征。所述实施例在附图中示出。
其中：
图1示出了按照本发明的电能量存储器的不同的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）在第一时间点t1的电压U和准备运行情况；
图2示出了所述电能量存储器的电能量存储模块（M1、...M10）在第二时间点t2的电压U和准备运行情况；
图3示出了所述电能量存储器的不同的电能量存储模块（M1、...M10）在第三时间点t3的电压U和准备运行情况，以及
图4示出了用于运行电能量存储器的按照本发明的方法100的示意性的流程图。
具体实施方式
按照本发明的电能量存储器具有并联地布置的多个电能量存储模块（M1、...M10）、两个联接装置和一个控制单元。每个电能量存储模块（M1、...M10）具有至少一个传感器、尤其电压传感器和/或温度传感器以及用于将相应的电能量存储模块（M1、...M10）与所述电能量存储器的联接装置导电地连接起来的开关装置。所述控制单元被设定用于分析所述传感器的信号并且操控所述开关装置。
在图1中在第一时间点t1示出了不同的电能量存储模块（M1、...M10）的电压，在该实施例中为十个电能量存储模块（M1、...M10）。在此，准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压U借助于白色的条带示出并且未准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压U借助于画阴影线的条带示出。
所述第一时间点t1在时间上在所述电能量存储器的开始运行之前。
在第一时间点t1所述电能量存储模块（M1、...M10）具有不同的电压。七个电能量存储模块（M1、M3、M4、M5、M7、M8、M10）准备运行。另外的三个电能量存储模块（M2、M6、M9）未准备运行。
第一电能量存储模块M1具有第一电压U1，所述第一电压大于所述电能量存储器的其它的电能量存储模块（M2、...M10）的电压。所述电能量存储器具有电压范围∆U，在所述电压范围之内电能量存储模块（M1、...M10）能够以不同的电压投入运行。优选地，这样的电能量存储模块（M1、...M10）首先投入运行：所述电能量存储模块准备运行并且具有最高的电压。下述电能量存储模块是准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）：所述电能量存储模块的电压处在所述第一电压U1与第二电压U2之间。在此，所述第一电压U1向上限定了所述电压范围∆U并且所述第二电压U2向下限定了所述电压范围∆U。也就是说，所述第二电压U2比所述第一电压U1小∆U。
在此，所述电压范围∆U的扩展依赖于所述电能量存储器、尤其依赖于所述电能量存储器的开关装置并且在所述方法期间是不变的。所述扩展取决于在负载下所述开关装置处的最大允许的电流强度，所述开关装置在互相联接的电能量存储模块之间具有平衡电流。所述电压范围∆U具有小于5V、尤其小于3V、优选大约为1V的扩展。由此，所述平衡电流在所述电能量存储模块（M1、...M10）之间被限定到小于25A。这些值对应于在所述电能量存储模块之间的5%的充电状态的变化。
在该实施例中，所述第一电能量存储模块M1、第四电能量存储模块M4、第五电能量存储模块M5和第八电能量存储模块M8分别具有电压U并且准备运行，所述电压处在所述第一电压U1与所述第二电压U2之间的电压范围∆U之内。所述第二电能量存储模块M2的电压U尽管在所述电压范围∆U之内，然而所述第二电能量存储模块M2未准备运行。其余的电能量存储模块（M3、M6、M7、M9、M10）的电压U位于所述第二电压U2之下。
在图2中在第二时间点t2示出了不同的电能量存储模块（M1、...M10）的电压。在此，准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压借助于白色的条带示出，并且未准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压借助于画阴影线的条带示出。
所述第二时间点t2在时间上在所述第一时间点t1之后并且在所述电能量存储器开始运行之后不久。
在第二时间点t2，这样的电能量存储模块（M1、...M10）与彼此并且与所述联接装置和/或所述设备导电地连接：所述电能量存储模块在第一时间点t1已经准备运行并且所述电能量存储模块的电压处在所述第一电压U1与所述第二电压U2之间。它们是所述第一电能量存储模块M1、第四电能量存储模块M4、第五电能量存储模块M5和电能量存储模块M8。在连接这些电能量存储模块（M1、M4、M5、M8）时这些电能量存储模块的电压彼此相适应，以使得这些电能量存储模块（M1、M4、M5、M8）分别具有平均电压Um。
在图3中在第三时间点t3示出了不同的电能量存储模块（M1、...M10）的电压。在此，准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压借助于白色的条带示出，并且未准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的电压借助于画阴影线的条带示出。
所述第三时间点t3在时间上在所述第一时间点t1之后并且在所述第二时间点t2之后。
在第三时间点t3，这样的电能量存储模块（M1、M4、M5、M8）与彼此以及与所述联接装置和/或所述设备导电地连接：所述电能量存储模块在第二时间点t2与彼此并且与所述联接装置和/或所述设备导电地连接。它们是所述第一电能量存储模块M1、第四电能量存储模块M4、第五电能量存储模块M5和第八电能量存储模块M8。
在第三时间点t3带有最高的电压U的所述电能量存储模块（M1、...M10）是所述第二能量存储模块M2，然而，所述第二能量存储模块在第三时间点t3也未准备运行。
所述带有最高的电压的准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）是所述第一、第四、第五和第八电能量存储模块（M1、M4、M5、M8），它们全部都具有平均电压Um。
所述电压范围∆U在所述第三时间点t3不再从所述第一电压U1延伸直至所述第二电压U2，而是从所述平均电压Um延伸直至第三电压U3，所述第三电压小于所述第二电压U2。在此，所述第三电压U3比所述平均电压Um小∆U。
所有准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）——所述电能量存储模块的电压U处在所述平均电压Um与所述第三电压U3之间——能够在所述第三时间点t3投入运行。它们除了所述第一电能量存储模块M1、第四电能量存储模块M4、第五电能量存储模块M5和第八电能量存储模块M8是所述第七电能量存储模块M7。
所述第六电能量存储模块M6的和第九电能量存储模块M9的电压尽管同样地处在所述平均电压Um与所述第三电压U3之间的电压范围∆U之内，然而，所述第六电能量存储模块M6和第九电能量存储模块M9未准备运行。
一旦电能量存储模块（M1、...M10）——所述电能量存储模块的电压处在所述电压范围∆U之内——准备运行，则能够同样地接入所述电能量存储模块。如果电能量存储模块（M1、...M10）——所述电能量存储模块的电压处在所述平均电压Um之上、尤其处在所述平均电压Um和一半的电压范围（∆U）的总和之上——准备运行，那么在所述电能量存储器的下一次启动之后才能够接入所述电能量存储模块。
在图4中示出了用于运行电能量存储器的按照本发明的方法100的流程图。用于运行电能量存储器的所述方法100具有以下的方法步骤。
在第一方法步骤101中初始化所述电能量存储器。在此，对相应的电能量存储模块（M1、...M10）的相应的运行参数、尤其相应的电压U和/或相应的温度和/或相应的充电状态和有必要时另外的参数进行检测。
在所述第一方法步骤101之后的第二方法步骤102中查询是否所述电能量存储器的所有电能量存储模块（M1、...M10）准备运行。
如果并非所有电能量存储模块（M1、...M10）准备运行，则在所述第二方法步骤102之后的第三方法步骤103中选择准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）。
在所述第三方法步骤103之后的第四方法步骤104中，从所述准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）中选择出带有最大的第一电压U1的这样的电能量存储模块（M1、...M10）。在此，所述最大的第一电压U1大于所述准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）的所有其它的电压U。此后，选择这样的准备运行的电能量存储模块（M1、...M10）：所述准备运行的电能量存储模块的相应的电压U处在低于所述第一电压U1的电压范围∆U之内。
在所述第四方法步骤104或者所述第十一方法步骤111之后的第五方法步骤105中，将在所述第四方法步骤104或者在所述第十方法步骤110中所选择的电能量存储模块（M1、...M10）与彼此并且与联接装置和/或所述设备导电地连接。
在所述第五方法步骤105之后的第六方法步骤106中，启动带有在第四方法步骤104或者第十方法步骤110中所选择的电能量存储模块（M1、...M10）的所述电能量存储器和/或所述设备。在此，所述电能量存储器的功率相比于以所有电能量存储模块（M1、...M10）的运行减少。此后，与彼此连接的电能量存储模块（M1、...M10）的电压U彼此相适应，并且在所有彼此导电地连接的电能量存储模块（M1、...M10）中调节平均电压Um。
在所述第六方法步骤106之后的第七方法步骤107中查询是否另外的电能量存储模块（M1、...M10）准备运行并且具有电压U，所述电压处在低于所选择的电能量存储模块（M1、...M10）的平均电压Um的电压范围∆U之内，并且有必要时选择所述电能量存储模块（M1、...M10）。
如果在第七方法步骤107中没有选择出电能量存储模块（M1、...M10），则在时间上反复地、尤其周期地重复所述第七方法步骤107。
如果在第七方法步骤107中选择出电能量存储模块（M1、...M10），则将所述电能量存储模块（M1、...M10）在第八方法步骤108中与已经彼此导电地连接的电能量存储模块（M1、...M10）和所述联接装置和/或所述设备导电地连接。
所述第七方法步骤107和所述第八方法步骤108一直重复，直到所有电能量存储模块（M1、...M10）与彼此并且与所述联接装置和/或所述设备导电地连接，或者在第九方法步骤109中终止所述方法100并且切断所述电能量存储器和/或所述设备。
如果在所述第二方法步骤102中所有电能量存储模块（M1、...M10）准备运行，则在所述第二方法步骤102之后的第十方法步骤110中从所述电能量存储模块（M1、...M10）中选择出带有最大的第一电压U1的这样的电能量存储模块（M1、...M10）。在此，所述最大的第一电压U1大于所述电能量存储模块（M1、...M10）的所有其它的电压U。此后选择出这样的电能量存储模块（M1、...M10）：所述电能量存储模块的相应的电压U处在低于所述第一电压U1的电压范围∆U之内。
在所述第十方法步骤110之后的第十一方法步骤111中查询是否所有电能量存储模块（M1、...M10）在所述第十方法步骤110中被选择。
如果并非所有电能量存储模块（M1、...M10）在所述第十方法步骤110中被选择，那么在所述第十一方法步骤111之后以第五方法步骤105继续所述方法。
如果在所述第十方法步骤110中所述电能量存储器的所有电能量存储模块（M1、...M10）被选择，那么在所述第十二方法步骤中所有电能量存储模块（M1、...M10）与彼此并且与所述联接装置和/或所述设备导电地连接。
在所述第十二方法步骤112之后的第十三方法步骤113中，启动带有所有电能量存储模块（M1、...M10）的所述电能量存储器和/或所述设备。
在所述第十三方法步骤113之后，在所述第九方法步骤109中终止所述方法并且切断所述电能量存储器和/或所述设备。
优选地，在相应的电能量存储模块（M1、...M10）与所述联接装置和/或所述设备之间的相应的导电的连接在所述第九方法步骤之后被断开。
在此，电能量存储器理解为可再充电的能量存储器、尤其具有电化学的能量存储单池和/或具有至少一个电化学的能量存储单池的能量存储模块和/或具有至少一个能量存储模块的能量存储组。所述能量存储单池能够实施为基于锂的电池单池、尤其是锂离子电池单池。替代地，所述能量存储单池实施为锂聚合物电池单池或者镍金属氢化物电池单池或者铅酸电池单池或者锂空气电池单池或者锂硫电池单池。

Claims (11)

1.一种用于运行电能量存储器的方法（100），所述电能量存储器具有至少两个并联地布置的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）和联接装置，
其中，首先查询哪些电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）准备运行，
其中，而后确定准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的第一电压（U1），所述第一电压大于或者等于所有准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的电压（U），
其中，而后选择这样的准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）：所述准备运行的电能量存储模块的电压处在低于所述第一电压（U1）的电压范围（∆U）之内，
其中，而后将所选择的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与联接装置导电地连接起来。
2.根据权利要求1所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
如果并非所有电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与所述电能量存储器的联接装置连接，则在所述电能量存储器运行期间在稍后的时间点重新查询哪些电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）准备运行，并且选择出这样的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）并且将其与所述联接装置导电地连接：所述电能量存储模块的电压（U）处在低于与所述联接装置导电地连接的所述电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的平均电压（Um）的电压范围（∆U）之内。
3.根据权利要求2所述的运行用于电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
按照权利要求2重复所述方法步骤，直到所有电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与所述联接装置导电地连接或者所述电能量存储器被切断，尤其其中在时间上反复地、尤其周期地重复所述方法步骤。
4.根据权利要求2或者3中任一项所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
如果未准备运行的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的电压大于所述平均电压（Um）并且小于所述平均电压（Um）和一半的电压范围（∆U）的总和，则将与所述联接装置连接的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的数目保持恒定，
直到所述电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）准备运行，随后将所述电能量存储模块与所述联接装置连接起来，
或者直到所述电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）的电压大于所述平均电压（Um）和一半的电压范围（∆U）的总和。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
如果电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）——所述电能量存储模块的电压（U）大于所述平均电压（Um）、尤其大于所述平均电压（Um）和一半的电压范围（∆U）的总和——在所述方法（100）期间准备运行，则所述电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）尤其在整个方法（100）期间不与所述联接装置导电地连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
在切断所述电能量存储器时，所有电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与所述联接装置断开。
7.根据上述权利要求中任一项所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
所述电压范围（∆U）的扩展依赖于所述电能量存储器、尤其依赖于所述电能量存储器的开关装置并且/或者在所述方法（100）期间是恒定的。
8.根据上述权利要求中任一项所述的用于运行电能量存储器的方法（100），
其特征在于，
如果所述电能量存储模块的温度和/或电压（U）和/或充电状态低于最大极限值和/或高于最小极限值，则所述电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）准备运行。
9.一种电能量存储器，所述电能量存储器具有联接装置和至少两个电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10），所述电能量存储模块并联地布置，
其特征在于，
所述电能量存储器被设定用于借助于根据上述权利要求中任一项所述的方法来运行。
10.根据权利要求9所述的电能量存储器，
其特征在于，
所述电能量存储器具有控制单元，
其中，每个电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）具有至少一个传感器、尤其电压传感器和/或温度传感器以及用于将相应的电能量存储模块（M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10）与所述电能量存储器的联接装置导电地连接起来的开关装置，
其中，所述控制单元被设定用于分析所述传感器的信号并且操控所述开关装置。
11.一种设备、尤其车辆，
其特征在于，
所述设备具有根据权利要求9或者10中任一项所述的电能量存储器。
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