DE102009020178A1 - System for storing energy - Google Patents

System for storing energy

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DE102009020178A1
DE102009020178A1 DE200910020178 DE102009020178A DE102009020178A1 DE 102009020178 A1 DE102009020178 A1 DE 102009020178A1 DE 200910020178 DE200910020178 DE 200910020178 DE 102009020178 A DE102009020178 A DE 102009020178A DE 102009020178 A1 DE102009020178 A1 DE 102009020178A1
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energy
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DE200910020178
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Lutz Elsholz
Nils Habedank
Adrian Kautsky
Axel Rudorff
Torsten Stichowski
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Continental Automotive GmbH
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Abstract

Es wird ein System (100) zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. Disclosed is a system (100) for storing electrical energy. Das beschriebene Energiespeichersystem (100) weist auf einen ersten Energiespeicher (110) mit einer ersten Steuereinheit (115) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers (110), einen zweiten Energiespeicher (120) mit einer zweiten Steuereinheit (125) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers (120), und übergeordnete Steuereinheit (150) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern (110, 120), welche den ersten Energiespeicher (110) und den zweiten Energiespeicher (120) umfasst. The energy storage system as described (100) includes a first energy storage device (110) having a first control unit (115) for controlling the operation and monitoring the state of the first energy storage device (110), a second energy storage device (120) with a second control unit (125) for controlling the operation and monitoring the state of the second energy storage device (120), and master control unit (150) for controlling the operation and monitoring the condition of a set of energy storage devices (110, 120) (the first energy storage (110) and the second energy storage 120). Es wird ferner ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen System (100) zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. It is further described, for storing electrical energy a motor vehicle with such a system (100). Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Energiespeichersystems (100) beschrieben. Moreover, a method for manufacturing such an energy storage system (100) will be described.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Speicherung von elektrischer Energie. The present invention relates to the technical field of storing electrical energy. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein System zum Speichern von elektrischer Energie, welches zumindest zwei Energiespeicher aufweist. The present invention particularly relates to a system for storing electrical energy, which comprises at least two energy storage. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen System zum Speichern von elektrischer Energie. The present invention further relates to a motor vehicle with such a system for storing electrical energy. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Energiespeichersystems. The present invention also relates to a method of manufacturing such a power storage system.
  • Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge bezeichnet man Fahrzeuge, die ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden. As hybrid or electric vehicles is known vehicles which are wholly or partially powered by electrical energy. Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge genannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Motor vehicles with hybrid drive, also called hybrid vehicles, have for example an internal combustion engine, an electric machine and one or more electrochemical energy storage. Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen bestehen allgemein aus einer Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einem Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einem elektrochemischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine für den Antrieb. Electric vehicles with fuel cells are generally comprised of a fuel cell for energy conversion, a tank for liquid or gaseous energy carrier, a electrochemical energy storage and an electric machine for driving.
  • Die elektrische Maschine eines Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. The electric machine of a hybrid vehicle is typically performed as a starter / generator and / or electric drive. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. As a starter / generator replaces the normally existing starter motor and the alternator. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, dh ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. In one embodiment, as an electric drive, an additional torque, ie, an acceleration torque, are contributed to the propulsion of the vehicle by the electric machine. Als Generator er möglicht sie beispielsweise beim Bremsen eine Rekuperation (Energie-Rückgewinnung) von Bewegungsenergie in elektrische Energie, die später wieder für den Antrieb genutzt werden kann. As a generator, he enables a recuperation (energy recovery) of kinetic energy into electrical energy, which can later be used again for driving, for example when braking.
  • Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt. For a pure electric vehicle, the driving power is provided solely by an electric machine. Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen. Two types of vehicles, and hybrid electric vehicle in common, that large amounts of electrical energy must be supplied and transferred.
  • Die Steuerung des Energieflusses bei einem Hybridfahrzeug erfolgt typischerweise mittels einer Elektronik, welche allgemein auch kurz als Hybrid-Controller bezeichnet wird. The control of the flow of energy in a hybrid vehicle is typically by means of an electronic system which is commonly also referred to briefly as a hybrid controller. Der Hybrid-Controller entscheidet unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll. The hybrid controller decides among other things, is to be whether and in what amount taken from the energy storage or energy supplied.
  • Die Energieentnahme aus einer Brennstoffzelle oder einem Energiespeicher dient allgemein zur Darstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. The energy removed from a fuel cell or an energy storage device is generally used for the display of driving power and to supply the vehicle electrical system. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Speichers bzw. zur Wandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie dh dem regenerativen Bremsen. The power supply is used for charging the memory and for converting kinetic energy into electrical energy that is, the regenerative braking.
  • Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann auch während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. The energy storage for hybrid applications can be recharged during vehicle operation. Die hierfür benötigte Energie stellt typischerweise der Verbrennungsmotor bereit. The energy required typically provides the internal combustion engine.
  • Je nach Anwendung eines elektrischen Energiespeichers beispielsweise für (a) Hybridfahrzeuge, (b) sog. Plug-in Hybride, die über eine stationäre Steckdose aufgeladen werden können, oder (c) Elektrofahrzeuge werden derzeit von elektrischen Energiespeichern Spitzenleistungen im Bereich zwischen 10 kW und 200 kW gefordert. so-called depending on the application of an electric energy storage device, for example, (a) hybrid vehicles, (b). Plug-in hybrid, which can be charged via a stationary socket, or (c) Electric vehicles are currently provided by electric energy storage peak powers in the range between 10 kW and 200 kW required. Die höheren Spitzenleistungen müssen dabei für den Betrieb von elektrifizierten Nutzfahrzeugen bereitgestellt werden. The higher peak powers having to be provided for the operation of electrified commercial vehicles.
  • Eine wichtige Anforderung, die von elektrischen Energiespeichern erfüllt werden sollte, besteht daher darin, ein Optimum des Produktes aus Spannung und Strom für eine geforderte Leistung zu finden. An important requirement that should be met by electric energy storage, therefore is to find an optimum of the product of voltage and current for a required performance. In diese Optimierungsbetrachtung gehen Material- und Kostenaspekte mit ein. In this optimization viewing material and cost aspects are included with. So hat sich beispielsweise herausgestellt, dass für ein vorgesehenes Anwendungsgebiet eine Systemauslegung sowohl auf sehr hohe Spannungen als auch sehr hohe Ströme bezogen auf eine einzelne Baugruppe kontraproduktiv wirkt. Thus, for example, pointed out that a system design based on both high voltages and high currents to a single assembly is counterproductive for an intended application.
  • Typische Maximalspannungen für einen elektrischen Energiespeicher, der im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden soll, liegen zwischen 100 V und 450 V. Die resultierenden Ströme können im Pulsbetrieb bis zu 400 A erreichen. Typical maximum voltage for an electrical energy store, which is to be used in the field of automotive technology, are between 100 V and 450 V. The resulting streams can reach in pulse operation up to 400 A. Spannungen und Ströme über den genannten Werten führen üblicher Weise zu einem deutlich gesteigerten Aufwand beim Design von elektrischen Energiespeichersystemen in Hinblick auf (a) die Verfügbarkeit von einzelnen Systemkomponenten, (b) das mechanische Design und (c) die elektrische Sicherheit. Voltages and currents via said values ​​perform the usual way to a significant increase in expense in the design of electrical energy storage systems in terms of (a) the availability of individual system components, (b) the mechanical design, and (c) electrical safety.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die vorrichtungsbezogene Aufgabe zugrunde, ein System zum Speichern von elektrischer Energie zu schaffen, welches auf einfache Weise an die jeweiligen elektrischen Anforderungen angepasst werden kann. The present invention is the device-related object to provide a system for storing electrical energy, which can be adapted to the specific electrical requirements in a simple manner. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die verfahrensbezogene Aufgabe zugrunde, ein sicheres Herstellungsverfahren für das System zum Speichern von elektrischer Energie anzugeben. The present invention is also the process-related object of the invention to provide a safe production process for the system for storing electrical energy.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. These objects are achieved by the subject matters of the independent claims. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. According to a first aspect of the invention, a system for storing electrical energy is described. Das beschriebene Energiespeichersystem weist auf (a) einen ersten Energiespeicher mit einer ersten Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers, (b) einen zweiten Energiespeicher mit einer zweiten Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers, und (c) eine übergeordnete Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern, welche den ersten Energiespeicher und den zweiten Energiespeicher umfasst. The energy storage system described has (a) a first energy storage device having a first control unit for controlling the operation and monitoring the state of the first energy storage device, (b) a second energy storage device with a second control unit for controlling the operation and monitoring the state of the second energy store, and (c) a higher-level control unit for controlling the operation and monitoring the condition of a set of energy storage devices, comprising the first energy store and the second energy store.
  • Dem beschriebenen Energiespeichersystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mehrere Energiespeicher, welche mit ihrer Steuereinheit jeweils eine eigene ”Intelligenz” aufweisen, mittels der übergeordneten Steuereinheit zu einem Gesamtsystem zusammengeschaltet werden können. The energy storage system described is based on the finding that a plurality of energy storage, with each having their own control unit "intelligence" can be connected together to form an overall system by means of the superordinate control unit. Die durch die jeweilige Steuereinheit bereitgestellte individuelle ”Intelligenz” der einzelnen Energiespeicher kann auch dafür ausgenutzt werden, dass der jeweilige Energiespeicher auch alleine zum Speichern und/oder zum Abgeben von elektrischer Energie betrieben werden könnte. The provided by the respective control unit individual "intelligence" of the individual energy storage can also be utilized for the respective energy storage could be operated alone for storing and / or for delivering electrical energy. Erfindungsgemäß sind jedoch die zumindest zwei Energiespeicher derart zusammengeschaltet, dass das Energiespeichersystem nach außen hin als ein Energiespeichersystem mit einer entsprechend hohen Leistung erscheint. However, the at least two energy storage according to the invention are connected together such that the energy storage system appears as an energy storage system with a correspondingly high power to the outside. Dabei können bevorzugt alle Funktionalitäten, welche die individuellen Steuereinheiten für die einzelnen Energiespeicher bereitstellen, von der übergeordneten Steuereinheit in entsprechender Weise für das Gesamtsystem bereitgestellt werden. Here may preferably all functionalities that provide the individual control units for the individual energy stores, are provided by the superordinate control unit in a corresponding manner for the entire system.
  • Bei dem beschriebenen Energiespeichersystem können die einzelnen Energiespeicher, welche jeweils eine individuelle Steuereinheit aufweisen, als Module bzw. modulare Komponenten aufgefasst werden. In the described energy storage system, the individual energy stores, each having an individual control unit, to be construed as modules or modular components. Die Aufgaben zum Management des gesamten Energiespeichersystems können dabei auf die übergeordnete Steuereinheit und auf die erste und die zweite Steuereinheit verteilt werden. The tasks for the management of the entire energy storage system can rely on the higher-level control unit and to the first and second control units are distributed.
  • Abhängig von der gewünschten Gesamtleistung kann im Prinzip eine beliebige Anzahl derartiger Energiespeichermodule zu dem beschriebenen Energiespeichersystem zusammen geschaltet werden. Depending any number of such energy storage modules are connected to the process described energy storage system together in principle on the desired overall performance. Durch den beschrieben modularen Aufbau kann das Energiespeichersystem für eine Vielzahl von verschiedenen Leistungsklassen optimal ausgelegt werden. Due to the modular design described the energy storage system for a variety of different performance classes can be optimally designed. Durch den modularen Aufbau kann das beschriebene Energiespeichersystem besonders leistungsstark ausgelegt werden und zudem in der Handhabung sehr sicher sein. The modular design of the energy storage system described can be designed extremely efficient and also be very safe to handle.
  • Der modulare Aufbau des Gesamtspeichersystems ermöglicht große Freiheitsgrade in der Gesamtgestaltung eines Kraftfahrzeugs, welches zumindest teilweise von einem elektrischen Antrieb angetrieben wird. The modular structure of the entire memory system allows great freedom in the overall design of a motor vehicle which is at least partially driven by an electric drive. Das Gesamtspeichersystem kann nämlich auf mehrere elektrisch miteinander verbundene Teilsystems verteilt werden, welche häufig einfacher im Fahrzeug platziert werden können. The overall storage system can in fact be distributed across a plurality of electrically interconnected subsystem, which can be placed in the vehicle often easier. Wie bereits angedeutet, kann des Weiteren durch die Verschaltung von mehreren vergleichsweise kleinen Energiespeichern das Handling im Vergleich zu einem einzelnen deutlich größeren Energiespeicher erleichtert werden. As already indicated, further by the interconnection of several relatively small energy storage can be facilitated handling in comparison to a single much larger energy storage.
  • Auch in der Herstellung des Gesamtspeichersystems lassen sich Vorteile erzielen. Also in the production of the entire memory system, advantages can be achieved. So ist es aufgrund des modularen Aufbaus möglich, verschiedene Leistungsklassen von Energiespeichern auf einer Fertigungslinie zu produzieren. It is possible due to the modular design, produce various power classes of energy storage on a production line.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument der Begriff ”Steuern” sehr weit auszulegen ist. It should be noted that in this document, the term "control" is very wide interpretation. Der Begriff Steuern kann dabei insbesondere ein rückkopplungsfreies Steuern oder ein rückkopplungsbehaftetes Regeln umfassen. The term taxes can comprise in particular a feedback-free taxes or a feedback-prone rules. Im Falle einer rückkopplungsbehafteten Regelung ist selbstverständlich noch zumindest ein geeigneter Sensor erforderlich, welcher den aktuellen Betriebszustand der Energiespeichermodule und/oder des beschriebenen gesamten Energiespeichersystems erfasst. In case of a feedback control afflicted at least one suitable sensor is of course necessary nor that detects the current operating status of the energy storage modules and / or the entire energy storage system described. Dabei kann der Sensor ein beliebiger Sensor sein, welche eine physikalische und/oder eine chemische Messgröße erfasst. The sensor can be any sensor that detects a physical and / or chemical measurand. Die physikalische Messgröße kann beispielsweise die/der von den einzelnen Energiespeichermodulen oder dem gesamten Energiespeichersystem bereit gestellte elektrische Spannung bzw. Strom sein. The physical measured quantity may be, for example, / the one provided by the individual energy storage modules or the entire energy storage system electrical voltage or current. Ferner kann beispielsweise die Temperatur der Umgebung und/oder der einzelnen Energiespeicher eine wichtige Messgröße sein, welche bei einer Regelung der Energiespeichermodule und/oder des gesamten Energiespeichersystems berücksichtigt wird. Furthermore, the temperature of the environment and / or the individual energy storage may be an important variable for example, which is included in a regulation of the energy storage modules and / or all of the energy storage system. Eine chemische Messgröße kann beispielsweise der aktuelle chemische Zustand zumindest einer elektrochemischen Energiespeicherzelle sein, welche zur Speicherung von elektrischer Energie in dem ersten Energiespeicher und/oder dem zweiten Energiespeicher verwendet wird. A chemical measurand may be at least one electrochemical energy storage cell, for example, the current state chemical, which is used for storage of electrical energy in the first energy storage and / or the second energy store.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eine in Bezug auf die beiden Energiespeicher externe Steuereinheit, welche mit der ersten Steuereinheit und mit der zweiten Steuereinheit gekoppelt ist. According to an embodiment of the invention, the superordinate control unit is an external in respect to the two energy storage control unit which is coupled to the first control unit and the second control unit. Dies bedeutet dass das beschriebene Energiespeichersystem hierarchisch aufgebaut ist. This means that the energy storage system described is hierarchical. Die übergeordnete Steuereinheit kann demzufolge auch als zentrale Steuereinheit bezeichnet werden. The master control unit can therefore be referred to as a central control unit.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass von der zentralen Steuereinheit auch mehr als zwei Energiespeicher gesteuert werden können. It should be noted that from the central control unit, more than two energy storage units can be controlled. Die einzelnen Energiespeicher können zueinander in Serie und/oder parallel geschaltet sein. The individual energy storage can be each other in series and / or parallel.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit mittels einer Master-Steuereinheit realisiert, wobei die Master-Steuereinheit dem ersten Energiespeicher zugeordnet ist. According to a further embodiment of the invention, the first control unit and the master control unit are realized by means of a master control unit, wherein the master control unit is associated with the first energy store. Dies bedeutet, dass das beschriebene Energiespeichersystem nach dem Prinzip eines Master-Slave Systems aufgebaut ist, wobei der zweite Energiespeicher und ggf. weitere Energiespeicher dem ersten Energiespeicher untergeordnet ist. This means that the energy storage system described is based on the principle of a master-slave system, wherein the second energy storage and any further energy storage is subordinate to the first energy storage.
  • Im Vergleich zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer zentralen Steuereinheit, welche zwar mit beiden Energiespeichern gekoppelt jedoch keinem Energiespeicher explizit zugeordnet ist, kann mit einem Master-Slave System eine Steuereinheit eingespart werden. In comparison to the above-described embodiment with a central control unit which, however, no energy storage is explicitly assigned Although coupled to two energy stores, a control unit can be saved with a master-slave system. Dies bedeutet, dass ein Energiespeichersystem mit n Teilsystemen genau eine Master-Steuereinheit bzw. einen MasterController und n – 1 Slave Steuereinheiten benötigt. This means that an energy storage system with n sub-systems exactly a master control unit or a master controller, and n - 1 slave requires control units.
  • Das hier vorgestellte Prinzip erfordert somit auf vorteilhafte Weise für jedes Teilsystem bzw. jeden Energiespeicher lediglich nur eine Steuereinheit bzw. Controller. The principle presented here thus requires in an advantageous manner for each subsystem or each energy storage only only one control unit or controller. Weitere Steuereinheiten bzw. Controller sind nicht notwendig. Further control units or controllers are not necessary. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand für Hardware und Software sowie die Kosten für die Hardware. This reduces the development costs for hardware and software and the cost of the hardware. Bei der Realisierung eines Master-Slave Energiespeichersystems kann es vorteilhaft sein, wenn möglichst viele Funktionen auf dem Master-Controller realisiert sind. When implementing a master-slave power storage system, it may be advantageous if as many functions are implemented in the master controller. Hierdurch kann der Slave-Controller vereinfacht werden. Hereby, the slave controller can be simplified. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Energiespeichersystem mehrere zweite Energiespeicher mit jeweils einem einfachen und damit auch preiswerten Slave-Controller aufweist. This is particularly advantageous if the energy storage system comprises a plurality of second energy storage, each with a simple and therefore inexpensive slave controller. Ferner können sich weitere Kostenvorteile durch die Einsparung eines Gehäuses für eine externe bzw. zentrale Steuereinheit und dem daraus resultierenden geringeren Aufwand für eine Verdrahtung bzw. eine Verschaltung ergeben. In addition, further cost advantages due to the saving of a housing for an external or central control unit and the resulting lower cost for a wiring or a wiring can occur.
  • Im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführungsform mit einer zentralen Steuereinheit ist der apparative Aufwand bei dem an dieser Stelle beschriebenen Master-Slave Energiespeichersystem reduziert. In comparison to the above described embodiment with a central control unit of the equipment expense is reduced in the described at this point the master-slave power storage system. Dies gilt sowohl für den Aufwand für Hardware als auch für den Aufwand für eine geeignete Software. This applies both to the cost of hardware and the cost of a suitable software. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass weniger potentielle Fehlerquellen innerhalb des Gesamtsystems vorhanden sind. Another advantage may be that fewer potential errors within the system are available. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des gesamten Energiespeichersystems. This increases the reliability of the entire energy storage system.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher parallel und/oder in Serie zueinander angeordnet. According to a further embodiment of the invention, the first energy store and the second energy store are connected in parallel and / or arranged in series to each other. Im Falle einer Serienschaltung kann dabei vorwiegend eine hohe Ausgangsspannung des beschriebenen Energiespeichersystems realisiert werden. In the case of a series circuit while a high output voltage of the power storage system described can be realized mainly. Im Falle einer Parallelschaltung kann vorwiegend eine hohe Stromstärke von dem Energiespeichersystem bereitgestellt werden. In the case of a parallel circuit of a high current can be provided by the energy storage system predominantly.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Energiespeicher (a) ein elektrochemischer Energiespeicher, (b) ein elektrostatischer Energiespeicher und/oder (c) eine Brennstoffzelle. According to a further embodiment of the invention, the first and / or second energy store (a) an electrochemical energy storage, (b) an electrostatic energy storage and / or (c) a fuel cell. Der elektrochemische Energiespeicher kann ein beliebiger Akku wie beispielsweise eine Nickel-Metallhydrid-Zelle oder ein Lithium- Ionen-Energiespeicher sein. The electrochemical energy storage device can be any battery such as a nickel-metal hydride cell or lithium ion energy storage. Der elektrostatische Energiespeicher kann beispielsweise ein Doppelschichtkondensator sein. The electrostatic energy storage can be for example a double layer capacitor.
  • Ein Lithium-Ionen-Energiespeicher kann mehrere Einzelzellen aufweisen, die seriell und/oder parallel verschaltet werden. A lithium-ion energy storage may comprise a plurality of individual cells in series and / or parallel connected. Die Anzahl und die Verschaltung der Einzelzellen kann abhängig von der Spannung und/oder von dem Strom gewählt werden, wobei die Spannung und/oder der Strom von dem Lithium-Ionen-Energiespeicher bereitgestellt werden soll. The number and the interconnection of the individual cells can be selected depending on the voltage and / or of the current, the voltage and / or current to be supplied from the lithium-ion energy storage. So fordern unterschiedliche Applikationen wie beispielsweise Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder Anwendungen im Nutzfahrzeugbereich Spitzenleistungen zwischen 10 und 200 kW. Such diverse applications such as hybrid vehicles, electric vehicles or applications in commercial vehicles demand top performance from 10 to 200 kW. Typische Spannungen liegen im Bereich zwischen 100 und 500 V. Im Nutzfahrzeugbereich sind Spannungen von bis zu 900 V zu erwarten. Typical voltages are in the range between 100 and 500 V. In the commercial vehicle range of voltages up to 900 V are to be expected. Die Stromstärke kann in einem Pulsbetrieb Spitzenwerte bis zu 400 A erreichen. The current can reach peak values ​​of up to 400 A in a pulsed mode.
  • Im Vergleich zu anderen Kondensatoren weisen Doppelschicht-Kondensatoren, welche den beteiligten Fachkreisen auch unter den Begriffen bzw. Markennamen Goldcaps, Supercaps, Boostcaps oder Ultracaps geläufig sind, eine deutlich größere Kapazität auf. Compared to other capacitors have double-layer capacitors, which are well known to experts involved under the terms and brand names Gold Caps, Super Caps, boostcaps or ultracapacitors, a significantly larger capacity. Die hohe Kapazität dieser Kondensatoren und damit die Möglichkeit der effektiven elektrostatischen Energiespeicherung beruht auf (a) einer großen Elektrodenfläche und (b) der Dissoziation von Ionen in einem flüssigen Elektrolyt, welches typischerweise ein Dielektrikum mit einer Dicke von nur wenigen Atomlagen bildet. The high capacity of these capacitors and hence the possibility of effective electrostatic energy storage is based on (a) a large electrode area and (b) the dissociation of ions in a liquid electrolyte, which typically forms a dielectric having a thickness of only a few atomic layers.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist zumindest einer der beiden Energiespeicher ein Schaltelement zum Zuschalten und/oder zum Abschalten des einen der beiden Energiespeicher zu dem System auf. According to a further embodiment of the invention, at least one of the two energy storage on a switching element for connecting and / or for switching off the one of the two energy storage to the system. Die Verwendung von zumindest einem Schaltelement für den betreffenden Energiespeicher hat den Vorteil, dass dieser dynamisch zu dem Gesamtenergie speichersystem zugeschaltet und von dem restlichen Gesamtenergiespeichersystem herausgenommen werden kann. The use of at least one switching element for the respective energy storage device has the advantage that it can be dynamically switched memory system to the total energy and removed from the remainder of the total energy storage system. Der Schaltzustand des Schalelements kann dabei von der betreffenden individuellen Steuereinheit und/oder von der übergeordneten Steuereinheit gesteuert werden. The switching state of the switching element can be controlled by the respective individual control unit and / or from the master control unit. Selbstverständlich muss im Falle einer Serienschaltung die Stelle, an der ein Energiespeicher herausgenommen wird, durch eine geeignete elektrische Verbindung überbrückt werde. Of course, must be in the case of a series circuit, the point at which an energy storage is taken out, will bridged by a suitable electrical connection.
  • Das Zuschalten und/oder das Abtrennen von Energiespeicher(n) kann nicht nur im laufenden Betrieb des Energiespeichersystems durchgeführt werden. The switching and / or separating energy storage device (s) can not be carried out during operation of the power storage system. Das Zuschalten und/oder das Abtrennen kann auch erfolgen um für eine betreffende Bedienperson gefahrlos eine oder mehrere Energiespeicher gegen einen oder gegen mehrere neue Energiespeicher auszutauschen, um einen oder mehrere Energiespeicher dauerhaft von dem System zu entfernen und so die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu reduzieren oder um einen oder mehrere Energiespeicher dauerhaft dem System hinzuzufügen und somit die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. The switching and / or the separation can also be performed to exchange a concerned operator safely one or more energy storage against one or against several new energy storage to permanently remove one or more energy storage from the system, thus reducing the efficiency of the overall system or add one or more energy storage permanently the system, thus increasing the efficiency of the overall system.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, eine von dem System bereitgestellte Spannung und/oder einen von dem System bereitgestellten Strom zu messen. According to a further embodiment of the invention, the master control unit is adapted to measure a provided by the system voltage and / or current provided by the system. Die übergeordnete Steuereinheit kann somit durch eine einfach durchzuführende Messung den Betriebszustand des zumindest zwei Energiespeichermodule aufweisenden gesamten Energiespeichersystems erfassen. The master control unit may detect the operating state of the at least two energy storage modules having total energy storage system thus be performed by a simple measurement.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass möglicher Weise auch eine der beiden individuellen Steuereinheiten jeweils die Spannung und/oder den Strom erfassen kann, welche bzw. welcher von dem jeweiligen Energiespeicher bereit gestellt wird. In this connection it is noted that possibly can detect the voltage and / or current and one of the two individual control units in each case, which respectively which is provided by the respective energy storage device. Die erfasste individuelle Spannung bzw. der er fasste individuelle Strom kann dann bei der Steuerung des jeweiligen einzelnen Energiespeichers berücksichtigt werden. The detected voltage or the individual he summarized individual stream can then be taken into account in the control of the respective individual energy store.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, eine Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten durchzuführen, welche unterschiedlichen Spannungsnetzen zugeordnet sind. According to a further embodiment of the invention, the master control unit is arranged to perform an insulation control between various components which different voltage networks are assigned.
  • Die Komponenten können dabei dem beschriebenen System bzw. Energiespeichersystem oder einer technischen Vorrichtung zugeordnet sein, welche mit dem Energiespeichersystem gekoppelt ist. The components can be associated with the system described or energy storage system or a technical device, which is coupled to the energy storage system. Die technische Vorrichtung kann beispielsweise ein Fahrzeug sein, welches zumindest teilweise von dem Energiespeichersystem mit elektrischer Energie versorgt wird. The technical device may be, for example, a vehicle which is at least partially supplied by the energy storage system with electrical energy.
  • Die Isolationsüberwachung kann beispielsweise zwischen dem Netz des Energiespeichersystems, welches typischerweise ein Hochspannungsnetz mit einer Spannung von beispielsweise bis zu 1000 V ist, und dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges sein, welches beispielsweise ein Spannungsniveau von 12 V oder 24 V aufweist. The insulation monitoring can be, for example between the power of the energy storage system, which is typically a high-voltage network with a voltage of for example up to 1000 V, and the on-board network of a motor vehicle, having, for example, a voltage level of 12 V or 24 V. Ferner kann die Isolationsüberwachung auch zwischen beliebigen Spannungsnetzen und einem Massepotential durchgeführt werden, welches typischerweise an einem Chassis des Kraftfahrzeugs anliegt. Further, the insulation monitoring can also be performed between arbitrary voltage networks, and a ground potential, which is typically applied to a chassis of the motor vehicle.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zentrale Steuereinheit eingerichtet, einen Ladungszustand und/oder die Leistungsfähigkeit der Gesamtheit von Energiespeichern zu bestimmen. According to a further embodiment of the invention, the central control unit is arranged to determine a state of charge and / or the performance of the whole energy saving.
  • Anhand des Ladungszustandes, welcher auch als ”State of Charge” (SOC) bezeichnet wird, kann beispielsweise entschieden werden, ob es sinnvoll ist, die einzelnen Energiespeicher weiter aufzuladen. Based on the charge state, which is also called the "State of Charge" (SOC), it can be decided, for example, whether it makes sense to continue to charge the individual energy storage. Die Leistungsfähigkeit, welche auch als ”State of Function” (SOF) bezeichnet wird, kann dabei ein Maß dafür sein, welche elektrische Energie unter den gegebenen Bedingungen, beispielsweise der Temperatur, von dem Energiespeichersystem bereit gestellt werden kann bzw. bereitgestellt werden könnte. The performance, which is also called the "State of Function" (SOF), there may be a measure of how much electrical energy under the given conditions, such as temperature, can be provided from the energy storage system or could be provided.
  • Der SOC und/oder die SOF können basierend auf Informationen ermittelt werden, welche von den einzelnen individuellen Steuereinheiten der übergeordneten Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. The SOC and / or the SOF can be determined based on information that is provided by each individual control units of the higher-order control unit. In diesem Sinn kann durch die übergeordnete Steuereinheit eine Aufbereitung der individuellen Werte für den SOC und/oder die SOF vorgenommen werden, welche von den individuellen Steuereinheiten zur Verfügung gestellt werden. In this sense, a treatment of the individual values ​​for the SOC and / or the SOF can be carried out by the superordinate control unit which are provided by the individual control units.
  • Die Ermittlung des SOC- und/oder des SOF Wertes kann beispielsweise auf einfache Weise dadurch erfolgen, das jeweils der schlechtere bzw. der kritischere der beiden Werte als Gesamtwert verwendet wird, welche beiden Werte für den SOC oder für die SOF von den beiden individuellen Steuereinheiten an die übergeordnete Steuereinheit gemeldet werden. The determination of the SOC and / or the SOF value can for example take place in a simple manner, each of the lower or of the more critical of the two values ​​is used as a total value, which two values ​​for the SOC or the SOF of the two individual control units be reported to the master control unit. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es ebenso möglich ist, dass die übergeordnete Steuereinheit den SOC und/oder die SOF anhand von eigenen Messungen ermittelt. However, it is noted that it is also possible that the master control unit determines the SOC and / or the SOF based on our own measurements.
  • Die übergeordnete Steuereinheit kann auch einen sog. zyklischen Wake-Up der zumindest zwei Einzelenergiespeicher initiieren, bei dem die jeweilige individuelle Steuereinheit zu vorbestimmten Zeiten die individuellen Werte für den SOC und/oder die SOF ermitteln und dann an die zentrale Steuereinheit melden. The master control unit may also initiate a so-called. Cyclical wake-up of at least two separate energy storage device, wherein at predetermined times to determine the respective individual control unit, the individual values ​​for the SOC and / or the SOF and then report it to the central control unit. Die für den zyklischen Wake-Up erforderliche Stromversorgung kann dabei von der übergeordneten Steuereinheit bereitgestellt werden. The time required for the cyclic wake-up schemes can then be provided by the master control unit.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, einen Ausgleich zwischen beiden Energiespeichern zu steuern. According to a further embodiment of the invention, the master control unit is adapted to control a balance between the two energy storage devices. Der Ausgleich kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass innerhalb eines Energiespeichers durch gezielte Ladung und/oder Entladung bestimmter Einzelzellen eine homogene bzw. gleichmäßige Ladungsverteilung zwischen den Einzelzellen erreicht wird. The compensation can be realized, for example, that within an energy storage device through specific charge and / or discharge of certain individual cells a homogeneous or uniform charge distribution between the individual cells is achieved. In einem nachfolgenden Schritt können dann die beiden Energiespeicher hinsichtlich ihres Ladungszustandes aneinander angeglichen werden. In a subsequent step, the two energy storage can then be matched to one another in terms of their charge state.
  • Der Ausgleich kann ferner ein Ausgleich des Ladungszustandes sein. Compensation may also be a balancing state of charge. Ein ungleicher Ladungszustand kann beispielsweise durch eine gezielte Teilentladung eines Energiespeichers realisiert werden. An unequal charge state can be realized for example by a targeted partial discharge of an energy storage.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die übergeordnete Steuereinheit einen Spannungswandler auf. According to a further embodiment of the invention, the master control unit to a voltage converter. Der Spannungswandler kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass eine Bordnetzspannung eines Fahrzeugs, welches mit dem beschriebenen Energiespeichersystem ausgestattet ist, in eine Spannung umgewandelt wird, welche einer Versorgung der individuellen Steuereinheiten dient. The voltage converter can be used for example to the fact that a board voltage of a vehicle which is equipped with the described energy storage system, is converted into a voltage, which serves a power supply of the individual control units. So kann beispielsweise eine Versorgungsspannung in Höhe von 12 V für die individuellen Steuereinheiten erzeugt werden, indem eine Bordnetzspannung in Höhe von 24 V, wie sie beispielsweise für Lastkraftfahrzeuge verwendet wird, in bekannter Weise reduziert wird. As a supply voltage equivalent to 12 V can be generated for the individual control units, for example, by a vehicle electrical system voltage in the amount of 24 V as it is used for example for trucks, is reduced in a known manner.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass eine Spannungswandlung auch eine Spannungserhöhung umfassen kann. It should be noted that a voltage conversion may also include a voltage increase. Dies kann dann erforderlich sein, wenn die Bordnetzspannung eines Fahrzeugs kleiner ist als die Versorgungsspannung, welche für den Betrieb der individuellen Steuereinheiten verwendet wird. This may be necessary if the board voltage of a vehicle is smaller than the supply voltage, which is used for the operation of the individual control units.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass eine Spannungswandlung auch zum Zwecke einer geeigneten Versorgung für andere Komponenten des beschriebenen Energiespeichersystems vorgenommen werden kann. It should also be noted that a voltage conversion can also be performed for the purpose of a suitable supply for other components of the energy storage system described. Außerdem ist auch möglich, dass von der übergeordneten Steuereinheit durch geeignete Spannungswandlungen mehrere Spannungspegel zum Versorgen von unterschiedlichen Komponenten des beschriebenen Energiespeichersystems bereit gestellt werden. Moreover, is also possible that a plurality of voltage levels are provided for supplying the various components of the power storage system described by the superordinate control unit by suitable voltage changes.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eine Schnittstelle zu einem Kraftfahrzeug. According to a further embodiment of the invention, the superordinate control unit is an interface to a motor vehicle.
  • Die übergeordnete Steuereinheit kann als übergeordnete Einheit die Schnittstelle von dem Fahrzeug zu den Subkomponenten des Energiespeichersystems bilden. The master control unit may form as a master device, the interface from the vehicle to the subcomponents of the power storage system. Dadurch erscheinen die verschalteten Subkomponenten in dem Fahrzeug als ein großer Energiespeicher. Thus, the interconnected sub-components appear in the vehicle as a large energy storage. Durch diese Modularität können besonders leistungsstarke und in der Handhabung bzw. dem Handling sichere Energiespeichersysteme gebaut werden. Through this modularity particularly powerful and safe to use and the handling of energy storage systems can be built.
  • Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. The motor vehicle may be, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. Die Schnittstelle kann beispielsweise ein Kommunikations-Gateway sein, über welches das beschriebene Energiespeichersystem an ein Bussystem des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. The interface may be for example a communication gateway, via which the energy storage system described is connected to a bus system of the motor vehicle. Das Bussystem des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Controller Area Network(CAN)-Bus, ein Local Interconnect Network(LIN)-Bus, ein Media Oriented Systems Transport(MOST)-Bus und/oder eine FlexRay Bus sein. The bus system of the motor vehicle can (CAN) bus, an example be a Controller Area Network Local Interconnect Network (LIN) bus, a Media Oriented Systems Transport (MOST) bus and / or a FlexRay bus. Dies hat den Vorteil, dass die Schnittstelle eingerichtet ist mit üblichen in der Automobiltechnik verwendeten Bussystemen zu kommunizieren. This has the advantage that the interface is configured to communicate with usual in automotive technology used bus systems.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Energiespeichersystem auch außerhalb der Automobiltechnik eingesetzt werden kann. It should be noted that the energy storage system described can also be used outside of automotive technology. Auch eine Anwendung zum Zwecke einer dezentralen Energieversorgung im stationären Bereich, beispielsweise in der Gebäudetechnik ist denkbar. Also, an application for the purpose of decentralized energy supply in stationary applications, for example in the building is possible. Ebenso kann das beschriebene Energiespeichersystem auch zur Pufferung von Lastspitzen verwendet werden. Likewise, the energy storage system described can also be used to buffer load peaks. Dies gilt insbesondere bei einer dezentralen Stromversorgung wie beispielsweise bei sog. Windkraftparks mit einer Mehrzahl von Windturbinen, die zur Vermeidung einer Windabschattung in ausreichendem Abstand zueinander angeordnet sind. This applies particularly to a distributed power supply such as in so-called. Wind power park with a plurality of wind turbines, which are arranged to avoid Windabschattung at a sufficient distance from each other.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches ein Energiespeichersystem des oben genannten Typs aufweist. According to a further aspect of the invention, a motor vehicle is described, comprising an energy storage system of the above type.
  • Dem beschriebenen Kraftfahrzeug liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das oben genannte System zu Speichen von elektrischer Energie zur Energieversorgung im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik verwendet werden kann. The vehicle described is based on the finding that the above system can be used to spokes of electrical energy for the energy supply in the field of automotive technology. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. The motor vehicle may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. Im Falle eines reinen Elektrofahrzeugs weist das Kraftfahrzeug lediglich einen Elektromotor auf, welcher von dem Energiespeichersystem mit Energie versorgt wird. In the case of a pure electric vehicle only, the motor vehicle has an electric motor which is supplied from the energy storage system with energy. Das Energiespeichersystem kann optional auch während des Betriebs des Elektrofahrzeugs aufgeladen werden, in dem beispielsweise die bei einem Bremsvorgang freiwerdende Bewegungsenergie mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt und in das Energiespeichersystem eingespeist wird. The energy storage system can optionally be charged even during the operation of the electric vehicle, in which for example the released during a braking operation, kinetic energy is converted by a generator into electrical energy and fed into the energy storage system.
  • Sollte es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug handeln, dann weist das Kraftfahrzeug neben einen Elektromotor auch noch einen Verbrennungsmotor auf. Should it be in the car to a hybrid vehicle, then, the motor vehicle in addition to an electric motor also on an internal combustion engine. Auch hier kann während des Betriebs ggf. elektrische Energie in den Energiespeicher eingespeist werden. Here, too, electric power can be fed into the energy storage during the operation if necessary.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher derart in dem Kraftfahrzeug verteilt, dass das Kraftfahrzeug eine zumindest annähernd gleichmäßige Gewichtsverteilung aufweist. According to one embodiment of the invention, the first energy store and the second energy store are distributed in such a way in the vehicle that the motor vehicle has an at least approximately even weight distribution. Dies hat den Vorteil, dass die Fahreigenschaften und/oder das Bremsverhalten auch dann nicht nachteilig beeinflusst wird/werden, wenn die einzelnen Energiespeicher ein großes Gewicht aufweisen. This has the advantage that the handling and / or the braking performance is also not adversely affect / be when the individual energy storage have a great weight.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Systems des oben beschriebenen Typs beschrieben. According to a further aspect of the invention, a method for manufacturing a system of the type described above will be described. Das Verfahren weist auf (a) ein Platzieren des ersten Energiespeichers an einer vorbestimmten ersten Stelle, (b) ein Platzieren des zweiten Energiespeichers an einer vorbestimmten zweiten Stelle, und (c) ein Verbinden des ersten Energiespeichers mit dem zweiten Energiespeicher. The method comprises (a) placing the first energy store at a predetermined first location, (b) placing the second energy storage device at a predetermined second location, and (c) connecting the first energy store and the second energy store.
  • Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Montage des Energiespeichersystems, welches ein Hochspannungssystem darstellen kann, zunächst die einzelnen Subkomponenten des Systems platziert und an einer jeweils geeigneten Stelle befestigt werden können. The method described is based on the recognition that during assembly of the energy storage system which may be a high voltage system, first places the individual subcomponents of the system and can be attached to a suitable place in each case. Erst nachdem Vollenden der Subkomponentenmontage werden diese dann untereinander verbunden und zu dem beschriebenen Gesamtsystem verschalten. Only after completing the Subkomponentenmontage these are then connected to each other and connect to the described overall system. Dadurch kann auch bei einem vergleichsweise geringen Sicherheitsaufwand eine Gefährdung einer Person bei der Montage zumindest erheblich reduziert werden. Thereby, a risk of a person during assembly can be at least considerably reduced even at a relatively low security overhead.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass durch die Trennung von mechanischer und elektrischer Montage auch Wartungs- und/oder Reparaturaufgaben einfach und zugleich sicher durchgeführt werden können. It is noted, that can be performed easily and at the same time safely through the separation of the mechanical and electrical installation and maintenance and / or repair tasks. Dabei können beispielsweise nach einem Abschalten des Hochspannungssystems einzelne Subkomponenten ohne größeren Aufwand gegen andere Subkomponenten ausgetauscht werden. Here, individual sub-components can be replaced without major effort against other subcomponents, for example, after switching off the high voltage system. Nach einem Koppeln der neuen Subkomponenten mit der zentralen Steuereinheit können diese dann von der übergeordneten Steuereinheit erkannt und registriert werden. After a couple of new sub-components to the central control unit, it can then be recognized by the master control unit and registered. Somit ist das Energiespeichersystem schnell und kostengünstig wieder einsetzbar. Thus, the energy storage system is fast and inexpensive re-usable. Dadurch können auf vorteilhafte Weise Standzeiten des Energiespeichersystems und ggf. eines mit dem Energiespeichersystem betriebenen Fahrzeugs reduziert werden. Thereby can be reduced in an advantageous manner lifetimes of the energy storage system and optionally one operated by the energy storage system vehicle. Es ist auch vorstellbar, dass die entladenen Energiespeicher in entsprechenden Austauchstationen durch geladene und gewartete Energiespeicher ersetzt werden. It is also conceivable that the discharged energy storage are in corresponding Austauchstationen replaced by charged and maintained energy storage.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject-matters. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. In particular, some embodiments of the invention with apparatus claims and other embodiments of the invention are described with method claims. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. However, the skilled person will become clear when reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to one type of subject invention also include any combination of features is possible that different types of invention objects include.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a presently preferred embodiment. Die Figur der Zeichnung dieser Anmeldung ist lediglich als schematisch und als nicht zwingend maßstabsgetreu anzusehen. The figure of the drawing of this application is to scale to be considered only as schematic and not mandatory.
  • 1 1 zeigt ein Energiespeichersystem mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern und einer zentralen Steuereinheit, die jeweils einer individuellen Steuereinheit der beiden Energiespeicher gekoppelt ist. shows an energy storage system with two series-connected energy storage devices and a central control unit, each of which is coupled to an individual control unit of the two energy storage.
  • 2 2 zeigt ein Energiespeichersystem mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern, wobei einem Energiespeicher ein Master-Controller und dem anderen Energiespeicher ein Slave-Controller zugeordnet ist. shows an energy storage system with two series-connected energy storage units, wherein an energy storage, a master controller and the other energy store is assigned to a slave controller.
  • Rein vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Purely as a precaution it is noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention.
  • In der Zeichnung sind einander entsprechende Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen mit Bezugszeichen versehen, welche gleich sind oder sich lediglich durch die erste Ziffer unterscheiden. In the drawings, corresponding features or components are provided each of different embodiments with reference numerals which are the same or differ only by the first digit. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht noch einmal im Detail erläutert. explained features or components are already in order to avoid unnecessary repetition, using a previously described embodiment not explained later in detail again.
  • 1 1 zeigt ein Energiespeichersystem shows an energy storage system 100 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. according to a preferred embodiment of the invention. Das Energiespeichersystem The energy storage system 100 100 weist einen ersten Energiespeicher includes a first energy storage 110 110 , einen zweiten Energiespeicher A second energy storage 120 120 und ein zentrale Steuereinheit and a central control unit 150 150 auf. on. Jeder der beiden Energiespeicher Each of the two energy storage 110 110 und and 120 120 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen includes a plurality of energy storage cells 111 111 bzw. or. 121 121 auf. on. In diesem Dokument wird die zentrale Steuereinheit In this document, the central control unit is 150 150 auch als übergeordnete Steuereinheit und/oder als Master Controller bezeichnet. also referred to as a superordinate control unit and / or as master controller.
  • Der erste Energiespeicher The first energy storage 110 110 weist eine erste Steuereinheit comprises a first control unit 115 115 zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers for controlling the operation and monitoring the state of the first energy storage device 110 110 auf. on. Die erste Steuereinheit wird auch als erster Batterie Modul Controller (BMC) The first control unit is also the first battery module controller (BMC) 115 115 bezeichnet. designated. Zur Überwachung des Zustands des ersten Energiespeichers To monitor the state of the first energy storage 110 110 ist der BMC the BMC 115 115 über jeweils eine nicht mit einem Bezugszeichen versehene Messleitung mit verschiedenen Knotenpunkten innerhalb des ersten Energiespeichers via a respective not provided with a reference numeral test lead to various nodes within the first energy storage device 110 110 verbunden. connected. Zur Steuerung des Energiespeichers To control the energy storage device 110 110 ist der BMC the BMC 115 115 ferner über nicht dargestellte Steuerleitungen mit zwei Schaltelementen further via unillustrated control lines with two switching elements 118a 118a und and 118b 118b verbunden. connected. Durch ein Öffnen der Schaltelemente By opening the switching elements 118a 118a und and 118b 118b kann der erste Energiespeicher , the first energy storage 110 110 von dem Energiespeichersystem of the energy storage system 100 100 abgetrennt werden. be separated.
  • In entsprechender Weise weist der zweite Energiespeicher In a corresponding manner, the second energy storage 120 120 eine zweite Steuereinheit a second control unit 125 125 zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers for controlling the operation and monitoring the state of the second energy store 120 120 auf. on. Die zweite Steuereinheit wird auch als zweiter BMC The second control unit is also called a second BMC 125 125 bezeichnet. designated. Zur Überwachung des Zustands des zweiten Energiespeichers To monitor the state of the second energy storage 120 120 ist der zweite BMC is the second BMC 125 125 über jeweils eine Messleitung mit verschiedenen Knotenpunkten innerhalb des zweiten Energiespeichers in each case via a measuring line with various nodes within the second energy store 120 120 verbunden. connected. Zur Steuerung des zweiten Energiespeichers In order to control the second energy store 120 120 ist der BMC the BMC 125 125 ferner über nicht dargestellte Steuerleitungen mit zwei Schaltelementen further via unillustrated control lines with two switching elements 128a 128a und and 128b 128b verbunden. connected. Durch ein Öffnen der Schaltelemente By opening the switching elements 128a 128a und and 128b 128b kann der zweite Energiespeicher , the second energy storage 120 120 von dem Energiespeichersystem of the energy storage system 100 100 abgetrennt werden. be separated.
  • Die jeweils in Serie geschalteten Energiespeicherzellen Each series-connected energy storage cells 111 111 , . 121 121 sind in der Figur schematisch als Kondensatoren dargestellt. are shown schematically as a capacitors in the figure. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Energiespeicherzellen It is noted, however, that the energy storage cells 111 111 , . 121 121 auch beliebige elektrochemische Speicher wie beispielsweise Lithium Ionen Batteriezellen sein können. also any electrochemical storage such as lithium may be ion battery cells. Ebenso können die Energiespeicherzellen Likewise, the energy storage cells 111 111 , . 121 121 innerhalb eines Energiespeichers within an energy storage device 110 110 , . 120 120 auch parallel oder teilweise in Serie und teilweise parallel zueinander angeordnet sein. also be arranged in parallel or partially in series and partially in parallel.
  • Zwischen den beiden Energiespeichern Between the two energy storage devices 110 110 und and 120 120 befindet sich noch eine Sicherung is still a backup 142 142 , welche bei einem Überschreiten einer kritischen Stromstärke durchbrennt und somit beispielsweise bei einem Kurzschluss eine irreversible Beschädigung der Energiespeicher Which blows when it exceeds a critical current and thus, for example, a short circuit an irreversible damage to the energy storage 110 110 , . 120 120 verhindert. prevented.
  • Wie aus der Figur ersichtlich, ist der übergeordnete Controller As seen from the figure, the higher-level controller 150 150 über eine Spannungsversorgungsleitung a power supply line 115b 115b mit dem ersten Energiespeicher with the first energy storage 110 110 und über eine Spannungsversorgungsleitung and a power supply line 125b 125b mit dem zweiten Energiespeicher with the second energy storage 120 120 verbunden. connected. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird über die beiden Spannungsversorgungsleitungen According to the illustrated embodiment will be about the two voltage supply lines 115b 115b und and 125b 125b jeweils eine Spannung von 12 V dem jeweiligen Energiespeicher bereitgestellt. a voltage of 12 V to the respective energy storage is provided.
  • Ferner ist der übergeordnete Controller Further, the higher-level controller 150 150 über eine Verbindungsleitung via a connecting line 115a 115a mit dem ersten BMC with the first BMC 115 115 und über eine Verbindungsleitung and a connecting line 125a 125a mit dem zweiten BMC with the second BMC 125 125 verbunden. connected. Die beiden BMC Both BMC 115 115 und and 125 125 können daher Daten bezüglich der Betriebszustandes der beiden Energiespeicher can therefore data relating to the operating status of the energy storage 110 110 , . 120 120 an den übergeordneten Controller to the parent Controller 150 150 schicken. Send. Dieser kann diese Daten dann aufbereiten und auf optimale Weise das ganze Energiespeichersystem This can then process this data and in an optimal way the entire energy storage system 100 100 steuern und überwachen. control and monitor. Bei der beschriebenen Datenaufbereitung kann der übergeordnete Controller In the above data processing of the higher-level controller can 150 150 auch noch Messwerte von Messungen berücksichtigen, welche er selber vornimmt. consider also readings of measurements which he makes himself. So können beispielsweise über eine Messleitung For example, via a measuring line 152 152 Informationen über den aktuellen Gesamt-Spannungszustand der beiden in Serie geschalteten Energiespeicher Information about the current overall state of tension of the two series-connected energy storage 110 110 und and 120 120 gewonnen werden. be won. Ebenso kann natürlich auch die Stärke des aktuell aus dem Gesamtsystem Likewise, of course, the strength of the current from the overall system can 100 100 entnommenen oder in das Gesamtsystem eingespeisten Stroms bestimmt und bei der Datenaufbereitung berücksichtigt werden. are determined taken or fed into the overall system flow and included in the data processing.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zentrale bzw. die übergeordnete Steuereinheit According to the embodiment shown here, the central or the master control unit 150 150 noch einen Spannungswandler nor a voltage converter 154 154 auf. on. Der Spannungswandler The voltage converter 154 154 wird hier dazu verwendet, eine 24 V Bordnetzspannung eines Fahrzeugs, welches mit dem beschriebenen Energiespeichersystem is used herein, a 24 V-board voltage of a vehicle using the described energy storage system 100 100 ausgestattet ist, in eine Versorgungsspannung von 12 V umzuwandeln. is equipped, into a supply voltage of 12V. Die Versorgungsspannung von 12 V kann zum Betrieb der zentralen Steuereinheit The supply voltage of 12 V can be used for operation of the central control unit 150 150 verwendet werden. be used. Ferner wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung von 12 V über die Spannungsversorgungsleitungen Further, according to the illustrated embodiment, the supply voltage of 12 V across the voltage supply lines is 115b 115b und and 125b 125b den beiden BMC the two BMC 115 115 und and 125 125 zugeführt. fed.
  • Die Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem The energy supply from the energy storage system 100 100 und die Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem and the energy supply to the energy storage system 100 100 erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse via two power connectors 180a 180a und and 180b 180b . , Diese Leistungsanschlüsse This power connections 180a 180a , . 180b 180b können beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie Spannungen von bis zu 1000 V und Stromstärken von bis zu 400 Atragen. can for example be designed so that they voltages up to 1000 V and currents of up to 400 Atragen. Im Falle der Verwendung des Energiespeichersystems In case of using the energy storage system 100 100 für ein Kraftfahrzeug kann den beiden Leistungsanschlüssen for a motor vehicle can the two power terminals 180a 180a , . 180b 180b ein DC/AC Konverter nachgeschaltet sein. be followed by a DC / AC converter. Der DC/AC Konverter kann auch bestimmen, ob gerade Strom aus dem Energiespeichersystem The DC / AC converter can also determine whether just power from the energy storage system 100 100 entnommen wird oder Strom in das Energiespeichersystem or stream is withdrawn in the energy storage system 100 100 eingespeist wird. is fed. Dem DC/AC Konverter ist dann typischerweise eine ebenfalls nicht dargestellte Elektromaschine nachgeschaltet. The DC / AC converter an electric machine, also not shown is then typically downstream. Ja nach Stromrichtung kann die Elektromaschine ein Motor oder ein Generator sein. Yes on the current direction, the electric motor may be a motor or a generator.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zentrale Steuereinheit According to the illustrated embodiment, the central control unit 150 150 mit einem Fahrzeug-Bussystem with a vehicle bus system 190 190 gekoppelt. coupled. Das Fahrzeug-Bussystem The vehicle bus system 190 190 kann beispielsweise ein CAN-Bus, ein LIN-Bus, ein MOST-Bus und/oder eine FlexRay Bus sein. can be, for example, a CAN bus, a LIN bus, a MOST bus and / or a FlexRay bus.
  • Die in Summe für das Management des gesamten Energiespeichersystems The combined value of the management of the entire energy storage system 100 100 zu lösenden Aufgaben können wie folgt auf die einzelnen Subsysteme verteilt werden: tasks to be solved can be distributed to the individual subsystems as follows:
    • A) Der übergeordnete Controller A) The higher-level controller 150 150 kann insbesondere folgende Aufgaben übernehmen: – Messung der Gesamtspannung – Messung des Gesamtstroms – Temperaturmessung bei den einzelnen Energiespeichern – Steuerung einer Kühlung für den oder die einzelnen Energiespeicher (ggf. spezifisch für einzelne Zeller eines Energiespeichers) – Batteriemanagement beispielsweise durch Steuerung der Zustände der einzelnen Energiespeicher (Vorladung einer evtl. an den Leistungsanschlüssen can in particular perform the following tasks: - measurement of the total voltage - measurement of the total current - temperature measurement for the individual energy stores - controlling a refrigeration for the or each energy storage (possibly specific to individual Zeller an energy storage) - Battery Management, for example, by controlling the states of the individual energy storage (precharge a possible to the power terminals 180a 180a bzw. or. 180b 180b angeschlossen Zwischenkreiskapazität auf Basis von Relais mit denen die Schalter connected intermediate circuit capacitance-based relay with which the switches 118a 118a , . 118b 118b , . 128a 128a , . 128b 128b realisiert sein können) – Aufbereitung von Messwerten bzgl. des Ladungszustandes (SOC) und/oder des Betriebszustandes (SOF), welche von den individuellen Steuereinheiten can be realized) - Preparation of measured values ​​concerning the state of charge (SOC) and / or of the operating state (SOF), which on the individual controllers. 115 115 bzw. or. 125 125 übermittelt wurden – Vorhersage der Leistungsfähigkeit des gesamten Energiespeichersystems submitted - predicting the performance of the entire energy storage system 100 100 und/oder der einzelnen Energiespeicher and / or the individual energy storage 110 110 , . 120 120 – Steuerung eines Einzelspannungsausgleichs innerhalb der beiden Energiespeichern - control of a single voltage compensation within the two energy stores 110 110 , . 120 120 insbesondere in Hinblick auf eine Symmetrie der Einzelspannungen – Steuerung eines Ladungsausgleichs zwischen den beiden Energiespeichern particularly with respect to a symmetry of the individual voltages - controlling a charge equalization between the two energy stores 110 110 , . 120 120 – Kommunikation mit dem Fahrzeug-Bussystem - communication with the vehicle bus system 190 190 (der übergeordnete Controller (The parent controller 150 150 ist ein Kommunikations-Gateway) und – Kommunikation mit den Steuereinheiten der – Wandlung einer Fahrzeug-Bordnetzspannung in eine Spannung zur Versorgung der einzelnen Subkomponenten/Energiespeicher des Energiespeichersystems is a communication gateway), and - communication with the control units of the - conversion of a vehicle on-board mains voltage into a voltage to supply the individual sub-components / energy store of the energy storage system 100 100 – Stromversorgung für ein zyklisches Wake-Up der einzelnen Subkomponenten/Energiespeicher – Durchleitung eines Überwachungsstromes durch mehrere Komponenten, welcher das Vorhandensein aller für einen effektiven Personenschutz erforderlichen Schutzeinrichtungen anzeigt (bei einem Abnehmen oder Entfernen einer Schutzeinrichtung wird der Überwachungsstrom unterbrochen/Interlock/Pilotline)(Sicherheitsmanagement) – Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten des Energiespeichersystems - power supply for a cyclic wake-up of the individual sub-components / energy storage - passing a monitoring current through a plurality of components, which indicates the presence of all protective devices required for an effective protection of persons (in a decrease or removal of a protecting device of the monitor current is interrupted / Interlock / Pilot Line) ( safety management) - insulation control between various components of the energy storage system 100 100 und/oder des angeschlossenen Fahrzeugs (ISO-Messung) – Überwachung von Grenzwerten für den Betrieb der einzelnen Energiespeicher und/oder für das Gesamtsystem und ggf. Abschaltung einzelner oder aller Hardwarekomponenten – Erkennung der Zustände von elektrischen Schaltelementen und/oder Schützen in dem übergeordneten Controller und/oder in den Energiespeichern – Steuerung von elektrischen Schaltelementen und/oder Schützen and / or the connected vehicle (ISO measurement) - monitoring of limit values ​​for the operation of the individual energy storage and / or for the entire system and, if necessary switching off individual or all of the hardware components - detecting the states of electrical switching elements and / or contactors in the higher-level controller and / or the energy storage devices - control of electrical switching elements and / or protect
    • B) Die Steuereinheiten B) The control units 115 115 , . 125 125 können insbesondere folgende Aufgaben übernehmen: – Kommunikation zum übergeordneten Controller – Messung von Teilspannungen an oder innerhalb der einzelnen Energiespeicher – Strommessung – Berechnen von Werten für SOC und SOF – Angleichen zb der Ladung der verschiedenen Energiespeicherzellen can in particular perform the following tasks: - communication with the higher-level controller - measurement of partial voltages at or within the individual energy storage - Current measurement - calculating values ​​for SOC and SOF - adjusting example, the charge of the various energy storage cells 111 111 , . 121 121 – Messung der Temperatur des jeweiligen Energiespeichers und/oder einzelner Zellen des jeweiligen Energiespeichers – Steuerung einer Kühlung für den jeweiligen Energiespeicher (ggf. spezifisch für einzelne Zeller des Energiespeichers) – Personenschutzüberwachung mittels Interlock/Pilotline – Sicherheitsmanagement durch ggf. erforderliche Abschaltung von Hardwarekomponenten des jeweiligen Energiespeichers – Sicherheitsmanagement basierend auf der Erkennung des Status von Schützen wie beispielsweise die Schaltelemente - measurement of the temperature of the respective energy storage and / or individual cells of the respective energy accumulator - controlling a cooling system for the respective energy storage (possibly specific to individual Zeller of the energy storage) - Personal Protective monitoring by interlock / Pilot Line - Security Management by any necessary shutdown of hardware components of the respective energy storage - security management based on the recognition of the status of contactors such as the switching elements 118a 118a , . 118b 118b , . 128a 128a , . 128b 128b ; ; ggf. Ansteuerung der Schütze bzw. der Schaltelemente if necessary, control of the contactors and the switching elements 118a 118a , . 118b 118b , . 128a 128a , . 128b 128b
  • Es wäre wünschenswert, möglichst viele Funktionen auf dem übergeordneten Controller It would be desirable, as many functions on the parent Controller 150 150 zu konzentrieren, um so möglichst einfache und somit kostengünstige Steuereinheit der einzelnen Energiespeicher realisieren zu können. to focus, in order to realize so simple and therefore cost-control unit of the individual energy storage. Damit jedoch zu jedem Zeitpunkt die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleistet ist, sollte jedes System eigensicher sein. Thus at all times maintain the security of the entire system ensures each system should be intrinsically safe. Dies bedeutet, dass die Betriebsgrenzen von jedem Teilsystem überwacht werden sollen, damit ggf. erforderliche und geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. This means that the operating limits to be monitored by each subsystem so that any necessary and appropriate countermeasures can be taken.
  • 2 2 zeigt ein Energiespeichersystem shows an energy storage system 200 200 mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern, einem ersten Energiespeicher with two series-connected energy storage, a first energy storage 210 210 und einem zweiten Energiespeicher and a second energy storage 220 220 . , Das komplette Energiespeichersystem The complete energy storage system 200 200 ist in ein Master System und ein Slave System unterteilt. is divided into a master system and a slave system. Der erste Energiespeicher The first energy storage 210 210 ist dem Master System zugeordnet, der zweite Energiespeicher is assigned to the master system, the second energy store 220 220 ist dem Slave System zugeordnet. is assigned to the slave system. Die beiden Systeme bzw. die beiden Energiespeicher The two systems or the two energy storage 210 210 , . 220 220 sind über eine Hochspannungsleitung are connected via a high-voltage line 282 282 und eine Verbindungsleitung and a connecting line 215 215 miteinander gekoppelt. coupled together. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsleitung According to the embodiment shown here is the connection line 215 215 sowohl für eine Kommunikation zwischen beiden Systemen als auch zum Übertragen einer (Niedervolt) Versorgungsspannung vorgesehen. Supply voltage provided both for communication between the two systems as well as for transmitting a (low voltage).
  • Der erste Energiespeicher The first energy storage 210 210 weist einen Master Controller comprises a master controller 250 250 auf. on. Der Master Controller The master controller 250 250 dient sowohl zur Steuerung des ersten Energiespeichers is used both to control the first energy store 210 210 als auch zur Steuerung des zweiten Energiespeichers and to control the second energy store 220 220 , wobei die Steuerung des zweiten Energiespeichers Wherein the control of the second energy storage device 220 220 indirekt über einen Slave Controller indirectly via a slave controller 225 225 erfolgt. he follows.
  • Jeder der beiden Energiespeicher Each of the two energy storage 210 210 , . 220 220 weist eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen includes a plurality of series-connected energy storage cells 211 211 bzw. or. 221 221 auf. on. Die einzelnen Energiespeicherzellen The individual energy storage cells 211 211 bzw. or. 221 221 können von der jeweiligen Steuereinheit, dh dem Master Controller can of the respective control unit, that the master controller 250 250 oder dem Slave Controller or the slave controller 225 225 , durch Messleitungen und/oder Steuerleitungen individuell kontaktiert werden. Be contacted individually by test leads and / or control lines. Diese Messleitungen und/oder Steuerleitungen sind in This test leads and / or control lines are in 2 2 durch teilweise gestrichelte Linien angedeutet. indicated by partially dotted lines. Das gleiche gilt für Schaltelemente The same goes for switching elements 218a 218a , . 218b 218b und and 218c 218c im Master System und für Schaltelemente in the master system and switching elements 228a 228a , . 228b 228b im Slave System. in the slave system. Durch eine Öffnung einzelner Schaltelemente können einzelne Komponenten des Energiespeichersystems beispielsweise in einem Fehlerfall oder bei der Gefahr des Überschreitens eines Höchststroms gezielt von dem restlichen Gesamtsystem abgetrennt werden. Through an opening of individual switching elements individual components of the energy storage system can be specifically separated from the rest of the overall system, for example in case of a fault or when the danger of exceeding a maximum current.
  • Das Slave System wird vom Master System überwacht und gesteuert. The slave system is monitored from the master system and controlled. Daher ist zwischen dem Master System und dem Slave Sys tem eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen. It is therefore provided between the master system and the slave system Sys a communication interface. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient diese Schnittstelle auch der Übertragung einer Niedervolt Versorgungsspannung zwischen beiden Teilsystemen According to the embodiment shown here, this interface also the transmission of a low-voltage supply voltage between both subsystems is 210 210 und and 220 220 . ,
  • Die Kommunikation und die Spannungsversorgung zwischen beiden Systemen erfolgt jeweils über Schnittstellen The communication and power between the two systems is made via interfaces 216 216 und and 226 226 . , Der Master Controller The master controller 250 250 ist über eine Kommunikationsleitung is via a communication line 216a 216a und eine Spannungsversorgungsleitung and a voltage supply line 216b 216b mit der Schnittstelle with the interface 216 216 verbunden. connected. Der Slave Controller The slave controller 225 225 ist über eine Kommunikationsleitung is via a communication line 226a 226a und eine Spannungsversorgungsleitung and a voltage supply line 226b 226b mit der Schnittstelle with the interface 216 216 verbunden. connected. Die Kommunikationsleitungen The communication lines 226a 226a und and 226b 226b können zur Übertragung von Steuersignalen und/oder Messsignalen dienen. can be used for transmitting control signals and / or measurement signals. Die Spannungsversorgungsleitung The power supply line 216b 216b und and 226b 226b werden dazu verwendet, eine Niedervoltspannung von beispielsweise 12 V zu Übertragen, welche beispielsweise zum Betrieb des Master Controllers are used, a low voltage of for example 12 V to be transmitted, which, for example for the operation of the master controller 250 250 und/oder zum Betrieb des Slave Controllers and / or for operating the slave controller 225 225 erforderlich sein kann. may be required.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Master System ferner eine Sicherung According to the exemplary embodiment illustrated here is in the master system further comprises a fuse 242 242 vorgesehen, die bei einem gefährlichen Betriebszustand ausgelöst werden und somit unter Umständen eine dauerhafte Beschädigung des Master Systems bzw. von einzelnen Komponenten des Master Systems verhindern kann. provided, which are triggered when a dangerous operating condition and thus can prevent possibly permanent damage to the master system or of individual components of the master system. Ein gefährlicher Betriebszustand kann beispielsweise mittels einer Strommesseinrichtung A dangerous operating condition may, for example, by means of a current measuring device 243b 243b , welche ebenfalls des Master System zugeordnet ist, erkannt werden. Which is also assigned to the master system are detected.
  • Ferner weist das Master System noch einen Vorladewiderstand Furthermore, the master system still has a pre-charge 243a 243a auf. on. Der Vorladewiderstand the pre-charge 243a 243a kann durch eine geeignete Stellung der Schaltelemente can by a suitable position of the switching elements 218b 218b und and 218c 218c mit den Energiespeicherzellen with the energy storage cells 211 211 in Serie geschaltet sein. be connected in series.
  • Das Master System bzw. der erste Energiespeicher The master system or the first energy storage 210 210 weist ferner eine Fahrzeug-Schnittstelle further includes a vehicle interface 260 260 auf, über die das gesamte Energiespeichersystem via which the entire energy storage system 200 200 mit einem Fahrzeug-Bordnetz with a vehicle on-board network 295 295 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. of a motor vehicle, not shown, can be connected. Diese Schnittstelle this interface 260 260 ist über eine Kommunikationsleitung is via a communication line 296a 296a und eine Spannungsversorgungsleitung and a voltage supply line 296b 296b (ebenfalls für einen Niederspannungspegel von 12 V) mit dem Master Controller (Likewise for a low-voltage level of 12 V) with the master controller 250 250 gekoppelt. coupled.
  • Eine Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem An energy supply from the energy storage system 200 200 und eine Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem and a power supply to the energy storage system 200 200 erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse via two power connectors 280a 280a und and 280b 280b . ,
  • Es wird darauf hingewiesen, dass es hinsichtlich der Anzahl an Slave Systemen, welche von dem Master System überwacht und/oder gesteuert werden, keine prinzipielle Obergrenze gibt. It should be noted that there are no fundamental upper limit to the number of slave systems that are monitored by the master system and / or controlled. In der Praxis wird jedoch die maximale Anzahl an Slave Systemen durch den Master Controller In practice, however, the maximum number of slave systems by the master controller 250 250 begrenzt. limited.
  • Hinsichtlich der in Summe für das Management des gesamten Energiespeichersystems With regard to the combined value of the management of the entire energy storage system 200 200 zu lösenden Aufgaben und einer möglichen Aufgabenverteilung für den Master Controller tasks to be solved and a possible division of responsibilities for the master controller 250 250 und den Slave Controller and the slave controller 225 225 wird auf die obigen Abschnitte verwiesen, in denen entsprechendes für den übergeordneten Controller Please refer to the above sections where appropriate for the parent Controller 150 150 (entspricht dem Master Controller) und den beiden Steuereinheiten (Equivalent to the master controller), and the two control units 115 115 , . 125 125 (entsprechen den Slave Controller). (Corresponding to the slave controller).
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Energiespeichersysteme The energy storage systems described in this document 100 100 und and 200 200 weisen eine Reihe von technischen Vorteilen auf, die nachfolgend kurz erläutert werden: have a number of technical advantages, which are briefly described below:
    In Folge der möglichen Zerlegung des gesamten Energiespeichersystems in einzelne Teil-Energiespeicher entstehen Vorteile im Handling des Gesamtsystems bezüglich Volumen und Gewicht sowie bei den zu treffenden Maßnahmen zum Schutz von Personen vor elektrischem Schlag. As a result of the possible dismantling of the entire energy storage system into separate energy storage advantages arise in the handling of the entire system with respect to volume and weight as well as the measures to be taken to protect people against electric shock.
  • Des Weiteren ergeben sich neue Freiheitsgrade zur Integration in ein Zielfahrzeug bezüglich Bauräumen und optimaler Verteilung des Fahrzeuggewichts. Furthermore, new degrees of freedom for the integration result in a target vehicle with respect to installation space and optimum distribution of the vehicle weight.
  • Ein Austausch von einzelnen Energiespeichern in dem Gesamtsystem kann auf einfache und sichere Weise durchgeführt werden. An exchange of individual energy saving in the overall system can be performed in a simple and secure manner. Dies ist insbesondere im Hinblick auf aktuell diskutierte Konzepte zum Batterieleasing oder dem Aufbau eines Netzes von Batterieaustauschstellen für Elektrofahrzeuge ein besonderer Vorteil. This is a particular advantage especially in view of currently discussed concepts for battery leasing or building a network of battery exchange sites for electric vehicles. Ferner ergeben sich deutliche Kostenvorteile gerade bei leistungsstarken Energiespeichersystemen bezüglich einer im Fehlerfall erforderlichen Reparatur. Furthermore, significant cost advantages especially in high-performance energy storage systems with respect to a required in case of fault repair.
  • Unter Verwendung von lediglich einem Typ von Basis-Energiespeicher lassen sich, je nach Kombination, beliebige Klassen bezüglich Strom, Spannungslage und Energieinhalt für das gesamte Energiespeichersystem darstellen. By using only one type of basic energy store can be, depending on the combination, represent any class with respect to current, voltage, position and energy content for the entire energy storage system. Dazu kann im Prinzip eine beliebige Anzahl von Energiespeichern in geeigneter Weise miteinander verschaltet und von der zentralen Steuereinheit des Gesamtsystems bzw. von dem Master Controller des ersten Energiespeichers überwacht und gesteuert werden. For this purpose, in principle, an arbitrary number of energy storages and interconnected in a suitable manner to be monitored by the central control unit of the whole system or from the master controller of the first energy store and controlled.

Claims (15)

  1. System zum Speichern von elektrischer Energie, das System ( System for storing electrical energy, the system ( 100 100 , . 200 200 ) aufweisend • einen ersten Energiespeicher ( ) Comprising • a first energy store ( 110 110 , . 210 210 ) mit einer ersten Steuereinheit ( ) (With a first control unit 115 115 , . 250 250 ) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers ( ) (For controlling the operation and monitoring the state of the first energy storage device 110 110 , . 210 210 ), • einen zweiten Energiespeicher ( ), • a second energy store ( 120 120 , . 220 220 ) mit einer zweiten Steuereinheit ( ) (With a second control unit 125 125 , . 225 225 ) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers ( ) (For controlling the operation and monitoring the state of the second energy store 120 120 , . 220 220 ), und • eine übergeordnete Steuereinheit ( ), And • a master control unit ( 150 150 , . 250 250 ) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern ( ) (For controlling the operation and monitoring the condition of a set of energy stores 110 110 , . 210 210 , . 120 120 , . 220 220 ), welche den ersten Energiespeicher ( ), Which (the first energy storage 110 110 , . 210 210 ) und den zweiten Energiespeicher ( ) And the second energy store ( 120 120 , . 220 220 ) umfasst. ) Includes.
  2. System nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die übergeordnete Steuereinheit eine in Bezug auf die beiden Energiespeicher ( System according to the preceding claim, wherein the master control unit comprises a (in respect to the two energy storage 110 110 , . 120 120 ) externe Steuereinheit ( ) External control unit ( 150 150 ) ist, welche mit der ersten Steuereinheit ( ) Is that (with the first control unit 115 115 ) und mit der zweiten Steuereinheit ( (), And with the second control unit 125 125 ) gekoppelt ist. ) Is coupled.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die erste Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit mittels einer Master-Steuereinheit ( The system of claim 1, wherein the first control unit and the master control unit (by means of a master control unit 250 250 ) realisiert sind, welche dem ersten Energiespeicher ( are implemented), which (the first energy store 210 210 ) zugeordnet ist. ) assigned.
  4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher ( System according to any one of the preceding claims, wherein the first energy storage device ( 110 110 , . 210 210 ) und der zweite Energiespeicher ( ) And the second energy store ( 120 120 , . 220 220 ) parallel und/oder in Serie zueinander angeordnet sind. ) Are arranged parallel and / or to each other in series.
  5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher ( System according to any one of the preceding claims, wherein the first energy storage device ( 110 110 , . 210 210 ) und/oder der zweite Energiespeicher ( () And / or the second energy store 120 120 , . 220 220 ) – ein elektrochemischer Energiespeicher, – ein elektrostatischer Energiespeicher und/oder – eine Brennstoffzelle ist. ) - an electrochemical energy storage device, - an electrostatic energy storage and / or - a fuel cell.
  6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der beiden Energiespeicher ( System according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the two energy stores ( 110 110 , . 120 120 , . 210 210 , . 220 220 ) ein Schaltelement ( ) A switching element ( 118a 118a , . 118b 118b , . 128a 128a , . 128b 128b , . 218a 218a , . 218b 218b , . 218c 218c , . 228a 228a , . 228b 228b ) zum Zuschalten und/oder zum Abschalten des einen der beiden Energiespeicher ( ) (For switching on and / or to switch off the one of the two energy storage 110 110 , . 120 120 , . 210 210 , . 220 220 ) zu dem System ( ) (To the system 100 100 , . 200 200 ) aufweist. ) having.
  7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 150 150 , . 250 250 ) eingerichtet ist, eine von dem System ( is set), a (by the system 100 100 , . 200 200 ) bereitgestellte Spannung und/oder einen von dem System ( ) Provided voltage and / or (by the system 100 100 , . 200 200 ) bereitgestellten Strom zu messen. to measure) current provided.
  8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 150 150 , . 250 250 ) eingerichtet ist, eine Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten ( ) Is set up (isolation between various components of monitoring 110 110 , . 120 120 , . 190 190 , . 210 210 , . 220 220 , . 295 295 ) durchzuführen, welche unterschiedlichen Spannungsnetzen zugeordnet sind. ) Perform what different voltage networks are assigned.
  9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 150 150 , . 250 250 ) eingerichtet ist, einen Ladungszustand und/oder die Leistungsfähigkeit der Gesamtheit von Energiespeichern ( ) Is set up, a state of charge and / or the performance of the set of energy storage devices ( 110 110 , . 120 120 , . 210 210 , . 220 220 ) zu bestimmen. to be determined).
  10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 150 150 , . 250 250 ) eingerichtet ist, einen Ausgleich zwischen beiden Energiespeichern ( ) Is adapted (a balance between the two energy stores 110 110 , . 120 120 , . 210 210 , . 220 220 ) steuern. control).
  11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 150 150 ) einen Spannungswandler ( ) A voltage transformer ( 154 154 ) aufweist. ) having.
  12. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit ( System according to any one of the preceding claims, wherein the superordinate control unit ( 250 250 ) eine Schnittstelle ( ) Comprises an interface ( 260 260 ) zu einem Kraftfahrzeug aufweist. ) Has a motor vehicle.
  13. Kraftfahrzeug mit • einem System ( • motor vehicle having (a system 100 100 , . 200 200 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Speichern von elektrischer Energie. ) According to one of the preceding claims for storing electrical energy.
  14. Kraftfahrzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der erste Energiespeicher ( A motor vehicle according to the preceding claim, wherein the first energy storage device ( 110 110 , . 210 210 ) und der zweite Energiespeicher ( ) And the second energy store ( 120 120 , . 220 220 ) derart in dem Kraftfahrzeug verteilt sind, dass das Kraftfahrzeug eine zumindest annähernd gleichmäßige Gewichtsverteilung aufweist. ) Are so distributed in the motor vehicle, that the motor vehicle has an at least approximately uniform weight distribution.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Systems ( A method of manufacturing a system ( 100 100 , . 200 200 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das Verfahren aufweisend • Platzieren des ersten Energiespeichers ( ) (According to any of claims 1 to 12, the method comprising • placing the first energy storage device 110 110 , . 210 210 ) an einer vorbestimmten ersten Stelle, • Platzieren des zweiten Energiespeichers ( ) (At a predetermined first location, • placing the second energy store 120 120 , . 220 220 ) an einer vorbestimmten zweiten Stelle, und danach • Verbinden des ersten Energiespeichers ( ) (At a predetermined second location, and thereafter, • connecting the first energy storage device 110 110 , . 210 210 ) mit dem zweiten Energiespeicher ( ) (With the second energy storage 120 120 , . 220 220 ). ).
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