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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator, umfassend zumindest
zwei Akkumu lator-Module, sowie ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt,
ein mobiles elektronisches Gerät, ein Fahrzeug und eine
Windkraftanlage.
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Eine
Vielzahl von untereinander vernetzten Akkumulatoren ist in dem Stand
der Technik bekannt. In der
DE 10 2006 062 584 A1 ist eine Antriebseinheit für
ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Speichern von Energie beschrieben.
Die Antriebseinheit umfasst eine Energiequelle, einen Energiespeicher
zum Speichern von elektrischer Energie sowie ein Elektromotor. Weiterhin
beinhaltet die Antriebseinheit eine Berechnungseinheit, die eine
von dem Fahrzeug noch zu befahrende Strecke errechnet. Eine Ladekontrolle
steuert in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Motors,
der noch zu fahrenden Strecke, sowie der zur Verfügung
stehenden Energie der Energiequellen, insbesondere des Energiespeichers
und eines Generators, das Laden des Energiespeichers in Form von
zumindest zwei Batterien.
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Die
DE 10 2007 032 210
A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch
von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge. Da eine Aufladung
von Akkumulatoren nicht zu einem geeigneten Zeitpunkt in Abhängigkeit
von einem momentanen Ladezustand der Akkumulatoren, sondern auf
Grund eines nur beschränkt zur Verfügung stehenden
Netzes an Ladestationen erst nach einer Rückkehr eines Fahrzeuges
zu seinem ursprünglichen Standort erfolgt, wird die mögliche
Lebensdauer der Akkumulatoren durch Aufladung zu nicht immer optimalen
Zeitpunkten bezogen auf die Ladezustände stark begrenzt.
Durch in ihrer Bauweise zumindest gruppenweise standardisierte Akkumulatoren,
die mittels einer Schnellbefestigungsvorrichtung in einer vorgegebenen
Reihenfolge, vorzugsweise voll automatisiert, gelöst und
entnommen und gegen Akkumulatoren in vollen Energiezuständen
selbsttätig ausgetauscht werden können, soll eine
Erhöhung der Lebensdauer erreicht werden.
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Die
DE 10 2006 040 202
A1 beschreibt eine Akkumulatoranordnung, die einzelne Batteriemodule mittels
einer über ein Aufnahmegehäuse aufgenommene Kühlluft
innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches hält.
Da Akkumulatoren, insbesondere in einem Elektroauto, beispielsweise
für ein starkes Beschleunigen, zu einer unbestimmten Vielzahl von
Zeit punkten hohe Ausgangsströme bereitstellen müssen,
können Temperaturunterschiede zwischen einzelnen in dem
Elektrofahrzeug integrierte Akkumulatoren zu einer zu hohen Aufladung
oder zu einer zuweiten Entladung einzelner Akkumulatorbereiche oder
Teil – Akkumulatoren führen, welches die mögliche
Lebensdauer reduziert. Durch den beschriebenen Einsatz von Lufteinlasskanälen
zur Kühlung von einzelnen Akkumulatormodulen wird eine
Reduzierung dieser Temperaturunterschiede erreicht, was in einer
erhöhten Lebensdauer resultieren kann.
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Aus
der
DE 199 57 289
B4 ist ein gattungsgemäßes Verfahren
zum Steuern von Laden und Entladen einer Batteriegruppe bekannt.
Die Batteriegruppe besteht aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten,
wieder aufladbaren Batterien in einem Elektroauto, bei denen ein
oberer Kapazitätsgrenzwert, der niedriger als die Vollladungskapazität
der Batteriegruppe ist, sowie ein unterer Kapazitätsgrenzwert,
der größer als die Kapazität bei vollständiger
Entladung ist und eine erwünschte Kapazität in dem
Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Kapazitätsgrenzwert
festgelegt ist. Wenn die berechnete Kapazität innerhalb
des Bereichs zwischen dem oberen und dem unteren Kapazitätsgrenzwert
ist, werden das Laden und Entladen der Batteriegruppe gestattet.
Weiterhin wird eine Temperaturerfassung für eine Erfassung
der Temperatur von sämtlichen wieder aufladbaren Batterien
des Elektroautos oder einer Temperatur von bestimmten Blöcken
einer Batteriegruppe beschrieben, die zu einem Vermeiden eines Überladens
oder Überentladens jeder einzelnen wieder aufladbaren Batterie
in dem Verfahren berücksichtigt werden kann.
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Nachteilig
an den beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren ist, dass viele
für ein Auf- und/oder Entladen eines Akkumulators, insbesondere
eines Akkumulators bestehend aus einer Vielzahl von Akkumulatorensegmenten
oder -modulen oder auch Teil- Akkumulatoren, relevanten Parameter
zum Erzielen einer optimalen Lebenserwartung nicht berücksichtigt
werden. Insbesondere ist es nachteilig, dass keine segmentspezifische
Informationen, wie beispielsweise eine Abhängigkeit einer
Auf- und/oder Entladung von dem momentanen indivi duellen Ladezustand
jedes einzelnen Akkumulatorsegmentes und/oder dessen jeweiligen
Temperatur berücksichtigt werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
des Stands der Technik zu überwinden, indem ein Akkumulator
derart gestaltet ist, dass er effizient und schonend für
die Lebenserwartung eine Vielzahl unterschiedlicher Strömstärken
und/oder Spannungen von variabler Dauer aufnehmen und/oder abgeben
kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch
mindestens eine Schalteinrichtung zum Zu- und/oder Freischalten
zumindest eines ersten und/oder eines zweiten Akkumulator-Moduls
in Abhängigkeit von benötigten und/oder verfügbaren Strömen
und/oder Spannungen des Akkumulators.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Akkumulator-Modul an zumindest
eine Messeinrichtung mit wenigstens einer Speichereinrichtung zum
Erfassen und Speichern von mindestens einem Parameter anschließbar
ist, in dem Speichermittel von zumindest einem Akkumulator-Modul
eine Wert für die Vollladungskapazität, die Vollentladungskapazität,
ein erster Referenzwert niedriger als die Vollladungskapazität
und/oder ein zweiter Referenzwert als die Vollladungskapazität
gespeichert ist und die Messeinrichtung mit der Schalteinrichtung
in Wirkverbindung steht.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass zumindest das erste Akkumulator-Modul und das
zweite Akkumulator-Modul als Reihen- und/oder Parallelschaltung mittels
der Schalteinrichtung verschaltbar sind und einen virtuellen Akkumulator
bilden, welcher extern kontaktierbar ist.
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Auch
wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Akkumulator-Modul unabhängig
von den weiteren Akkumulator- Modulen physisch entfernt, hinzugefügt
und/oder ersetzt werden kann.
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Ferner
liefert die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung
eines Akkumulators, insbesondere eines Akkumulators nach einem der
vorangehenden Ansprüche, mittels derer zumindest zwei Akkumulator-Modulen
miteinander verschaltbar sind, wobei das Zu- und/oder Freischalten
einzelner Akkumulator-Module in Abhängigkeit von benötigten
und/oder verfügbaren Strömen und/oder Spannungen
des Akkumulators erfolgt.
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Bevorzugt
ist dabei, dass eine Auswahl von zum Bilden von virtuellen Akkumulatoren
benötigten Akkumulator- Modulen in Abhängigkeit
mindestens eines modulspezifischen ersten Parameters erfolgt, wobei
es sich bei dem zumindest einen ersten Parameter um einen Ladezustand,
eine Kapazität, eine Spannung, ein Alter und/oder eine
Temperatur handeln kann.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass bei wenigstens einem Akkumulator- Modul
ein zweiter Parameter, insbesondere die letzte Ladezustandsänderung,
in dem Speichermittel gespeichert ist und eine Auswahl von benötigten
Akkumulator-Modulen zum Bilden von mindestens einem virtuellen Akkumulator in
Abhängigkeit des ersten und zweiten Parameters oder des
zweiten Parameters erfolgt.
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Dabei
kann auch vorgesehen sein, dass ein Ladezustand des Akkumulators
durch ein Bestimmen des Ladezustands jedes einzelnen Akkumulator-Moduls
und/oder jedes virtuellen Akkumulators erfolgt.
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Auch
wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, wobei eine Vielzahl
von Instruktionen die dazu geeignet sind, dass wenn sie in ein verschieden
lesbares Medium eingebunden sind, ein erfindungsgemäßes
Verfahren durchzuführen.
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Auch
wird ein mobiles elektronisches Gerät, umfassend einen
erfindungsgemäßen Akkumulator vorgeschlagen.
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Ferner
ein Fahrzeug, umfassend einen erfindungsgemäßen
Akkumulator.
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Die
Erfindung liefert auch eine Windkraftanlage, umfassend einen erfindungsgemäßen
Akkumulator.
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Der
Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde,
dass ein optimiertes Auf- und/oder Entladen eines Akkumulators und
ein gleichzeitiges Erhöhen der Lebenserwartung über eine
individuelle Steuerung oder Regelung von Lade- und/oder Entladeströmen
einzelner Akkumulatorsegmente oder -module erreicht werden kann.
Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, einzelne
Akkumulatorsegmente oder -module separat bis zu zumindest einem
bestimmten ersten Schwellwert, Referenzwert oder Grenzwert, welcher
niedriger als eine Vollladungskapazität ist, aufzuladen
und/oder bis zu einem zweiten Referenzwert, welcher höher als
die Vollentladungskapazität ist, zu entladen. Die Schaltungseinrichtung
ermöglicht es, dynamische, dem jeweiligen Bedarf angepassten
Reihen- und/oder Parallelschaltungen von Akkumulatoren-Modulen einzusetzen.
Dies ist einer verbesserten Leistungsabgabe, Leistungsaufnahme und/oder Lebenserwartung
dienlich.
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In
vielen Anwendungsfällen werden Akkumulatoren als Ersatz
eines stationären Stromanschlusses eingesetzt oder als
Puffer oder Zwischenspeicher. Eine zur Verfügung stehende
Energie für ein Aufladen der Akkumulatoren steht in den meisten
Fällen nicht permanent und konstant zur Verfügung,
sondern nur in einer variierenden Stromstärke und/oder
Spannung für Intervalle unterschiedlicher Zeitdauer.
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Um
die zur Verfügung stehende Energiemenge zum Aufladen von
Akkumulatoren möglichst optimal zu nutzen und dabei eine
hohe Lebensdauer der Akkumulatoren zu erhalten, ist ein Unterteilen
eines Akkumulators in zumindest zwei Segmente oder Module und ein
segmentiertes Aufladen hilfreich. Dabei ist vorgesehen, dass anstelle
eines gleichmäßigen Verteilens der zur Verfügung
stehenden Energiemenge auf alle vorhandenen Akkumulatorsegmente, einzelne
Akkumulatorensegmente automatisch ausgewählt und bis zum
Erreichen eines vor gegebenen Referenzwertes aufgeladen werden. Steht
nach dem Aufladen eines Akkumulatorsegments bis zu dem bestimmten
ersten Referezwert weiterhin Energie zum Laden zur Verfügung,
kann ein weiteres Akkumulatorsegment ausgewählt und aufgeladen
werden. Dabei werden vorzugsweise die Akkumulatorsegmente zuerst
aufgeladen, die bis zu einem bestimmten zweiten Referenzwert entladen
sind, oder deren Ladezustand sich diesem zweiten Referenzwert möglichst
weit annähert. Weiterhin können in der Laderegelung
die Temperaturen der einzelnen Akkumulatorsegmente berücksichtigt
werden, um eine Zeit, während der ein Segment höheren
als optimal angesehen Temperaturen ausgesetzt ist, möglichst
kurz zu halten. Dadurch kann ein temperaturbedingter Einfluss auf
die Lebenszeit der Segmente minimiert werden.
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Es
ist selbstverständlich auch vorgesehen, dass zur Verfügung
stehende Ladeströme und/oder Ladespannungen entsprechend
von optimalen Spezifikationen einzelner Akkumulatorsegmente, insbesondere
in Abhängigkeit von zulässigen und/oder optimalen
Ladeströmen und/oder Spannungen, dynamisch auf ein oder
mehrere zur Verfügung stehende Segmente verteilt werden,
um eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden
Energiemenge zu ermöglichen. So können durch eine
dynamische Serien- und/oder Parallelschaltung von Akkumulatorsegmenten
variierende Ströme und/oder Spannungen ohne Zwischenschaltung
von Strom- und/oder Spannungswandlern optimal genutzt werden. Dynamische
Reihen- und/oder Parallelschaltungen lassen sich bspw. mit bekannten
Halbleiter – Relais verlustarm und mit niedrigen Reaktionszeiten
realisieren.
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Auch
ist es offensichtlich, dass die benötigten Referenzwerte
für jedes Akkumulatorsegment dynamisch gesetzt und im Laufe
der Einsatzzeit von Akkumulatoren angepasst werden können.
Dies ist insbesondere hilfreich, da Akkumulatoren im Laufe Ihrer
Lebenszeit eine unterschiedliche Kapazität besitzen können.
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Ferner
ist vorgesehen eine Vielzahl von Akkumulatoren-Segmente oder -modulen
zu virtuellen Akkumulatoren zu verschalten. Diese virtuellen Akkumulatoren
verfügen über separate externe Kontaktierungen,
so dass nicht ausschließlich ein Ladestrom auf einzelne
Segmente eines ersten virtuellen Akkumulators verteilt wird, sondern
dass auch gleichzeitig eine Leistungsabgabe durch andere Akkumulator-
Segmente, welche einen zweiten virtuellen Akkumulator bilden, stattfinden
kann. Dafür können eine Vielzahl von virtuellen
Akkumulatoren gebildet werden, welche parallel arbeiten können
und unabhängig voneinander Energie aufnehmen oder abgeben können.
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Für
eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energiemenge
zum Aufladen eines virtuellen Akkumulators kann vorgesehen sein,
in Abhängigkeit der vorhandenen Ladeströme und/oder –spannungen
wenigstens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl von Akkumulatorsegmenten
zu dem virtuellen Akkumulator, insbesondere über Halbleiter-Leistungrelais,
zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Serien- und/oder Parallelschaltungen
zu verschalten. Auch ist es möglich, eine Vielzahl von
virtuellen Akkumulatoren parallel und/oder zeitlich versetzt zu
bilden, die optimal an zur Verfügung stehende und/oder abzugebende
Energiemenge angepasst sind. Dabei ist es offensichtlich, dass auch
Segmente unterschiedlicher Kapazität und/oder Spannung
zur Bildung von virtuellen Akkumulatoren eingesetzt werden können.
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Eine
Auswahl der für ein Ausnutzen der Ladeströme und –spannungen
benötigten Akkumulatorensegmente zur Bildung von virtuellen
Akkumulatoren kann dabei derart erfolgen, dass jedes Akkumulatoren-Segment
des virtuellen Akkumulators mit der zur Verfügung stehenden
Energiemenge möglichst bis zu ihrem oberen ersten Referenzwert
aufgeladen werden. Dabei werden vorzugsweise zuerst die Akkumulator-Segmente
ausgewählt, welche sich am weitesten ihrem unteren zweiten
Referenzwert angenähert haben. Reicht die zum Laden zur
Verfügung stehende Energiemenge nicht aus, um alle zu einem virtuellen
Akkumulator verschalteten Segmente bis zu ihrem ersten oberen Referenzwert
aufzuladen, so werden diese Segmente als noch weiter zu ladende gekennzeichnet
und möglichst nicht für eine Abgabe von Energie
eingesetzt, bis eine Aufladung zu zumindest dem oberen ersten Referenzwert
erfolgt ist. Steht wieder Energie zum Aufladen bereit, werden diese
markierten Segmente bevorzugt weitergeladen.
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Erreicht
zumindest eines der Akkumulator-Segmente eines virtuellen Akkumulators
den oberen ersten Referenzwert, wird es aus dem virtuellen Akkumulator
freigeschaltet und durch ein adäquates Akkumulator-Segment
ersetzt, welches mittels der weiterhin zur Verfügung stehenden
Energiemenge wiederum bis zu dem oberen ersten segmentspezifischen
oberen Schwellwert aufgeladen werden kann. Dieses Freischalten und
Ersetzen wird solange wiederholt, bis alle Akkumulator-Segmente,
die Ladeströme aufnehmen können, bis zu ihrem
jeweiligen ersten oberen Akkumulator segmentspezifischen Grenzwert
aufgeladen sind oder keine weitere Energiemenge zum Aufladen bereitsteht.
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Wird
eine bestimmte Energiemenge aus dem Akkumulator benötigt,
kann für die Bereitstellung dieser Energiemenge ebenfalls
ein virtueller Akkumulator eingesetzt werden. Dafür wird
der Ladezustand aller vorhandenen und verfügbaren Akkumulator-Segmente
gemessen und entsprechend der benötigten Stromstärke
und Spannung zu einer für die Erfüllung dieses
Bedarfs optimalen Gruppe von Akkumulator-Segmenten wiederum zu einem
virtuellen Akkumulator kombiniert.
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Die
benötigten Akkumulator-Segmente werden vorzugsweise derart
ausgewählt, dass eine maximal mögliche Anzahl
von bis zu ihrem ersten oberen Schwellwert aufgeladenen Akkumulator-Segmenten
vorgehalten werden können. Erreicht zumindest eines der
Akkumulator-Segmente innerhalb des virtuellen Akkumulators einen
zweiten unteren Akkumulator segmentspezifischen Referenzwert, so
wird dieses Akkumulator-Segment von dem virtuellen Akkumulator freigeschaltet
und durch ein adäquates, alternatives Akkumulator-Segment
mit einer höheren gespeicherten Energiemenge ersetzt. Durch
dies gleichzeitige Freischalten und Ersetzen können Eigenschaften
des benötigten virtuellen Akkumulators aufrechterhalten
werden.
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Insbesondere
kann durch dieses Freischalten eine größtenteils
konstante Spannung von virtuellen Akkumulatoren erreicht werden,
welche verglichen mit den Spannungsdifferenzen eines voll geladenen
bzw. nahezu entladenen herkömmlichen Akkumulators nur minimal
variiert.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Freischalten von einzelnen
Akkumulator-Segmenten eines virtuellen Akkumulators nicht nur ausschließlich über
die jeweiligen Ladezustände verursacht wird, sondern dass
auch dann eine Freischaltung erfolgt, wenn eine Temperatur gemessen
wird, die außerhalb definierter Grenzwerte liegt.
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Es
ist selbstverständlich vorgesehen, dass eine Großzahl
von virtuellen Akkumulatoren zur gleichen Zeit innerhalb eines Akkumulators
mit einer Vielzahl von Akkumulatoren-Segmenten gebildet werden können.
Dabei verfügt jeder virtuelle Akkumulator über
eine externe Kontaktierungsmöglichkeit, um unabhängig
Energie aufzunehmen oder abzugeben. Dies kann beispielsweise vorteilhaft
sein, wenn während eines Ladevorgangs mit einem ersten zur
Verfügung stehenden Energiemenge um diese zweite Energiemenge
optimal zu nutzen, können weitere Segmente parallel eines
virtuellen Akkumulators eine zweite Energiemenge zum Aufladen bereitsteht,
die weitere bis zu dem zweiten unteren segmentspezifischen Schwellwerten
entladenen Akkumulator-Segmenten laden kann. Um diese zweite Energiemenge
optimal zu nutzen, können weitere Segmente parallel zu
einem zweiten virtuellen Akkumulator zusammengeschaltet werden.
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Auch
ist es offensichtlich, dass ein Freischalten von einzelnen Akkumulator-Segmenten
eines virtuellen Akkumulators und/oder ein Hinzufügen zusätzlicher
Akkumulator-Segmente jederzeit erfolgen kann, und dabei immer den
gegebenen Umständen angepasst werden kann.
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Durch
das dynamische Bilden, Anpassen, und Auflösen von virtuellen
Akkumulatorschaltungen kann ein definierteres Laden und/oder Entladen
von Akkumulatoren erreicht und ein Temperaturmanagement einfach
und effizient integriert werden. Dies kann eine Lebenszeit signifikant
erhöhen. Weiterhin sind genauere Informationen über
eine gespeicherte Energiemenge möglich, da einzelnen Akkumulator-Segmente
individuell ausgewertet werden können. Insbesondere ist
es vorteilhaft, dass durch das Segmentieren auch kleinere und somit
leichtere und kostengünstigere Ladeeinrichtung realisiert
werden können, die beispielsweise einer maximal zu erwartenden
Energiemenge zum Aufladen angepasst sind, was insbesondere bei mobilen
Anwendungen vorteilhaft ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, die einzelnen Akkumulator-Segmente austauschbar
zu gestalten, so dass im Bedarfsfall, insbesondere im Fall eines Defekts
oder altersbedingt ein kostengünstiger Austausch möglich
ist.
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Auch
können „Memory-Effekte”, welche bei vielen
gebräuchlichen Arten von Akkumulatoren auftreten können,
durch das segmentierte Laden minimiert werden. Es ist zudem offensichtlich,
das einzelnen Segmente unter voller Ladung als „Reserve” vorgehalten
werden können. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen mit
zumindest einem Elektroantrieb vorteilhaft, wenn hohe Spannungen,
die insbesondere bei einer Vollladung von Akkumulatoren-Segmenten anliegen,
benötigt werden. Dies kann insbesondere für schnelle
Beschleunigungsvorgänge, wie ein Überholen, oder
für ein Starten einer Verbrennungskraftmaschine sinnvoll
sein.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand von schematischen Zeichnungen beispielhafter erläutert
sind. Dabei zeigt:
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1 eine
skizzenhafte Darstellung der Verschaltung von Akkumulatorsegmenten;
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2 eine
graphische Auftragung eines zeitlichen Verlaufs eines Ladezustands
eines Akkumulators;
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3 eine
skizzierte Darstellung von Ladezuständen einer Vielzahl
von Akkumulatoren; und
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4 eine
skizzenhafte Darstellung eines Fahrzeugs.
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In 1 ist
eine Akkumulator 100 bestehend aus zehn Akkumulatorsegmenten 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 dargestellt. Über
Schaltelemente 11, 12, 13 lassen sich
die Akkumulator- Segmente 1 bis 10 in virtuelle
Akkumulatoren aufteilen. Beispielsweise ist durch ein Schließen
des Schaltelements 11 eine Reihenschaltung aller zehn Akkumulatorensegmente 1 bis 10 realisierbar.
Damit bilden alle zehn Akkumulatorensegmente 1 bis 10 einen
virtuellen Akkumulator mit einer maximal möglichen Spannung,
unter der Vorraussetzung, dass andere elektrische Verbindungen durch
geöffnete Schaltelemente 12, 13 unterbrochen
sind. Ist Schaltelement 11 geöffnet und die Schaltelemente 12, 13 geschlossen,
so ist eine Parallelschaltung der Akkumulatorsegmente 1 bis 5 sowie
der Segmente 6 bis 10 erreicht und kann mittels Kontakten 14, 14', 15, 15' abgegriffen
werden.
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Selbstverständlich
kann vorgesehen sein, eine beliebige Anzahl von Schaltelementen
zur Bildung von virtuellen Akkumulatoren einzusetzen, und es ist
dabei offensichtlich, dass eine Anzahl eingesetzter Schaltelemente
nicht beschränkt werden muss. Auch ist es bedenkbar, an
den Kontakten 14, 14' und den Kontakten 15, 15' bei
geschlossenen Schaltelementen 12, 13 und offenem
Schaltelement 11 anstelle der beschriebenen Parallelschaltung
eine separate Anbindung an externe Stromkreise vorzusehen. Dabei
kann beispielsweise ein erster virtueller Akkumulator bestehend
aus dem Akkumulatorsegmenten 1 bis 5 über
eine entsprechende Kontaktierung an den Kontakten 14, 14' für
ein Aufnehmen einer zum Laden zur Verfügung stehenden Energiemenge
eingesetzt werden und gleichzeitig ein zweiter virtueller Akkumulator,
bestehend aus den Akkumulatorsegmenten 6 bis 10, über
die Kontakte 15, 15' für eine Abgabe
einer benötigten Energiemenge kontaktiert sein.
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Es
kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass eine Vielzahl
weiterer externer Kontaktiermöglichkeiten existieren, die
jedoch in 1 nicht gezeigt sind.
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2 zeigt
eine Auftragung 200 eines Ladezustands 20 eines
Akkumulatorsegments (nicht gezeigt) über einen zeitlichen
Verlauf. Dabei ist eine Zeitachse 21 und eine Ladezustand-Achse 22 dargestellt.
Ein Ladezustand 20 des Akkumulator- Segments ist dabei
in einem ersten Ladezustandsbereich 24, einem zweiten Ladezustandsbereich 26 und
einem dritten Ladungszustandsbereich 28 unterteilt. Der
erste Ladezustandsbereich 24 definiert dabei einen nahezu
voll aufgeladenen Zustandsbereich des Akkumulatorsegments, welche
durch einen Referenzwert Volladungskapazität 32,
und einen oberen Schwellwert 30 definiert ist. Befindet
sich der Ladezustand 20 des Akkumulators in dem ersten
Ladezustandsbereich 24 findet bei einer neu zur Verfügung stehenden
Energiemenge nach Möglichkeit kein weiteres Aufladen des
Akkumulatorsegments statt. Der zweite Ladezustandsbereich 26 ist
durch einen Referenzwert für einen unteren Schwellwert 34 und
eine Vollentladungskapazität 36 des Akkumulator-
Segments begrenzt. Befindet sich der Ladezustand 20 des
Akkumulator- Segments innerhalb des zweiten Ladezustandbereichs 26,
findet nach Möglichkeit kein weiteres Entladen des Akkumulator-
Segments statt. Der dritte Ladezustandsbereich 28 wird
definiert durch den oberen Schwellwert 30 und den unteren
Schwellwert 34.
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Beispielhaft
kann ein Ladezustand 20 eines Akkumulator- Segment, welches
sich in dem zweiten Ladezustandsbereich 26 befindet, bei
einer zur Verfügung stehenden Energiemenge einer ersten
Ladephase 40 geladen werden. Steht keine Energie zum Laden
mehr zur Verfügung, wird das Akkumulator- Segment nach
Möglichkeit nicht entladen, sondern in einer ersten Ruhephase 42 gehalten,
bis weitere Energie zum Laden in einer zweiten Ladephase 46 bereit
steht. Erreicht der Ladezustand 20 dabei den ersten Ladezustandsbereich 24 und
wird eine Energiemenge aus dem Segment benötigt, so kann
dies einer erste Entladephase 46 erfolgen. Ist die Energienachfrage
befriedigt, so befindet sich das Akkumulator- Segment in einer zweiten
Ruhephase 48, an die sich nach Möglichkeit keine
weitere Ladephase, sondern eine zweite Entladephase 50 anschließt,
so dass der Ladezustand 20 erst nach einem Wiedererreichen
des zweiten Ladezustandsbereichs 26 durch ein Laden erhöht
wird. Dadurch sollen insbesondere Memory-Effekte vermieden werden.
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Der
beschriebene Verlauf des Ladezustands 20 ist selbstverständlich
beispielhaft zu verstehen. Sollte in einer der Ruhephasen 42, 48 die
Notwendigkeit bestehen, Energie bereitzustellen und/oder Energie
aufzunehmen, so ist dies selbstverständlich möglich.
Auch ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von Ruhephasen stattfinden
kann.
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In 3 sind
zehn Akkumulatorsegmente 1', 2', 3', 4', 5', 6', 7', 8', 9', 10' eines
Akkumulators 100' mit einem skizziertem ersten Ladezustandsbereich 24',
einem zweiten Ladezustand 26' und einem dritten Ladezustandsbereich 28' dargestellt.
Jedes der Akkumulatorsegmente 1' bis 10' kann
sich in einem entladenen Zustand 60, einem geladenen Zustand 62 oder
einem von zwei möglichen Zuständen 64, 66 innerhalb
des dritten Ladezustandsbereich 28' befinden. Dabei wird
unterschieden, ob sich ein Akkumulatorsegment im Zustand einer Energieaufnahme 64 oder
einer Energieabgabe 66 befindet. Diese Unterscheidung wird
getroffen, um insbesondere Memory-Effekte zu minimieren. Zielsetzung
ist es immer, Akkumulator-Segmente bis zum Erreichen des ersten
Ladezustandsbereich 24 oder des zweiten Ladezustandsbereich 26 ausschließlich
zu laden und/oder zu entladen.
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Steht
nun eine Energiemenge zum Aufladen von Akkumulatoren- Segmenten
zur Verfügung, werden vorzugsweise die Akkumulatoren- Segmente 1', 7',
die sich in einem Zustand der Energieaufnahme 64 befinden,
geladen, bis sie den ersten Ladezustandsbereich 24' erreicht
haben. Steht weiterhin Energiemenge zur Verfügung, so werden
sie bevorzugt durch die sich im zweiten Ladezustandsbereich 26' befindenden
Akkumulator- Segmente 2', 5', 9' ersetzt.
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Sollte
weiterhin Energie zum Laden zur Verfügung stehen, wird
diese auf die verbleibenden Segmente 3', 4', 6', 7', 10' seriell
verteilt.
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Besteht
ein Bedarf an einer im Akkumulator gespeicherten Energiemenge, so
werden vorzugsweise erst virtuelle Akkumulatoren aus den sich im Zustand
der Energieabgabe 66 befindenden Akkumulator- Segmente 4', 6', 8' gebildet.
Ist die in diesem Akkumulator- Segmenten 4', 6', 8' gespeicherte
Energiemenge nicht ausreichend, werden die sich im geladenen Zustand 62 befindlichen
Akkumulator- Segmente 3', 10' zu dem bereits gebildeten
virtuellen Akkumulator hinzugenommen und/oder ein zweiter virtueller
Akkumulator wird für das Bereitstellen der benötigten
Energiemenge gebildet.
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Es
ist selbstverständlich auch möglich, die Akkumulatoren-
Segmente 1', 7' für eine Abgabe von Energie
einzusetzen, wobei dies bevorzugt vermieden wird bis sie den ersten
Ladezustandsbereich 24' erreicht haben. Entsprechend kann
bei einer zur Verfügung stehenden Energiemenge es auch
möglich sein, die Akkumulatoren- Segmente 4', 6', 8' die
für eine Energieabgabe 66 vorgesehen sind.
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Dabei
ist vorgesehen, dass einzelne Akkumulatorsegmente bei Bedarf auch
separat ausgetauscht werden können.
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In 4 ist
skizzenhaft ein Fahrzeug 300 dargestellt. Dieses umfasst
vier Räder 301, welche jeweils paarweise über
Achsen 302 verbunden sind. Eine erstes Achse 302 kann
dabei mit einem Motor 303 verbunden sein und eine zweite
Achse 302' mit einem Generator 304. Sowohl der
Motor 303 als auch der Generator 304 sind über
Leitungen 305 mit einem Akkumulator 306 verbunden.
Wird beispielsweise für einen Fahrbetrieb eine Energiemenge
für eine Drehmomenterzeugung durch den Motor 303 aus
dem Akkumulator 306 benötigt, kann diese Energiemenge von
einem ersten virtuellen Akkumulator 307 bereitgestellt
werden. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, dass eine beispielsweise
durch Bremsen bereitstehende Energiemenge für ein Aufladen
von zu einem zweiten virtuellen Akkumulator 308 verschalteten
Akkumulator- Segmenten eingesetzt wird.
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Es
ist dabei offensichtlich, dass auch eine Vielzahl von Motoren und/oder
Generatoren mit dem Akkumulator 307 verbindbar seien können
und auch eine Großzahl benötigter virtueller Akkumulatoren vorgesehen
sind.
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Die
in der voran stehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie
Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.
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- 1,
1', 2, 2', 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 6', 7, 7', 8, 8', 9, 9', 10,
10'
- Akkumulator-Segment
- 11,
11', 12, 12', 13, 13'
- Schalt-Element
- 14,
14', 15, 15'
- Kontakte
- 20
- Ladezustand
- 21
- Zeitachse
- 22
- Ladezustands-Achse (%)
- 24,
24'
- erster
Ladezustandsbereich
- 26,
26'
- zweiter
Ladezustandsbereich
- 28,
28'
- dritter
Ladezustandsbereich
- 30
- oberer
Schwellwert
- 32
- Vollladungskapazität
- 34
- unterer
Schwellwert
- 36
- Vollentladungskapazität
- 40
- erste
Ladephase
- 42
- erste
Ruhephase
- 44
- zweite
Ladephase
- 46
- erste
Entladephase
- 48
- zweite
Ruhephase
- 50
- zweite
Entladephase
- 60
- Entladen
- 62
- Geladen
- 64
- Energieaufnahme
- 66
- Energieabgabe
- 100,
100'
- Akkumulator
- 200
- Ladezustände
- 300
- Fahrzeug
- 301
- Rad
- 302,
302
- Achse
- 303
- Motor
- 304
- Generator
- 305
- Leitungen
- 306
- Akkumulator
- 307
- virtuelle
Achse
- 308
- virtueller
Akkumulator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006062584
A1 [0002]
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