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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Energiespeichereinrichtung, insbesondere
für eine
Traktionseinheit eines Fahrzeugs (z. B. Schienenfahrzeug, Bus, Personenkraftwagen,
etc.) oder für
streckenseitige Einrichtungen (beispielsweise einer Eisenbahn- oder
Magnetbahnstrecke), zum Speichern elektrischer Energie, insbesondere
Antriebsenergie für eine
Traktionseinheit.
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Beispielsweise
aus dem Bereich der Schienenverkehrstechnik ist es bekannt, Fahrenergie
eines Schienenfahrzeugs beim Abbremsen in einer Energiespeichereinrichtung
zwischenzuspeichern, um diese beim nächsten Beschleunigungsvorgang wieder
verwenden zu können.
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Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
eine Energiespeichereinrichtung anzugeben, die einen sicheren und
zuverlässigen
Speicherbetrieb ermöglicht
und gleichzeitig mit relativ wenig Aufwand und damit geringen Kosten
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung
sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Danach
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
die Energiespeichereinrichtung zumindest zwei Energiespeichermodule
aufweist, die über
eine Funkverbindung mit einer zentralen Energiespeichersteuereinrichtung
der Energiespeichereinrichtung verbunden sind und die über die
Funkverbindung von der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung
ansteuerbar sind.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung
ist darin zu sehen, dass diese ein sehr hohes Maß an Betriebssicherheit erreicht,
weil sich nämlich
die einzelnen Energiespeichermodule über die über Funk angeschlossene zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung überwachen und ansteuern lassen.
Unter dem Begriff „Ansteuern" oder nur kurz „Steuern" wird nachfolgend
jegliche Art des „Steuerns" oder „Regelns" verstanden.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung
besteht darin, dass keine Verdrahtung zwischen einzelnen Energiespeichermodulen
und der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung erforderlich
ist, da diese Komponenten über
Funk miteinander verbunden sind. Durch das Einsparen einer Verdrahtung
werden die Herstellungskosten erheblich reduziert, weil Montageaufwand
entfällt
und die ersatzweise verwendeten Funkkomponenten bereits sehr kostengünstig erhältlich sind.
Außerdem
können
durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Funksschnittstelle sonst erforderliche Potentialtrennstellen (beispielsweise
in Form von Optokopplern) entfallen.
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Um
eine hohe elektrische Ausgangsspannung zu erreichen, wird es als
vorteilhaft angesehen, wenn die Energiespeichermodule elektrisch
in Reihe geschaltet sind.
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Um
zu vermeiden, dass die Energiespeichereinrichtung einer funktechnischen
behördlichen
Zulassung bedarf und/oder andere Komponenten stören kann, wird es als vorteilhaft
angesehen, wenn die Energiespeichereinrichtung innerhalb eines elektromagnetisch
nach außen
isolierten Behälters
oder Gehäuses
angeordnet ist.
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Als
Erfindung wird außerdem
ein Energiespeichermodul angesehen, das für die oben beschriebene Energiespeichereinrichtung
einsetzbar ist und mit zumindest einem Speicherelement zum Speichern
elektrischer Energie ausgestattet ist.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich eines
solchen Energiespeichermoduls vorgesehen, dass dieses eine Kontrolleinrichtung
auf weist, die über
eine Funkverbindung mit einer zentralen Energiespeichersteuereinrichtung
verbindbar von dieser ansteuerbar ist. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls
sei auf die oben erläuterten Vorteile
der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung
verwiesen, da sich die Vorteile entsprechen.
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Bevorzugt
umfasst die Kontrolleinrichtung eine modulseitige Steuereinheit,
die den Betriebszustand des zumindest einen Speicherelements mittelbar
oder unmittelbar angebende Messsignale an die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung übertragen
kann. Durch das Überwachen
des Betriebszustands des Energiespeichermoduls lässt sich im Allgemeinen sicherstellen,
dass das Energiespeichermodul nicht unbemerkt einen kritischen Zustand
erreichen kann. Der Betriebszustand kann beispielsweise anhand des
Ladezustands, der insbesondere anhand der elektrischen Ausgangsspannung
des Energiespeichermoduls oder der Ausgangsspannungen der Speicherelement
festgestellt wird, und/oder der Temperatur und/oder der Elektrolytzusammensetzung
eines Elektrolyten des Energiespeichermoduls und/oder eines inneren
Drucks des Energiespeichermoduls, usw., ermittelt werden.
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Beispielsweise
weist die Kontrolleinrichtung eine modulseitige Funkeinrichtung
auf, die mit der modulseitigen Steuereinheit verbunden und geeignet ist,
die Messsignale der modulseitigen Steuereinheit oder daraus abgeleitete
Messdaten an eine zentrale Funkeinrichtung der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung
zu übertragen.
Alternativ kann die modulseitige Funkeinrichtung auch in der modulseitigen Steuereinheit
integriert sein und einen Bestandteil derer bilden.
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Besonders
bevorzugt umfasst die Kontrolleinrichtung eine mit der modulseitigen
Steuereinheit verbundene modulseitige Entladeeinrichtung, die den
Ladezustand der Speicherelemente des Energiespeichermoduls individuell
reduzieren kann. Mit einer solchen Entladeeinrichtung lässt sich
erreichen, dass der Ladezustand des Energiespeichermoduls rechtzeitig
reduziert werden kann, wenn ein kritischer Betriebszustand, beispielsweise
eine zu hohe Ausgangsspannung oder eine zu hohe Temperatur auftritt.
Eine solche Entladeeinrichtung kann beispielsweise einen Entladewiderstand
(bzw. Vorwiderstand) und einen Schalter umfassen, der durch die
modulseitige Steuereinheit angesteuert, also geöffnet (Normalbetrieb) oder
geschlossen (Entladebetrieb) wird.
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Die
modulseitige Steuereinheit kann beispielsweise eine Schwellwertüberwachungseinrichtung
bilden, die elektrisch mittelbar oder unmittelbar an das zumindest
eine Speicherelement angeschlossen ist und dessen Ladezustand und/oder
Temperatur auf ein Überschreiten
eines vorgegebenen Schwellenwerts hin überwachen und im Falle eines Überschreitens
ein entsprechendes Schwellenwertsignal für die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung
erzeugen kann. Bei einer solchen Ausgestaltung des Energiespeichermoduls
lässt sich
beispielsweise erreichen, dass die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung
nur dann mit Ansteueraufgaben beschäftigt wird, wenn tatsächlich ein
ungewünschter oder
gefährlicher
Betriebszustand eingetreten ist, und dass andernfalls die zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung inaktiv bleibt. Alternativ kann
die modulseitige Steuereinheit auch alle ihre Messwerte an die zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung zwecks Auswertung und Ansteuerung übertragen und
die Schwellenwertsignale beispielsweise zusätzlich übertragen, um einen „Fehlerzustand" besonders zu markieren.
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Im Übrigen wird
es als vorteilhaft angesehen, wenn die Kontrolleinrichtung eine
A/D-Wandlereinrichtung umfasst, die eingangsseitig mittelbar oder unmittelbar
an das zumindest eine Speicherelement angeschlossen ist und dessen
Ausgangsspannung analog-digital wandelt sowie ausgangsseitig mit
der modulseitigen Steuereinheit des Energiespeichermoduls in Verbindung
steht. Bei dieser Ausgestaltung kann das Übertragen der Messsignale und/oder
eines Schwellenwertsignals auf digitalem Wege erfolgen, so dass
auf moderne digitale Übertragungsverfahren
zurückgegriffen
werden kann.
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Vorzugsweise
weist das Energiespeichermodul zwei oder mehr Speicherelemente,
insbesondere in Form von Doppelschichtkondensatoren, Lithium-Ionen
Batterien oder NiMH-Batterien, auf, die elektrisch in Reihe oder
parallel geschaltet sind. Durch eine solche Verschaltung lässt sich
erreichen, dass jedes Energiespeichermodul vorgegebene Ausgangsspannungen
und Speicherkapazitäten
erreichen kann.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung,
wie sie oben beschrieben ist.
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Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen,
dass die Energiespeichermodule ihren Ladezustand und/oder ihre Temperatur
messen und entsprechende Messsignale oder daraus abgeleitete Messdaten
an eine zentrale Energiespeichersteuereinrichtung über eine
Funkverbindung übertragen.
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Bezüglich der
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sei auf die oben erläuterten
Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung verwiesen,
da sich die Vorteile entsprechen.
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Vorzugsweise
wertet die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung die Messsignale
oder die Messdaten der Energiespeichermodule aus und erzeugt je
nach Betriebszustand der einzelnen Energiespeichermodule jeweils
ein modulindividuelles zentrales Steuersignal, um dieses zu dem
jeweiligen Energiespeichermodul zu dessen Ansteuerung über eine
Funkverbindung zu übertragen.
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Die
zentrale Energiespeichersteuereinrichtung wird die Messsignale oder
die Messdaten der Energiespeichermodule vorzugsweise dahingehend auswerten,
ob die Energiespeichermodule gleichmäßig geladen sind oder nicht,
und im Falle eines ungleichmäßigen Ladezustands
die Energiespeichermodule derart ansteuern, dass ein Teil der Energiespeichermodule
seinen La dezustand reduziert und dadurch ein gleichmäßigerer
Ladezustand der Energiespeichermodule erreicht wird.
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Besonders
bevorzugt werden die Energiespeichermodule den Ladezustand ihrer
einzelnen Speicherelemente messen und entsprechende elementindividuelle
Messsignale oder daraus abgeleitete elementindividuelle Messdaten
an die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung über die
Funkverbindung übertragen.
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Bei
der letztgenannten Variante wird es als vorteilhaft angesehen, wenn
die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung die elementindividuellen Messsignale
oder die elementindividuellen Messdaten der Speicherelemente auswertet
und je nach Betriebszustand der einzelnen Speicherelemente jeweils
ein elementindividuelles Steuersignal erzeugt und dieses zu dem
jeweiligen Energiespeichermodul zu dessen Ansteuerung über die
Funkverbindung überträgt.
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Vorzugsweise
wertet die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung die Messsignale
oder die Messdaten der Speicherelemente dahingehend aus, ob diese
gleichmäßig geladen
sind oder nicht, und steuert im Falle eines ungleichmäßigen Ladezustands
die Speicherelemente derart an, dass ein Teil der Speicherelemente
seinen Ladezustand reduziert und ein gleichmäßigerer Ladezustand der Speicherelemente
erreicht wird.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf eine Traktionseinheit für
ein Fahrzeug, beispielsweise ein Schienenfahrzeug, mit einer Energiespeichereinrichtung,
wie sie oben beschrieben ist, sowie auf ein entsprechendes Fahrzeug,
beispielsweise Schienenfahrzeug, als solches.
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Bezüglich der
Vorteile der erfindungsgemäßen Traktionseinheit
bzw. bezüglich
der Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
sei auf die oben erläuterten
Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung
verwiesen, da sich die Vorteile entsprechen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei
zeigen beispielhaft
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung, anhand
derer auch das erfindungsgemäße Verfahren sowie
das erfindungsgemäße Energiespeichermodul erläutert werden,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
modulseitige Entladeeinrichtung für die in der 1 gezeigten
Energiespeichermodule,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung, bei
der anstelle von elementindividuellen Messsignalen modulindividuelle
Messsignale übertragen
werden,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung, bei
der neben dem Ladezustand der Energiespeichermodule auch die Temperatur
sowie weitere Informationen über
den Betriebszustand der Energiespeichermodule gemessen und übertragen
werden,
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5 ein
viertes Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung, bei
der modulseitige Steuereinheiten eingangsseitig anliegende Messsignale
auswerten und auf ein Überschreiten
vorgegebener Schwellenwerte hin überwachen,
und
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6 einen
Zeitausschnitt einer möglichen Messdatenübertragung
zwischen Energiespeichermodulen und einer zentralen Energiespeichersteuereinrichtung.
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In
den Figuren werden der Übersicht
halber für
identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen
verwendet.
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In
der 1 erkennt man eine Energiespeichereinrichtung 10,
die zum Speichern elektrischer Energie geeignet ist. Eine an der
Energiespeichereinrichtung 10 anliegende elektrische Speicherspannung
ist mit dem Bezugszeichen U gekennzeichnet.
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Die
Energiespeichereinrichtung 10 weist drei Energiespeichermodule 20, 30 und 40 auf,
von denen der Übersichtlichkeit
halber lediglich das Energiespeichermodul 20 näher im Detail
dargestellt ist. Die beiden übrigen
Energiespeichermodule 30 und 40 können beispielsweise
zu dem Energiespeichermodul 20 identisch sein oder alternativ
nach den eingangs skizzierten Kriterien ähnlich aufgebaut sein.
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Außerdem erkennt
man in der 1 eine zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50,
die mit einer zentralen Funkeinrichtung 60 ausgestattet ist.
Die einzelnen Energiespeichermodule 20, 30 und 40 stehen über eine
Funkverbindung 70 mit der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 in
Verbindung.
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Die 1 zeigt
darüber
hinaus den internen Aufbau des Energiespeichermoduls 20 beispielhaft. Das
Energiespeichermodul 20 weist drei Speicherelemente 100, 110 und 120 auf,
bei denen es sich beispielsweise um Doppelschichtkondensatoren,
Lithium-Ionen Batterien oder NiMH-Batterien handeln kann. Die Speicherelemente 100, 110 und 120 sind elektrisch
in Reihe geschaltet.
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An
die drei Speicherelemente 100, 110 und 120 ist
eine modulseitige Entladeeinrichtung 130 angeschlossen,
deren Funktion weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung
des Betriebsverfahrens der Energiespeichereinrichtung 10 näher erläutert wird.
Der modulseitigen Entladeeinrichtung 130 nachgeordnet ist
eine A/D-Wandlereinrichtung 140, die ausgangsseitig mit
einer modulseitigen Steuereinheit 150 verbunden ist. Der
modulseitigen Steuereinheit 150 nachgeordnet ist eine modulseitige
Funkeinrichtung 160, die dazu geeignet ist, die Funkverbindung 70 zu
der zentralen Funkeinrichtung 60 der zentralen Energiespeichereinrichtung 50 herzustellen.
Die modulseitige Entladeeinrichtung 130, die A/D-Wandlereinrichtung 140,
die modulseitige Steuereinheit 150 und die Funkeinrichtung 160 bilden eine
Kontrolleinrichtung, die mit dem Bezugszeichen 170 gekennzeichnet
ist.
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Die
Energiespeichereinrichtung 10 gemäß 1 lässt sich
beispielsweise wie folgt betreiben:
Die modulseitige Steuereinheit 150 erfasst
mittels der A/D-Wandlereinrichtung 140 die
an den einzelnen Speicherelementen 100, 110 und 120 anliegenden
elementindividuellen Speicherspannungen U(i). Die Variable „i" gibt dabei an, auf
welches Speicherelement des Energiespeichermoduls 20 sich
die jeweilige elementindividuelle Speicherspannung bezieht.
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Die
entsprechenden, analog-digital gewandelten Messsignale U(i)' gelangen zu der
modulseitigen Steuereinheit 150, die diese unverarbeitet
als elementindividuelle Messsignale M(i) oder in verarbeiteter Form
als abgeleitete Messdaten M(i) über
die modulseitige Funkeinrichtung 160 zu der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 überträgt.
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In
entsprechender Weise arbeiten die beiden übrigen Energiespeichermodule 30 und 40,
so dass in der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 alle
an den einzelnen Speicherelementen der jeweiligen Energiespeichermodule
anliegenden elementindividuellen Spannungen U(i)' bekannt sind. Die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 vergleicht nun,
ob die an der Energiespeichereinrichtung 10 anliegende
Speicherspannung U auf die Speicherelemente gleichmäßig verteilt
ist. Stellt sie dabei fest, dass es zu einer ungleichen Spannungsverteilung gekommen
ist oder das insgesamt einzelne oder alle Speicherelemente mit einer
zu großen
Betriebsspannung beaufschlagt sind, so erzeugt sie elementindividuelle
Steuersignale ST(i) und überträgt diese über die
Funkverbindung 70 zu den Energiespeichermodulen 20, 30 und 40.
Die elementindividuellen zentralen Steuersignale ST(i) werden von
den modulseitigen Steuereinheiten 150 der Energiespeichermodule 20, 30 und 40 ausgewertet
und dazu herangezogen, ggf. die eigene mo dulseitige Entladeeinrichtung 130 zu
aktivieren, um einzelne oder alle Speicherelemente des jeweiligen
Energiespeichermoduls zu entladen.
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Wird
beispielsweise zu dem Energiespeichermodul 20 durch das
elementindividuelle zentrale Steuersignal ST(i) die Information
bzw. der Befehl übertragen,
das Speicherelement 110 zu entladen, weil dieses eine zu
große
elementindividuelle Speicherspannung aufweist, so wird die modulseitige Steuereinheit 150 das
entsprechende Entladeelement 220 der Entladeeinrichtung 130 über eine
Steuerleitung oder einen Steuerbus 240 aktivieren, damit das
Speicherelement 110 entladen werden kann. Durch das Entladen
des Speicherelements 110 lässt sich erreichen, dass alle
drei Speicherelemente 100, 110 und 120 des
Energiespeichermoduls 20 gleichmäßig geladen sind und keines
der Speicherelemente überlastet
wird.
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In
entsprechender Weise wird die Energiespeichersteuereinrichtung 50 die übrigen Energiespeichermodule 30 und 40 bzw.
deren Speicherelemente ansteuern, um zu erreichen, dass auch deren Speicherelemente
entsprechend gleichmäßig belastet
werden. Darüber
hinaus wird die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 dafür Sorge
tragen, dass auch die Energiespeichermodule 20, 30 und 40 insgesamt
gleichmäßig belastet
werden; dies wird sie erreichen, indem sie die an den einzelnen
Energiespeichermodulen abfallende Modulspannung auswertet und die
einzelnen Energiespeichermodule derart ansteuert, dass jedes Energiespeichermodul zumindest
annäherungsweise
dieselbe Ladespannung trägt.
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Die
drei Energiespeichermodule 20, 30 und 40 sowie
die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 sind vorzugsweise
in einem elektromagnetisch dichten Behälter angeordnet, um zu vermeiden, dass
elektromagnetische Strahlung, die durch die Funkverbindung 70 hervorgerufen
wird, nach außen abgegeben
wird. Aus Gründen
der Übersicht
ist dieser elektromagnetisch dichte Behälter bzw. dieses Gehäuse in der 1 nur
angedeutet und mit dem Bezugszeichen 190 markiert.
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In
der 2 ist ein Ausführungsbeispiel
für die
modulseitige Entladeeinrichtung 130 gemäß 1 im Detail
dargestellt. Man erkennt die drei Entladeelemente 210, 220 und 230,
die jeweils zu einem zugeordneten Speicherelement 100, 110 und 120 parallel
geschaltet sind. Die drei Entladeelemente weisen jeweils einen Vorwiderstand
R sowie eine Schaltereinheit 250 auf, die mit dem Vorwiderstand
R in Reihe geschaltet ist. Wird nun die Schaltereinheit 250 eingeschaltet,
so wird das entsprechende Speicherelement 100, 110 und 120 gemäß 1 über den
zugeordneten Vorwiderstand R kurzgeschlossen, so dass es entladen
wird. Bleibt die Schaltereinheit 250 jedoch geöffnet, so
bleibt das zugehörige
Entladeelement wirkungslos.
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Die
Schaltereinheiten 250 der Entladeelemente 210, 220 und 230 sind über eine
individuelle Steuerleitung oder einen Steuerbus 240 mit
der modulseitigen Steuereinheit 150 verbunden, damit diese jede
einzelne Schaltereinheit 250 und damit jedes einzelne Entladeelement
individuell ein- bzw. ausschalten kann und somit jedes einzelne
Speicherelement 100, 110 und 120 individuell
entladen kann, wenn oder sobald ein kritischer Betriebszustand erreicht
worden ist.
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In
der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Energiespeichereinrichtung 10 gezeigt. Im
Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 überträgt die modulseitige
Steuereinheit 150 lediglich ein modulindividuelles Messsignal M
bzw. daraus abgeleitete modulindividuelle Messdaten an die zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung 50, so dass in dieser
die Messsignale bzw. die Messdaten nur modulbezogen vorliegen. Die
zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 wird nun prüfen, ob
alle Energiespeichermodule 20, 30 oder 40 annähernd gleichmäßig geladen
sind und im Falle einer ungleichmäßigen Ladungsverteilung über modulindividuelle
Steuersignale ST, die über
die Funkverbindung 70 übertragen
werden, dafür
sorgen, dass alle Energiespeichermodule annähernd den gleichen Ladezustand
aufweisen.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß der 3 erfolgt
eine gleichmäßige Auslastung
der Speicherelemente 100, 110 und 120 der
Energiespeichermodule modulindividuell durch die jeweilige modulseitige Steuereinheit 150:
Dies bedeutet, dass jede modulseitige Steuereinheit 150 selbst
dafür Sorge
trägt, dass
die zugeordneten Speicherelemente gleichmäßig belastet sind. Die Aufgabe
der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 beschränkt sich
demgemäß darauf,
dafür zu
sorgen, dass die Energiespeichermodule als solche zumindest annäherungsweise
gleichmäßig belastet
werden.
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In
der 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Energiespeichereinrichtung 10 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 darin,
dass die modulseitige Steuereinheit 150 mit zusätzlichen
Messsensoren 300 und 310 verbunden ist, mit denen
zusätzliche
Messsignale aufgenommen werden können.
Beispielsweise kann es sich bei dem Messsensor 300 um einen
Temperaturmesser handeln, der die Temperatur des Energiespeichermoduls 20 misst
und ein entsprechendes Temperaturmesssignal T zu der modulseitigen
Steuereinheit 150 überträgt.
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Bei
dem Messsensor 310 kann es sich beispielsweise um einen
Drucksensor handeln, der den inneren Druck innerhalb des Energiespeichermoduls 20 misst
und ein entsprechendes Druckmesssignal P zu der modulseitigen Steuereinheit 150 übermittelt.
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Die
modulseitige Steuereinheit 150 wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß 4 somit nicht
nur die eingangsseitig anliegenden elementindividuellen Spannungswerte
U(i) sondern darüber
hinaus auch die Temperatur T und den Druck P des Energiespeichermoduls 20 auswerten
und entsprechende Messsignale oder daraus abgeleitete Messdaten über die
Funkverbindung 70 zu der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 übertragen.
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Stellt
die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 anhand
der empfangenen Messsignale bzw. Messdaten fest, dass einzelne oder
alle der Energiespeichermodule in einen kritischen Betriebszustand
gelangt sind, so wird sie versuchen, die betroffenen Energiespeichermodule
zu entlasten, indem sie beispielsweise die entsprechenden Speicherelemente
entlädt,
oder die Energiespeichereinrichtung 10 vollständig abschalten.
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In
der 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung 10 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die modulseitige Steuereinheit 150 in der Lage, die
eingangsseitig anliegenden Messsignale U(i)', T und P auszuwerten und auf ein Überschreiten
vorgegebener Schwellenwerte hin zu überwachen. Stellt die modulseitige
Steuereinheit 150 dabei ein Überschreiten von Schwellenwerten
fest, so wird sie entsprechende Schwellenwertsignale SWS für die zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung 50 erzeugen und über die
Funkverbindung 70 zu dieser übertragen, damit die zentrale
Energiespeichersteuereinrichtung 50 gewarnt wird und entsprechende
Maßnahmen,
wie beispielsweise das Abschalten der Energiespeichereinrichtung 10,
einleiten kann.
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In
der 6 ist ein Zeitausschnitt einer möglichen
Messdatenübertragung
zwischen den Energiespeichermodulen 20, 30 und 40 sowie
der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 über die Funkverbindung 70 beispielhaft
dargestellt. Zu Zeitpunkten t1, t2, ... befiehlt die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 über Funk
allen Energiespeichermodulen 20, 30 und 40 die
elementindividuellen Spannungen an ihren Speicherelementen zu messen.
Anschließend
wird jeweils jedem Energiespeichermodul einzeln befohlen, seine
gemessenen Messwerte zu der zentralen Energiespeichersteuereinrichtung 50 zu übertragen.
Damit ist gewährleistet, dass
jeweils genau eine einzige modulseitige Funkeinrichtung sendet und
alle übrigen
modulseitigen Funkeinrichtungen inaktiv sind. In dieser Weise wird Energiespeichermodul
für Energiespeichermodul
abgefragt. Anschließend
wertet die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 die
empfangenen Messdaten aus und befiehlt ggf. den einzelnen Energiespeichermodulen,
die an ihren Speicherelementen anliegenden elementindividuellen
Spannungen zu symmetrieren oder, bei Überschreitung von Grenzwerten,
eine Abschaltung der Energiespeichereinrichtung 10.
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Der
beschriebene Zyklus wird während
des Betriebs der Energiespeichereinrichtung 10 kontinuierlich
wiederholt.
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Anstelle
der beschriebenen kontinuierlichen systematischen Abfrage der Energiespeichermodule 20, 30 und 40 kann
auch eine ereignisorientierte Abfrage der Energiespeichermodule
durch die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 erfolgen:
Beispielsweise kann die zentrale Energiespeichersteuereinrichtung 50 diejenigen
Energiespeichermodule häufiger
abfragen, bei denen ein kritischer Betriebszustand bereits erreicht
wurde oder sich ankündigt.
In dieser Weise kann erreicht werden, dass Energiespeichermodule
mit einem kritischen Verhalten intensiver bzw. gründlicher überwacht
werden als andere Energiespeichermodule, die ein unkritisches Verhalten
zeigen. In dieser Weise lässt
sich erreichen, dass durch ein gezieltes Beeinflussen der kritischen
Energiespeichermodule in einer zeitnahen Weise ein Ausfallen der
gesamten Energiespeichereinrichtung 10 vermieden, zumindest
verzögert
wird.